專利名稱：分光光度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)設(shè)定目標(biāo)波長或自動(dòng)掃描預(yù)定波長范圍的分光光度計(jì)，更具體地說，涉及一種用以確定分光光度計(jì)若干驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作原點(diǎn)的機(jī)構(gòu)。
一般分光光度計(jì)中，目標(biāo)波長或波長范圍是自動(dòng)設(shè)定，或者由計(jì)算機(jī)控制的電動(dòng)機(jī)自動(dòng)描述預(yù)定的波長范圍的。這種自動(dòng)設(shè)定和掃描不僅需要有帶動(dòng)分光元件(例如衍射光柵或棱鏡)高度精確轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，而且還需要有其它一些配合分光元件轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作的機(jī)構(gòu)。
用于紫外光和可見光光譜范圍的分光光度計(jì)通常有兩個(gè)光源，一個(gè)是可見光光源，另一個(gè)是紫外光光源。在這類分光光度計(jì)中，光源切換機(jī)構(gòu)根據(jù)目標(biāo)波長或波長掃描范圍選擇其中一個(gè)光源，并將其安置在光路上。光源切換機(jī)構(gòu)是利用轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)聚鏡或移動(dòng)光源來切換光源的。
用衍射光柵作為分光元件時(shí)，設(shè)計(jì)分光光度計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)使得只有衍射強(qiáng)度最大的(正或負(fù)的)一級(jí)衍射光通過出射狹縫發(fā)射出去。但衍射光柵的原理不僅容許出射狹縫發(fā)射一級(jí)光，而且還容許發(fā)射二級(jí)或更高級(jí)次的衍射光。因此，普通的分光光度計(jì)通常都采用濾光片來消除不需要的二級(jí)或更高級(jí)次的衍射光。許多分光光度計(jì)中設(shè)有若干短波長截止或帶通有色玻璃濾光片，并且由濾光片選擇機(jī)構(gòu)根據(jù)所運(yùn)行的光的波長選擇其中一個(gè)濾光片，安置在光路上。濾光片選擇機(jī)構(gòu)配置在衍射光柵之前或之后。
這三個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，即a)帶動(dòng)衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，b)切換兩個(gè)光源的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，和c)選擇濾光片的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，是分光范圍包括可見光和紫外光、能自動(dòng)設(shè)定和掃描目標(biāo)波長或波長范圍的分光光度計(jì)所必不可少的組件。這些驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通常采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，這是因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)較小，易用微型計(jì)算機(jī)控制，而且無需減速裝置就能低速運(yùn)轉(zhuǎn)。在分光光度計(jì)中，各驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)在微型計(jì)算機(jī)的控制下根據(jù)目標(biāo)波長或掃描波長彼此聯(lián)鎖地配合工作。各步進(jìn)電機(jī)通常是以開環(huán)系統(tǒng)的方式控制的。
圖9示出了一般現(xiàn)有技術(shù)的分光光度計(jì)，它采用擺動(dòng)式會(huì)聚反射鏡3切換兩個(gè)光源，和凹面衍射光柵9作為分光元件。光源切換機(jī)構(gòu)4擺動(dòng)會(huì)聚鏡3，以選擇紫外光源1或可見光源2。濾光片選擇機(jī)構(gòu)7用來安置適當(dāng)?shù)臑V光片6以截止光通路中更高級(jí)次的光。衍射光柵9由衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)10帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過入射狹縫13射來的白光由凹面衍射光柵9反射、衍射和會(huì)聚，并且入射狹縫13的單色圖象聚焦在出射狹縫14上，出射狹縫14上的圖象波長與衍射光柵9的位置有關(guān)。通過出射狹縫14出射的單色光通過試樣16，由光學(xué)系統(tǒng)15聚焦到光度計(jì)12上，再由光度計(jì)12進(jìn)行測定。
