用于光谱分析的小型组合式光源装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于材料分析的小型光源，具体涉及一种用于材料光谱分析与测量的具有宽带光谱设计特点的小型组合式光源装置。

背景技术：

目前，市场上光谱分析常用的宽带光源是氘钨灯，即或利用反射结构或利用透射结构将氘灯和钨灯所发出的光组合到一起做光谱分析测量之用。钨灯和氘灯的光谱如图1所示(未做绝对光谱强度标定)，101是钨灯光谱，102是氘灯光谱，103是氘灯尖峰光谱656.1nm。图1中光谱是以电荷耦合元件(英文全称：Charge-coupled Device；简称：CCD)为探测器的光谱仪测量所得。其中钨灯光谱101中的可见光峰值在571nm至637nm之间。当用这类钨灯配合此类光谱仪进行光谱测量时，如需要增加整体光源强度(包括紫外光、可见光和近红外光)以增加近红外光时，当可见光部分强到一定程度时对此类光谱仪会产生饱和；此时光谱仪的探测器便不能正常工作。

由图1中光谱便知，此类氘钨灯存在两个固有的问题：一是氘灯光谱(紫外光到可见光)有部分尖峰光谱(如656.1nm等)而容易使光谱仪的探测器饱和；当饱和时会影响光谱仪的正常测量工作。虽然有公司采用二色分光镜滤掉大部分656.1nm尖峰光谱以避免饱和问题，但相对而言会增加成本，因为二色分光镜要由镀膜工艺制作而成。二是因为CCD或互补金属氧化物半导体(英文全称：Complementary Metal Oxide Semiconductor；简称：CMOS)光谱响应度在近红外光谱段很低，所以对于以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪，相应近红外光谱段的信噪比较小而不利于光谱分析测量。虽然可以使用高功率钨灯以增加近红外光强度，但这会带来新的问题如加大功耗和产生更多热量等，而且在增加近红外光时，可见光部分也会增加，当可见光部分强到一定程度时对此类光谱仪会产生饱和；此时光谱仪的探测器便不能正常工作。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的问题，本实用新型的主要目的在于提供一种具有整体平缓的宽带光谱的小体积组合式光源装置。

为了实现上述目的，本实用新型具体采用以下技术方案：

本实用新型提供一种用于光谱分析的小型组合式光源装置，该小型组合式光源装置包括第一光源、第一椭球反光镜、第二光源、第二椭球反光镜、可见光衰减滤光片、合光片和光源输出组件，所述第一光源发出的光线依次经所述第一椭球反光镜反射及合光片反射后由所述光源输出组件射出，所述第二光源发出的光线依次经所述第二椭球反光镜反射、可见光衰减滤光片透射及合光片透射后由所述光源输出组件射出。

优选地，还包括短波通滤光片，所述短波通滤光片设置于所述第一椭球反光镜和合光片之间，所述第一光源发出的光线依次经所述第一椭球反光镜反射、短波通滤光片透射及合光片反射后由所述光源输出组件射出。

优选地，还包括球面反射镜和近红外长波通滤光片，所述近红外长波通滤光片设置于所述球面反射镜和第二光源之间，所述第二光源发出的光线依次经所述近红外长波通滤光片透射、球面反射镜反射、近红外长波通滤光片的第二次透射、第二椭球反光镜反射、可见光衰减滤光片透射及合光片透射后由所述光源输出组件射出。

优选地，所述光源输出组件包括准直透镜、光纤输入端头、光纤和光纤输出端头，所述光纤输入端头和光纤输出端头分别连接于所述光纤的两端，所述准直透镜用于将所述合光片反射或透射的光线耦合进入所述光纤输入端头。

优选地，所述第一光源采用氘灯、氢灯或氙灯，所述第二光源采用钨灯或氙灯。

优选地，所述光源输出组件包括光纤耦合反射镜、光纤输入端头、光纤和光纤输出端头，所述光纤输入端头和光纤输出端头分别连接于所述光纤的两端，所述光纤耦合反射镜用于将所述合光片反射或透射的光线耦合进入所述光纤输入端头。

