专利名称：单色仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种单色仪，它可用于分光光度计或其他测量装置上。
单色仪包括一块有入口缝隙的入口缝隙片，一个光分离器(例如衍射光栅、棱镜等)，和一块有出口缝隙的出口缝隙片。通过入口缝隙进入单色仪的光被光分离器分离(或分散)成一系列的分单色光，每个分单色光的入口缝隙的影象都投射到出口缝隙片上。当单色仪通过预设的波长范围进行扫描时，于是各种波长的单色光就从出口缝隙中射出来。
在通常的单色仪中，入口缝隙和出口缝隙是两个垂直于光分离方向上的矩形长孔(下文中光分离方向称之为横向)。一种采用了装有这种形状的缝隙的单色仪的分光光度计存在着以下问题。
当用一个分光光度计来测量某一样品时，从单色仪出口缝隙射出的一束光聚焦到样品上，并在该处形成了出口缝隙的影象，如
图1B所示。于是，用来测量样品12的这束光线11具有出口缝隙形状的矩形长条形状。当使用内部放有足够量的样品的通常的盒式样品元件时，可以使所有的测量光线穿过样品。但是，当使用流动性的样品元件，或使用小尺寸的样品或少量的样品进行测量时，就会发生只有一部分测量光线能穿过样品。于是，用作测量的光的利用率就降低了，因为，如图1B所示，测量光线11的一部分光束13处于样品12的外面，从而没有用作测量。
本发明的单色仪解决了上述问题，其构造为入口和出口缝隙的形状做成为使缝隙的宽度朝其高度方向的两端变得更小(其中宽度是指在横向上的尺寸)。
这种形状的一个例子如图1A所示，其缝隙形状为菱形。与如图1B所示的通常形状相比，显然图1A中所示的光利用率较大，其中有较多量的光线投射在小样品12上，比起通常所用的矩形缝隙发出的光线，其浪费的光量13要少。这种比较是在以下条件下作出的a)该单色仪的亮度(即从出口缝隙射出的测量光线的总量)是相同的;以及b)该单色仪的分辨率是相同的。以下通过对一些最佳实施例的详细描述来阐述本发明的工作原理。
图1A是表示实现本发明的菱形缝隙的影象被投射在一个小样品上的示意图;
图1B是表示一个通常的矩形缝隙的影象被投射在一个小样品上的示意图;
图2A是表示菱形入口缝隙的影象重叠在菱形出口缝隙上的示意图;
图2B是表示矩形入口缝隙的影象重叠在矩形出口缝隙上的示意图;
图3A是表示从菱形缝隙射出的单色光的光谱峰的图线;
图3B是表示从通常的矩形缝隙射出的单色光的光谱峰的图线;
图4是实施本发明的另一种缝隙;
图5是实施本发明的又一种缝隙。
本发明的第一个实施例是装有如图1A所示菱形形状的入口和出口缝隙的一种单色仪。菱形的宽度W小于其高度H。在单色仪中，入口缝隙和出口缝隙具有相同的形状，这是因为入口缝隙的影象是从出口缝隙发射出去的。以下通过与图1B所示的通常的矩形缝隙相比较来说明菱形缝隙的效果。
当单色光通过入口缝隙而进入单色仪且该单色仪做波长描述时，入口缝隙的影象就在出口缝隙片上做横向移动。当入口缝隙的影象做横向移动时，它穿过出口缝隙，于是入口缝隙的影象20、25的一部分22、27与出口缝隙21、26重合，并从单色仪中发射出去，如图2A和2B所示。因此从单色仪发射出去的光量正比于重合部分22、27的面积。随着入口缝隙20、25的影象与出口缝隙21、26之间的距离x减少到零(这时影象29、25与出口缝隙21、26重合)，对于菱形缝隙的情况(图2A)，其面积成抛物线增大;而对于矩形缝隙的情况(图2B)，其面积成线性增大。
从单色仪中射出的光量随距离x的变化表示在图3A和3B上。由于影象20、25是由单色光形成的，这些图线就表示出从出口缝隙射出的单色光的光谱峰。在图3A和3B中，为了便于解释，光谱峰曲线的峰值位置假设为零。波长为λ的单色的实际峰值位置是在波长λ处。