正常工作時(shí)，用作各機(jī)構(gòu)4、7和10的驅(qū)動(dòng)源的步進(jìn)電機(jī)可以開環(huán)系統(tǒng)的方式妥善加以控制而無需使用反饋傳感器。但在接通光度計(jì)并將各電機(jī)接上電源的時(shí)刻，各步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置是不定的，會(huì)聚鏡3的位置，衍射光柵9的位置和安置在光路中的濾光片6的種類也都是不定的。因此，如果不確定各電機(jī)的動(dòng)作原點(diǎn)，分光光度計(jì)的控制器(微型計(jì)算機(jī))就不可能根據(jù)預(yù)定程序妥善控制各步進(jìn)電機(jī)。
因此，采用步進(jìn)電機(jī)的各驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)需要有確定動(dòng)作原點(diǎn)的機(jī)構(gòu)。在圖9所示的普通分光光度計(jì)中，各驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(光源切換機(jī)構(gòu)4、濾光片選擇機(jī)構(gòu)7和衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)10)的動(dòng)作原點(diǎn)是由相應(yīng)的原點(diǎn)檢測傳感器5、8和11檢測的。原點(diǎn)檢測傳感器是光電傳感器或微動(dòng)開關(guān)，它檢測在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng))部件上形成的孔或短軸，并確定運(yùn)動(dòng)部件當(dāng)時(shí)的位置，作為步進(jìn)電機(jī)(或驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu))的動(dòng)作原點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)要求三個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的每一個(gè)都有一個(gè)檢測器，這引起各種問題。部件數(shù)目的增加使各機(jī)構(gòu)和整個(gè)控制系統(tǒng)復(fù)雜化。要求檢測器本身的精密度和可靠性具有與分光光度計(jì)所要求的同樣高的水平。這些問題和其它問題提高了分光光度計(jì)的造價(jià)，而且降低生產(chǎn)效率。
例如，采用光電傳感器作為原點(diǎn)檢測傳感器時(shí)，需要許多其它的輔助部件，這包括將傳感器接到控制器的電纜;固定傳感器的構(gòu)件;有待傳感器檢測的短軸;和將信號(hào)從傳感器傳送到微型計(jì)算機(jī)的控制電路。微動(dòng)開關(guān)也需要許多輔助部件，而且長期使用時(shí)其可靠性會(huì)因機(jī)械接觸而變差。
動(dòng)作原點(diǎn)的再現(xiàn)性或精確度與每個(gè)原點(diǎn)檢測器的精密度有關(guān)。通常這類傳感器的精密度對要求高度精確設(shè)定波長的一般分光光度計(jì)來說是不夠高的。為達(dá)到一般分光光度計(jì)所要求的再現(xiàn)性或精密度，高價(jià)優(yōu)質(zhì)的傳感器、復(fù)雜的機(jī)構(gòu)和熟練的調(diào)節(jié)技巧是必不可少的。
因此，本發(fā)明總的目的是提供一種經(jīng)改進(jìn)的分光光度計(jì)，本發(fā)明的具體目的是提供一種帶有確定三個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作原點(diǎn)的結(jié)構(gòu)簡單的檢測機(jī)構(gòu)的分光光度計(jì)。
上述和其它有關(guān)目的是由本發(fā)明的分光光度計(jì)實(shí)現(xiàn)的，它包括a)至少兩個(gè)光源(例如，紫外光光源和可見光光源);
b)光源切換機(jī)構(gòu)，用以擺動(dòng)光源反射鏡，使其中一個(gè)光源射來的光反射到分光光度計(jì)的入射狹縫上;
c)分光元件(例如，衍射光柵或棱鏡)，用以將通過入射狹縫來的光分離成一系列單色分量的光;