优选地，所述光纤耦合反射镜采用平面或球面反射镜。

相比于现有技术，本实用新型的小型组合式光源装置包括第一光源、第一椭球反光镜、第二光源、第二椭球反光镜、可见光衰减滤光片、合光片和光源输出组件，所述第一光源发出的光线依次经所述第一椭球反光镜反射及合光片反射后由所述光源输出组件射出，所述第二光源发出的光线依次经所述第二椭球反光镜反射、可见光衰减滤光片透射及合光片透射后由所述光源输出组件射出；本实用新型采用可见光衰减滤光片衰减第二光源发出的光线中的可见光部分，从而避免了可见光相对紫外光、近红外光强度过大而容易使以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪的饱和问题。

附图说明

图1为常用钨灯和氘灯光谱图；

图2为本实用新型实施例1的组合式光源装置结构示意图；

图3为本实用新型实施例1的组合光谱图；

图4为本实用新型实施例2的组合式光源装置结构示意图；

图5为本实用新型实施例2的组合光谱图；

图6为本实用新型实施例3的组合式光源装置结构示意图；

图中，201、氘灯；202、第一椭球反光镜；203、合光片；204、准直透镜；205、准直透镜套筒；206、光纤输入端头；207、光纤；208、光纤输出端头；209、钨灯；210、第二椭球反光镜；211、可见光衰减滤光片；401、球面反射镜；402、近红外长波通滤光片；403、短波通滤光片；601、光纤耦合反射镜。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图2所示,本实用新型实施例1公开了一种用于光谱分析的小型组合式光源装置，该小型组合式光源装置包括第一光源、第一椭球反光镜202、合光片203、第二光源、第二椭球反光镜210、可见光衰减滤光片211和光源输出组件。其中，第一光源采用氘灯201、第二光源采用钨灯209，合光片203采用长波通滤光片，用于反射紫外光波长至可见光波长的光、透过其它长波长的光。光源输出组件包括准直透镜204、准直透镜套筒205、光纤输入端头206、光纤207和光纤输出端头208，准直透镜204安装于准直透镜套筒205内，光纤输入端头206和光纤输出端头208分别连接于光纤207的两端。

这样，氘灯201发出的光线(该光线包括紫外光、蓝光和可见光)被第一椭球反光镜202折叠反射到合光片203，该合光片203将氘灯201发出的光线反射进准直透镜204，并耦合至光纤输入端头206，此处，氘灯201的发光点与光纤输入端头206是共轭关系。同时，钨灯209发出的光线(该光线包括紫外光、可见光和近红外光)被第二椭球反光镜210折叠反射到同一合光片203，并透过该合光片203进入准直透镜204而耦合至光纤输入端头206。为避免可见光相对紫外光、近红外光强度过大而容易使以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪的饱和问题，用可见光衰减滤光片211衰减钨灯209的可见光部分，此处，钨灯209的发光点与光纤输入端头206是共轭关系。如此，在光纤输入端头206便可以组合得到包括紫外光、可见光以及近红外光的宽带的光谱，该光谱经光纤207的光纤输出端头208输出便可以用于光谱分析之用。因为采用双折叠双共轭光路将两个光源的光谱组合获得一种宽带光谱光源，所以该光源具有很小的体积而便于使用。

此外，当增加整体光源强度(包括紫外光、可见光和近红外光)时，在很大的动态范围内可见光部分不会对此类光谱仪饱和。

如图3所示，是本实用新型的实施例1的组合光谱；其中，301是氘灯201的光谱，302是钨灯209的光谱。

实施例2

如图4所示,本实用新型实施例2公开了一种用于光谱分析的小型组合式光源装置，该组合式光源装置包括第一光源、第一椭球反光镜202、合光片203、第二光源、第二椭球反光镜210、可见光衰减滤光片211、球面反射镜401、近红外长波通滤光片402、短波通滤光片403和光源输出组件。其中，第一光源采用氘灯201，第二光源采用钨灯209，合光片203采用长波通滤光片，用于反射紫外光波长至可见光波长的光、透过其它长波长的光。光源输出组件包括准直透镜204、准直透镜套筒205、光纤输入端头206、光纤207和光纤输出端头208，准直透镜204安装于准直透镜套筒205内，光纤输入端头206和光纤输出端头208分别连接于光纤207的两端。

