專利名稱：光學(xué)調(diào)色儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)儀器，是利用可更換或可變形的光學(xué)元件以改變光束光譜分布的光學(xué)裝置。
每一種光源都有其固有的光譜分布，白熾燈具有連續(xù)光譜而且譜域?qū)掗煛Ｈ藗兺ǔＪ褂脝紊珒x、窄帶濾光片等從復(fù)色光源中選取單色光。使用寬帶濾光片或者濾光片組合可以得到由濾光片透光特性決定的某一特定光譜分布的多色光。可見，使用這些光學(xué)元件，或者只能得到單色光，或者是得到的多色光的光譜分布是難以任意調(diào)節(jié)的。
本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠方便地調(diào)節(jié)光束光譜分布的光學(xué)裝置，從而提出一種可變色的光學(xué)調(diào)色儀。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的入射光束經(jīng)分光系統(tǒng)中的色散元件分解為單色光后，通過能按光波波長(zhǎng)次序調(diào)節(jié)各單色光輸出光強(qiáng)的選色器，再進(jìn)入混色器混合后射出。
光學(xué)調(diào)色儀由光源、聚光系統(tǒng)Ⅰ、狹縫、準(zhǔn)直物鏡、色散元件、聚焦成象物鏡、選色光欄、聚光系統(tǒng)Ⅱ和混色器等組成，如


圖1所示。由光源發(fā)出的復(fù)色光，經(jīng)過狹縫變成單束復(fù)色光，再經(jīng)過準(zhǔn)直物鏡變?yōu)槠叫泄馐?，射入色散元件，由于色散元件的作用，使進(jìn)入的單束復(fù)色光分解為多束單色光，再經(jīng)過聚焦成象物鏡使光束按光波波長(zhǎng)的順序成象于它的焦面上。置于聚焦成象物鏡焦面上的選色光欄，將遮擋某些單色光，允許通過另一些單色光。這里所說(shuō)的“某些單色光”的含義是指某些單色光的全部或者部分光通量，選色光欄的這一選通單色光性能是由透光孔的幾何形態(tài)(位置、形狀和大小)所決定的。從選色光欄出來(lái)的光束經(jīng)聚光系統(tǒng)進(jìn)入混色器，混合成均勻的多色光光束，從出射口射出。
顯然，使用光學(xué)調(diào)色儀，只要改變選色光欄透光孔的幾何形態(tài)(位置、形狀和大小)，就可改變出射多色光的光譜分布，使用方便，適應(yīng)性廣。而且由于設(shè)有混色器，出射多色光的各單色光組份混合均勻。此外，使用具有特定透光孔的選色光欄，該光學(xué)調(diào)色儀就是一臺(tái)單色儀或者負(fù)單色儀，具有一儀多功能的好處。
現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)光學(xué)調(diào)色儀作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1至圖6是本實(shí)用新型的實(shí)施例。
圖1是光學(xué)調(diào)色儀結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是選色光欄結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是透光孔形態(tài)各別的光欄欄板，圖4是活動(dòng)光欄板結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是活動(dòng)光欄欄板的拼合形式，圖6是混色積分球結(jié)構(gòu)示意圖，圖中標(biāo)號(hào)是1——光源，2——聚光系統(tǒng)Ⅰ，3——狹縫，4——準(zhǔn)直物鏡，5——色散元件，6——聚焦成象物鏡，7——選色光欄，8——聚光系統(tǒng)Ⅱ，9——混色器，10——選色光欄的通光孔，11——欄框，12——欄板，13——x軸向調(diào)位裝置，14——y軸向啟閉裝置，15——條板(an)，16——條板啟閉裝置，17——條板框，18——積分球，19——楔形白板。
光學(xué)調(diào)色儀的光源(1)應(yīng)當(dāng)是具有連續(xù)光譜的復(fù)色光源，例如白熾燈、氫燈和汞燈等。選用何種光源，可根據(jù)輸出光束光譜分布要求而定，對(duì)可見光來(lái)講，白熾燈的適應(yīng)性較大。