d)分光元件驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以轉(zhuǎn)動(dòng)分光元件，使分離出來的光投射到分光光度計(jì)的出射狹縫上，該分光元件驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括粗略原點(diǎn)檢測器，用以檢測分光元件運(yùn)動(dòng)的大致原點(diǎn);
e)濾光片架，裝有多個(gè)濾光片(例如，采用衍射光柵作為分光元件時(shí)截止高級(jí)次衍射光用的短波長截止濾光片或帶通濾光片);
f)濾光片選擇機(jī)構(gòu)，用以將其中一個(gè)濾光片安置到分光光度計(jì)的光路上，該濾光片選擇機(jī)構(gòu)包括限制濾光片架運(yùn)動(dòng)范圍的止動(dòng)件;
g)光度計(jì)，用以測定從出射狹縫射出的光;和h)控制器，用以ⅰ)使濾光片架的一端接觸止動(dòng)件，從而確定濾光片運(yùn)動(dòng)的原點(diǎn);
ⅱ)利用粗略原點(diǎn)檢測器確定分光元件的大致原點(diǎn);和ⅲ)測定光度計(jì)檢測到最大光強(qiáng)時(shí)所處的位置，從而確定光源反射鏡運(yùn)動(dòng)的原點(diǎn)和分光元件機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的精確原點(diǎn)。
光源反射鏡運(yùn)動(dòng)的原點(diǎn)可按下列步驟確定ⅰ)接通其中一個(gè)光源;
ⅱ)擺動(dòng)光源反射鏡;然后ⅲ)確定光度計(jì)檢測到最大光強(qiáng)時(shí)光源反射鏡的位置。
分光元件運(yùn)動(dòng)的精確原點(diǎn)可按下列程序確定ⅰ)根據(jù)光源反射鏡的運(yùn)動(dòng)原點(diǎn)將光源反射鏡安置到光源的最強(qiáng)光照射分光元件的位置;
ⅱ)將分光元件轉(zhuǎn)到利用大致原點(diǎn)使零級(jí)衍射光照射到光度計(jì)上的位置;
ⅲ)確定在光度計(jì)檢測出最大光強(qiáng)時(shí)分光元件運(yùn)動(dòng)的精確原點(diǎn)。
不檢測最大光強(qiáng)時(shí)的位置而檢測由光度計(jì)測得的線狀光譜圖與光源已知的線狀光譜圖一致時(shí)分光元件的位置，也可以確定分光元件運(yùn)動(dòng)的精確原點(diǎn)。
從下面對最佳實(shí)施例連同附圖的詳細(xì)說明可以清楚了解本發(fā)明的上述和其它目的及特點(diǎn)。
圖1的平面圖示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明分光光度計(jì)的光源和衍射光柵;
圖2是光源切換機(jī)構(gòu)和會(huì)聚反射鏡的平面圖;
圖3是圖2的光源切換機(jī)構(gòu)的平面圖;
圖4是圖2的光源切換機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖;
圖5是濾光片選擇機(jī)構(gòu)的正視圖;
圖6是圖5的濾光片選擇機(jī)構(gòu)的平面圖;
圖7是衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的正視圖;
圖8是圖7的衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平面圖;
圖9是現(xiàn)有技術(shù)分光光度計(jì)的典型結(jié)構(gòu)的原理圖;
圖10是本發(fā)明實(shí)施例的分光光度計(jì)的控制系統(tǒng)方框圖;
圖11是確定分光光度計(jì)三個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作原點(diǎn)的控制器的控制流程圖。
現(xiàn)在參看各


本發(fā)明的最佳實(shí)施例。本實(shí)施例的分光光度計(jì)包括兩個(gè)光源1和2，入射狹縫13，一些可選擇的濾光片6，作為分光元件的衍射光柵9，出射狹縫14，固定試樣用的試樣固定件16，和光度計(jì)12，這些部件如圖9所示那樣配置。兩個(gè)光源1和2由光源切換裝置20進(jìn)行切換，濾光片6由濾光片選擇機(jī)構(gòu)19選擇，衍射光柵9則由衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)18帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，所有這些都由圖10所示的包括微型計(jì)算機(jī)的控制器50按一定程序進(jìn)行控制。每個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)18、19或20采用步進(jìn)電機(jī)作為其驅(qū)動(dòng)源，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)18、19和20的步進(jìn)電機(jī)與控制器50連接，控制器50根據(jù)存儲(chǔ)在其中的預(yù)定程序控制各步進(jìn)電機(jī)(即驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)18、19和20)。