这样，氘灯201发出的光线(该光线包括紫外光、蓝光和可见光)被第一椭球反光镜202折叠反射通过到一合光片203，该合光片203将氘灯201发出的光线反射进准直透镜204，并耦合至光纤输入端头206。此处，氘灯201的发光点与光纤输入端头206是共轭关系。位于第一椭球反光镜202和合光片203之间的短波通滤光片403将氘灯201发出的光线的光谱中含有尖峰谱线的可见光谱滤掉得到比较平滑的蓝光与紫外光谱。

同时，钨灯209发出的光线(该光线包括紫外光、可见光和近红外光)被第二椭球反光镜210折叠反射到合光片203，并透过该合光片203进入准直透镜204而耦合至光纤输入端头206。为避免可见光相对紫外光、近红外光强度过大而容易使以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪的饱和问题，用可见光衰减滤光片211衰减钨灯的可见光部分，此处，钨灯209的发光点与光纤输入端头206是共轭关系。

此外，球面反射镜401将钨灯209发出的第二方向的光线反射到第二椭球反光镜210后，再由被第二椭球反光镜210折叠反射到合光片203，并透过该合光片203进入准直透镜204而耦合至光纤输入端头206。而位于球面反射镜401与钨灯209之间的近红外长波通滤光片402将钨灯209的发出的第二方向光线的光谱中的可见光谱滤掉得到近红外光谱。如此，便可以增强宽带组合光谱中的近红外光谱。所以，在光纤输入端头206便可以组合得到比较平滑的宽带的光谱，该光谱包括紫外光、可见光以及增强的近红外光。该光谱经光纤207的光纤输出端头208输出便可以用于光谱分析之用。

如图5所示，是本实用新型的实施例2的组合光谱；301是氘灯201的蓝光与紫外光谱，302是钨灯的可见光光谱，501是钨灯的增强的近红外光光谱。用该宽带光谱配合以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪进行光谱测量时，在近红外光处可以获得比较高的信噪比；此外当增加整体光源强度包括紫外光、可见光和近红外光的强度时，在很大的动态范围内可见光部分不会对此类光谱仪饱和。采用本实用新型设计的宽带光源经济实用，可广泛用于材料分析与测量，方便实用。

实施例3

如图6所示,本实施例3的组合式光源装置与实施例2的组合式光源装置的结构基本相同，其区别在于，本实施例的光源输出组件包括光纤耦合反射镜601、光纤输入端头206、光纤207和光纤输出端头208。其中，光纤输入端头206和光纤输出端头208分别连接于光纤207的两端，光纤耦合反射镜601采用球面反射镜。而在别的实施例中，光纤耦合反射镜601也可以设置为平面等非球面反射镜。从而通过该光纤耦合反射镜601将合光片203反射或透射的光线耦合进入光纤输入端头206。本实施例3之所以采用光纤耦合反射镜601作为光纤输入端头206的耦合镜，是因为球面反射镜相比于透射式的耦合镜没有色差问题，因此，使用该实施例输出的比较平滑的宽带的光谱进行材料分析时，可以避免因为光谱色差引起的测量误差。

由于在实际应用中，常常采用氘灯作为紫外光和蓝光光源使用，将钨灯作为包括紫外光、可见光与近红外光的光源和近红外光光源使用。因此，本实用新型采用氘灯作为第一光源、钨灯作为第二光源。而在其他实施例中，第一光源还可采用其他紫外光和蓝光光源，例如氙灯等；第二光源还可采用其他包括紫外光、可见光及近红外光的光源，例如氙灯等。本实施例中的氘灯、钨灯并不作为限制本实用新型之用。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。