光學(xué)調(diào)色儀的色散元件(5)可以用棱鏡或者光柵。光柵與棱鏡比較，其優(yōu)點(diǎn)是角色散率幾乎與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，工作光譜區(qū)寬且分辨率大。
顯然，當(dāng)光源(1)、聚光系統(tǒng)Ⅰ(2)、狹縫(3)、準(zhǔn)直物鏡(4)、色散元件(5)、聚焦成象物鏡(6)的種類和位置確定以后，聚焦成象物鏡(6)的成象面上的單色光束按光波波長(zhǎng)呈空間分布的方向和位置是確定的?，F(xiàn)為了敘述方便，規(guī)定光波波長(zhǎng)分布方向?yàn)閤軸，即在x＋Δx區(qū)域內(nèi)是波長(zhǎng)為λ＋Δλ的準(zhǔn)單色光，當(dāng)Δx足夠小時(shí)，就是波長(zhǎng)為λ的單色光。
光學(xué)調(diào)色儀的選色光欄(7)是本實(shí)用新型的發(fā)明要點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由欄框(11)和置于欄框(11)上的欄板(12)構(gòu)成。欄板(12)上開有一透光孔(10)。欄板(12)可以從欄框(11)上取下，也可以分別沿欄框(11)的x軸方向移動(dòng)和沿y軸方向啟閉，移動(dòng)或啟閉欄板(12)的最簡(jiǎn)單的辦法是用手直接推動(dòng)或拉動(dòng)，其次是設(shè)置x軸向調(diào)位裝置(13)、y軸向啟閉裝置(14)，調(diào)位裝置(13)和啟閉裝置(14)可以采用螺桿等結(jié)構(gòu)。
欄板(12)可以由若干塊條板(15)拼合而成，如圖4所示，各塊條板(15)之間在條板框(17)內(nèi)既能單獨(dú)抽動(dòng)，又能緊密配合而不漏光。抽動(dòng)任一條板(15)的最簡(jiǎn)單辦法是用手直接拉動(dòng)或推動(dòng)，其次是設(shè)置條板an(15)的啟閉裝置(16)。啟閉裝置(16)可以采用螺桿等結(jié)構(gòu)。條板(15)的拼合方式可以如圖5所示。圖中B1表示條板(15)的橫截面呈棱形，拼合側(cè)面為平面；B2表示條板(15)的拼合側(cè)面為臺(tái)階形；B3表示條板拼合側(cè)面為凹凸形。顯然采用B3方式拼合而成的欄板(12)對(duì)光的遮擋性能好，但條板加工較復(fù)雜；采用B1方式則正好相反；采用B2式則介子兩者之間。
選色光欄(7)位于分光系統(tǒng)中聚焦成象物鏡(6)的成象面上，欄框(11)的x軸與光束按光波波長(zhǎng)順序的空間分布方向一致，欄框(11)的y軸，也就是條板(15)的縱向與光束按光波波長(zhǎng)的空間分布方向垂直，這時(shí)每一塊條板(15)a1、a2、a3……分別對(duì)應(yīng)光波波長(zhǎng)為λ1＝λ0＋Δλ1，λ2＝λ1＋Δλ2、λ3＝λ2＋Δλ3……的準(zhǔn)單色光的區(qū)域，當(dāng)每塊條板(15)的寬度足夠窄，就可以認(rèn)為是分別對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為λ1、λ2、λ3……的單色光。因此條板(an)沿y軸完全關(guān)閉，將完全遮擋對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為λn的單色光通過，當(dāng)條板an部分關(guān)閉，則遮擋波長(zhǎng)為λn的單色光的部分光通量。這就是說(shuō)，選色光欄(7)的每塊條板a1、a2、a3……的不同啟閉狀態(tài)，將構(gòu)成透光孔(10)的不同幾何形態(tài)(位置、形狀、大小)，從而控制通過不同單色光組份以及每一單色光組份的光通量大小，調(diào)節(jié)每塊條板an的啟閉狀態(tài)，也就改變了出射光束的光譜分布。
在實(shí)際使用中，對(duì)于某一用途的多色光，其光譜分布要求是肯定的，這時(shí)就可以根據(jù)光源的光譜分布(ⅠOλ～λ)與要求出射光的光譜分布(Ⅰλ～λ)，通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，來(lái)確定透光孔(10)的幾何形態(tài)，制成具有固定形態(tài)通光孔的欄板(12)(如圖3A1)。更換欄板(12)，也就改變了選色光欄的通光孔的幾何形態(tài)，從而改變出射光束的光譜分布。
當(dāng)欄板(12)的透光孔(10)是一條狹縫時(shí)(如圖3A2所示)，出射光束是單色光，沿x軸移動(dòng)欄板(12)，將獲得不同的單色光，這時(shí)光學(xué)調(diào)色儀就是一臺(tái)單色儀。