圖1示出了本實(shí)施例的分光光度計(jì)包括光源和單色儀在內(nèi)的部分。鑒于本實(shí)施例的分光光度計(jì)既在紫外光區(qū)也在可見光區(qū)工作，因而它有兩個(gè)燈，一個(gè)是紫外光燈1，另一個(gè)是可見光燈2。在圖1的光學(xué)和機(jī)械系統(tǒng)中，光源切換機(jī)構(gòu)20、濾光片選擇機(jī)構(gòu)19、衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)18、入射狹縫13和出射狹縫14都裝設(shè)在公用底座17上。
與圖9中所示的現(xiàn)有技術(shù)的分光光度計(jì)不同，本實(shí)施例的分光光度計(jì)的所有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)18、19和20中沒有原點(diǎn)檢測傳感器。只有衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)18有一個(gè)粗略原點(diǎn)傳感器(光電傳感器)21，用以檢測衍射光柵9運(yùn)動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng))的大致原點(diǎn)。粗略原點(diǎn)傳感器21也與控制器50連接。另外兩個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)19和20都沒有任何這類位置傳感器或角度傳感器。
現(xiàn)在說明確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原點(diǎn)的各機(jī)構(gòu)的工作情況。
光源切換機(jī)構(gòu)20擺動(dòng)會(huì)聚反射鏡3，并將來自紫外光源1或可見光源2的光通量會(huì)聚到單色儀的入射狹縫13上。圖2至4示出了光源切換機(jī)構(gòu)20的實(shí)例。步進(jìn)電機(jī)22的轉(zhuǎn)動(dòng)從步進(jìn)電機(jī)22輸出軸上的小齒輪28減速傳遞到切換齒輪23上，切換齒輪23繞固定在光源切換機(jī)構(gòu)20的底座29上的短軸24轉(zhuǎn)動(dòng)。會(huì)聚反射鏡3由鏡夾持器27夾持著，夾持器27則繞通過凹面會(huì)聚反射鏡3頂端的垂直線轉(zhuǎn)動(dòng)。鏡夾持器27由公用底座17上的軸承支撐著。開關(guān)連桿26固定在鏡夾持器27上，由彈簧(圖中未示出)將其推動(dòng)到豎在切換齒輪23周邊上的短軸25上。
小齒輪28和切換齒輪23將步進(jìn)電機(jī)22的轉(zhuǎn)速降低到六分之一，切換齒輪23上的短軸25以步進(jìn)電機(jī)22轉(zhuǎn)速的六分之一作圓周運(yùn)動(dòng)。短軸25轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，被推到短軸25上的開關(guān)連桿26繞鏡夾持器27的轉(zhuǎn)動(dòng)中心擺動(dòng)，會(huì)聚鏡3也是如此。在本實(shí)施例中，切換齒輪23的轉(zhuǎn)動(dòng)中心和鏡夾持器27的轉(zhuǎn)動(dòng)中心以及開關(guān)連桿26的長度被設(shè)計(jì)得在短軸25轉(zhuǎn)一圈時(shí)使開關(guān)連桿26的擺動(dòng)角度(即會(huì)聚鏡3的擺動(dòng)角度)大致等于30度。兩個(gè)光源1和2配置在相對于會(huì)聚鏡3的擺動(dòng)中心等于或小于60度角的范圍。這樣，來自兩個(gè)光源中任一個(gè)光源的光就被會(huì)聚鏡3反射而會(huì)聚在入射狹縫13上。在本實(shí)施例中，齒輪28和23的轉(zhuǎn)動(dòng)及開關(guān)連桿26的運(yùn)動(dòng)都不受限制，且步進(jìn)電機(jī)22可以不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使開關(guān)連桿26和會(huì)聚鏡3能自由擺動(dòng)30度角左右。光源切換機(jī)構(gòu)20沒有裝設(shè)檢測會(huì)聚鏡3擺動(dòng)原點(diǎn)的傳感器。