图3A(用菱形缝隙)的光谱峰的形状由下列公式给出h(λ)＝(w-｜λ｜)2·H/(2·w)(-w＜λ＜w)……(1)＝0 (λ≤-w，λ≥w)图3B(用矩形缝隙)的光谱峰的形状由以下公式给出h(λ)＝-b·｜λ｜+a·b(-a＜λ＜a)……(2)＝0 (λ≤-a，λ≥a)单色仪的分辨率取决于缝隙的宽度。由于分辨率通常以光谱峰的半宽度值来定义，因此要获得相同的分辨率，菱形缝隙(图1A)的宽度w与矩形缝隙(图1B)的宽度a之间的关系为w=a(2-2)≈1.7a······(3)]]>它可由公式(1)和(2)通过令图3A和3B上的光谱峰的半宽度值相等而导出。
为了在保持相同分辨率条件下获得相同的亮度(从单色仪射出的光量)，菱形缝隙的高度H与矩形缝隙的高度b应成以下关系H=3·(2-2)2·b≈b,······(4)]]>它可由公式(1)和(2)通过令图3A和3B上的光谱峰的面积相等而导出。
等式(3)和(4)表明，为了获得相同的分辨率和相同的亮度，菱形缝隙的宽度应为矩形缝隙宽度的1.7倍，而它们的高度大致一样。因此，从图1A与图1B的比较可看出，从菱形缝隙10射出的光比从矩形缝隙11射出的光能覆盖小样品12的更大部分。也就是，在使用流动样品元件测量或测量小样品时，用本实施例的单色仪所发出的测量光线，能获得更高的光利用率。
接着再考虑散射光。单色仪中的散射光量正比于通过入口缝隙而进入单色仪的光量，也就是正比于入口缝隙的面积。由于在单色仪内散射光均匀地分散，因此，从出口缝隙射出的散射光量还正比于出口缝隙的面积。于是从单色仪射出的散射光量就正比于入口缝隙和出口缝隙面积的乘积。关于散射光的重要之处不在于从单色仪射出的光线之中的散射光的绝对量，而在于其相对量(比值)C。对于图1A所示的菱形缝隙，比值CA为CA＝｛(W2·H2)/4｝/｛(W2·H)/3｝＝(3/4)·H，而对于图1B所示的矩形缝隙，比值CB为CB＝(a·b)2/(a2·b)＝b，其中(a2·b)是从单色仪中射出的光量。
如果假设发射光量以及分辨率是相等的，则两种类型的缝隙的比值CA和CB有以下关系CA/CB＝3/4，……(5)这是因为如上所述的H≈b。等式(5)指出，如果使用菱形缝隙，从单色仪射出的光线中的散射光的比例为3/4。因此，采用本实施例的单色仪的分光光度计的S/N比值(信噪比)就增大了，从而使分光光度计的测量灵敏度和精度得以改善。
在上述与散射光作比较的解释中，对两种类型缝隙的比较是在假设有相同水平的亮度和分辨率的情况下进行的。另一方面，如果假设有相同的分辨率和相同的散射光的水平，则本实施例的单色仪的亮度就应比通常的单色仪大;或者假设有相同的亮度和相同的散射光水平，则可获得较高的分辨率。
按照本发明的缝隙宽度变窄的方式并不限于图1A所示的例子。如图4和图5所示，其宽度从中心到两端也可逐段或圆弧地减小，对于实施本发明的任何缝隙，只要其宽度向两端变窄，就可如上述一样进行讨论。
权利要求
1.一种单色仪，从一个入口缝隙接受组合光，然后将该组合光分离成一系列单色光，并从一个出口缝隙发射出一种单色光，其特征在于，所述入口和出口缝隙的形状为缝隙的宽度朝它们高度方向的两端变得更小，所述宽度为平行于组合光分离方向的方向上的尺寸，而所述高度垂直于该方向。
2.如权利要求1所述的单色仪，其特征在于，所述入口缝隙和出口缝隙的形状为菱形，该菱形在平行于所述组合光分离方向上的对角线较短。
3.如权利要求1所述的单色仪，其特征在于，所述入口缝隙和出口缝隙为矩形，其长方向垂直于组合光分离方向，但在缝隙的中心附近有横向的凸出部分。
4.如权利要求3所述的单色仪，其特征在于，所述凸出部分成矩形。
5.如权利要求3所述的单色仪，其特征在于，所述凸出部分成圆形。
全文摘要
一种单色仪的入口缝隙和出口缝隙，其形状为从中心朝它们高度方向的两端缝隙宽度变得更小，所述宽度为单色仪中光分离方向上的尺寸。这种形状的一个例子是菱形。当从单色仪中发射出的光的总量以及单色仪的分辨率设定成相同时，对于测定小的样品，其光的利用率得以增加，而从单色仪射出的光中散射光的比例却变得更小。
文档编号G01J3/04GK1060356SQ9110960
公开日1992年4月15日 申请日期1991年9月28日 优先权日1990年9月29日
发明者佐藤辰巳 申请人:株式会社岛津制作所