當(dāng)欄板(12)僅僅是一塊狹條時(shí)(如圖3A3所示)，出射光束是負(fù)單色光，這時(shí)光學(xué)調(diào)色儀就是一臺(tái)負(fù)單色儀。
總之，改變選色光欄(7)的透光孔(10)的幾何形態(tài)(位置、形狀和大小)，就可輸出具有不同光譜分布的多色光、單色光、或者負(fù)單色光。而改變選色光欄(7)透光孔(10)的幾何形態(tài)的具體方法可以是調(diào)節(jié)欄板(12)的位置?；蛘哒{(diào)節(jié)欄板某一部分即條板(15)的位置，也可是更換一系列具有不同幾何形態(tài)的透光孔欄板(12)(如圖3A1)，當(dāng)然也可以是兩者同時(shí)采用，例如圖3A2、A3的情況。
光學(xué)調(diào)色儀的混色器(9)可以采用白板、或者積分球、或者白板加積分球。圖6所示的混色器(9)就是由在積分球(18)的球心處懸掛一塊楔形白板(19)構(gòu)成，該白板的刃口正對(duì)著積分球(18)的入口。從選色光欄(7)出來(lái)的按光波波長(zhǎng)呈空間分布的多色光光束經(jīng)聚光系統(tǒng)Ⅱ(8)進(jìn)入積分球(18)的入射窗口，聚焦于楔形白板(19)上，反射到積分球(18)內(nèi)壁並在積分球(18)內(nèi)壁多次反射而得以充分混合，然后從積分球(18)的出射窗口射出。
一般來(lái)講，積分球的混色性能優(yōu)于白板，但其光能損失也比白板嚴(yán)重，因而當(dāng)不追求出射光束的均勻性能，可以采用白板作混色器，甚至可以去掉白板，事實(shí)上聚光系統(tǒng)Ⅱ(8)也有一定混色作用。
權(quán)利要求1.一種光學(xué)調(diào)色儀，其特征在于有光源(1)，聚光系統(tǒng)Ⅰ(2)，狹縫(3)，準(zhǔn)直物鏡(4)，色散元件(5)，聚焦成象物鏡(6)，選色光欄(7)，聚光系統(tǒng)Ⅱ(8)，混色器(9)，該選色光欄(7)上有一幾何形態(tài)(位置、形狀和大小)可以變動(dòng)的透光孔(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)調(diào)色儀，其特征在于選色光欄(7)由欄框(11)、置于欄框(11)上的可以更換的欄板(12)等構(gòu)成，欄板(12)上有特定幾何形態(tài)(位置、形狀和大小)的透光孔(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)調(diào)色儀，其特征在于選色光欄(7)由欄框(11)、置于欄框(11)上的由若干塊活動(dòng)條板(15)拼合而成的欄板(12)、調(diào)節(jié)欄板(12)在欄框(11)中位置的x軸向調(diào)位裝置(13)和y軸向啟閉裝置(14)、每一塊條板(15)的啟閉裝置(16)等構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)調(diào)色儀，其特征在于拼合成欄板(12)的條板(15)的形狀是橫截面呈棱形，拼合側(cè)面是平面，或者是拼合側(cè)面為臺(tái)階形，或者是拼合側(cè)面為凹凸形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的光學(xué)調(diào)色儀，其特征在于混色器(9)是由積分球(18)、懸掛于積分球(18)球的楔形白板(19)等構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)儀器，是利用可更換或可變形的光學(xué)元件以改變光束光譜分布的光學(xué)調(diào)色儀。光源通過聚光系統(tǒng)I、狹縫、準(zhǔn)直物鏡、色散元件、聚焦成象物鏡、選色光欄、聚光系統(tǒng)II和混色器等的光學(xué)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)和更換選色光欄的幾何形態(tài)(位置、形狀和大小)來(lái)獲得所需不同光譜分布的多色光、單色光和負(fù)單色光。
文檔編號(hào)G02B27/10GK2034284SQ8820892
公開日1989年3月15日 申請(qǐng)日期1988年7月22日 優(yōu)先權(quán)日1988年7月22日
發(fā)明者陳哲艮 申請(qǐng)人:浙江省能源研究所