圖5和圖6示出了濾光片選擇機(jī)構(gòu)19。濾光片選擇機(jī)構(gòu)19的底座31上固定有帶入射狹縫13的薄狹縫板和步進(jìn)電機(jī)30。多個(gè)根據(jù)分光光度計(jì)的波長范圍制備的高級(jí)次光截止濾光片6由濾光片架33固定住，濾光片架33可繞固定在底座31上的短軸38轉(zhuǎn)動(dòng)。扇形齒輪32用螺釘(圖中未示出)固定到濾光片架33上，濾光片架33則與固定在步進(jìn)電機(jī)30的輸出軸上的小齒輪37嚙合。齒輪37和32的齒輪比被設(shè)計(jì)得使步進(jìn)電機(jī)30的轉(zhuǎn)速減少到十分之一。在用于可見和紫外光譜的分光光度計(jì)的一般配置中，濾光片6由三個(gè)通過較長波長的短波長截止濾光片和兩個(gè)通過較短波長的帶通濾光片組成。除五個(gè)濾光片6外，濾光片架33還有一個(gè)孔眼36。這五個(gè)濾光片6和孔眼36被安排得繞扇形齒輪32的轉(zhuǎn)動(dòng)中心排成弧形，從而使得步進(jìn)電機(jī)30帶動(dòng)濾光片架33連同扇形齒輪32一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，濾光片6中的一個(gè)或孔眼36遮住入射狹縫13。在本實(shí)施例中，濾光片6和孔眼36相隔15度等間距配置。由于步進(jìn)電機(jī)30的轉(zhuǎn)速減到十分之一，因而步進(jìn)電機(jī)30的輸出軸轉(zhuǎn)150度就足以將一個(gè)濾光片切換到另一個(gè)濾光片(或孔眼36)。這里設(shè)孔眼36，為的是使通過入射狹縫13的最強(qiáng)光直接射到分光元件上，并在測量中利用最大光能。在極短波長的范圍，不存在適當(dāng)?shù)膸úＡV光片且高級(jí)次光不進(jìn)入光路的情況，可以使用孔眼36。
底座31上形成有兩個(gè)止擋，用作限制濾光片架33連同扇形齒輪32(這個(gè)組合件以下稱之為扇形齒輪/濾光片架組合件)轉(zhuǎn)動(dòng)的止動(dòng)件35a和35b。圖5中，當(dāng)順時(shí)針驅(qū)動(dòng)扇形齒輪32使其超出預(yù)定范圍時(shí)，扇形齒輪/濾光片架組合件的一端40(實(shí)際上是濾光片架33的一端)與止動(dòng)件35a接觸。另一方面，逆時(shí)針驅(qū)動(dòng)扇形齒輪32使其超出預(yù)定范圍時(shí)，扇形齒輪/濾光片架組合件的另一端39(實(shí)際上是扇形齒輪32的一端)與另一個(gè)止動(dòng)件35b接觸。止動(dòng)件35a和35b的位置以及扇形齒輪/濾光片架組合件的端部40和39被設(shè)計(jì)得確保濾光片架33的轉(zhuǎn)動(dòng)角度足以使五個(gè)濾光片6和孔眼36能安置在通過入射狹縫13的光路上。由于五個(gè)濾光片6和孔眼36按15度的間隔配置，所以扇形齒輪32需要的轉(zhuǎn)動(dòng)角為15×(6-1)＝75度。扇形齒輪32的實(shí)際轉(zhuǎn)角取78度，比要求的最小角大3度。
按通分光光度計(jì)的電源時(shí)，扇形齒輪32和濾光片架33的位置是不定的。在本實(shí)施例如此結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)30直到扇形齒輪/濾光片架組合件的任一端與止動(dòng)件35b或35a接觸為止，這時(shí)無需使用特定的傳感器就可以確定濾光片選擇機(jī)構(gòu)19的動(dòng)作原點(diǎn)(或?yàn)V光片架33的運(yùn)動(dòng)原點(diǎn))。扇形齒輪32順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)過預(yù)定的角度(即78度角)時(shí)，扇形齒輪/濾光片架組合件的端部39或40與止動(dòng)件35a或35b接觸。當(dāng)齒輪37和32的減速比為1/10時(shí)，步進(jìn)電機(jī)30使濾光片架轉(zhuǎn)動(dòng)78度所需要的轉(zhuǎn)角為780度(兩轉(zhuǎn)加60度)。若步進(jìn)電機(jī)30被驅(qū)動(dòng)到滿780度，則在端部39或40接觸止動(dòng)件35a或35b之后，步進(jìn)電機(jī)30進(jìn)入紊亂狀態(tài)。如果步進(jìn)電機(jī)30的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速選擇得正確，使加到步進(jìn)電機(jī)30上的負(fù)荷，和作用到齒輪37和32的齒上的壓力小，則上述情況不會(huì)產(chǎn)生實(shí)際問題。此外，原點(diǎn)確定程序只在步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間執(zhí)行一次，在以后的正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間，步進(jìn)電機(jī)30不會(huì)進(jìn)入這種紊亂狀態(tài)，因?yàn)檎＿\(yùn)轉(zhuǎn)是在如此確定的原點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。最好取濾光片6和孔眼36的尺寸足夠大于光通量。在這種情況下，對濾光片選擇機(jī)構(gòu)19的動(dòng)作原點(diǎn)精確度的要求就會(huì)比對衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)18或光源切換機(jī)構(gòu)20的相應(yīng)要求低。
圖7和圖8示出了衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)18。沿著a線通過入射狹縫13射來的白光為凹面衍射光柵9所反射、衍射和會(huì)聚，入射狹縫13的單色光圖象聚焦到出射狹縫14上。帶動(dòng)衍射光柵9轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)組合件(包括步進(jìn)電機(jī)和減速裝置)固定在底座45上。夾持衍射光柵9的衍射光柵夾持件44固定在電機(jī)組合件41的輸出軸上，并繞通過衍射光柵9頂端的垂直線轉(zhuǎn)動(dòng)。衍射光柵9被電機(jī)組合件41驅(qū)動(dòng)繞垂直線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，聚焦到出射狹縫14的單色光的波長處于掃描狀態(tài)。我們設(shè)置，圖8中，凹面衍射光柵9頂端處的法線與連接該頂端和出射狹縫14的連線b之間的夾角，在發(fā)射出零級(jí)光時(shí)為26度，并且衍射光柵9的柵格常數(shù)為1/900毫米。分光光度計(jì)的最大波長為900納米時(shí)，為了使聚焦到出射狹縫14上的從零級(jí)光(直接反射)到最大波長光的單色光掃描，衍射光柵9的轉(zhuǎn)動(dòng)角度約為30度。
光電傳感器43檢測出從衍射光柵夾持件44突出的短軸42，從而確定衍射光柵9轉(zhuǎn)動(dòng)的大致原點(diǎn)。傳感器43并不是用來確定波長掃描的精確原點(diǎn)，因而其檢測的精確度無需過高。
衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)18是高度精確測定分光光度計(jì)波長的一個(gè)必不可少的元件，因而要求它有很高的精確度和再現(xiàn)性。例如，在本實(shí)施例中，分光光度計(jì)的波長范圍為0至900納米，衍射光柵9的轉(zhuǎn)角為30度。為簡單起見，假設(shè)衍射光柵9的轉(zhuǎn)角與聚焦到出射狹縫上的單色光的波長，它們之間成線性關(guān)系。分光光度計(jì)的波長精確度在±1納米的范圍時(shí)，對衍射光柵轉(zhuǎn)角再現(xiàn)性的要求為±30/900＝±0.033度或更小。設(shè)置短軸42的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為15毫米時(shí)，傳感器43檢測出的短軸42位置的精確度和再現(xiàn)性應(yīng)為±(15±2π×0.033/360)＝±0.0086毫米＝±8.6微米。用市售的廉價(jià)傳感器是達(dá)不到如此高的精確度的。
相反，本實(shí)施例的傳感器43，其檢測的精確度能降低到這樣的程度，即只要衍射光柵9能使單色光聚焦到出射狹縫14上。換句話說，當(dāng)紫外光源1或可見光源2的光透過入射狹縫13射到衍射光柵9時(shí)，如果任何單色光都能透過出射狹縫14射出，則傳感器43的精確度就足夠了。具體地說，用可見光源時(shí)在波長方面所要求的精確度約為200納米，因而對傳感器43要求的精確度約為±0.8毫米，比先前計(jì)算的精確度(±8.6微米)要求寬100倍。甚至市售廉價(jià)的光電傳感器也可以達(dá)到這個(gè)精確度。
然后用如此確定得出的大致原點(diǎn)來確定衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)18的精確原點(diǎn)。首先，及時(shí)令衍射光柵9轉(zhuǎn)動(dòng)預(yù)定角度，使其達(dá)到預(yù)置的起始探索位置，這個(gè)位置預(yù)定在零級(jí)光聚焦到出射狹縫14時(shí)所在的位置附近。然后從起始探索位置開始，令衍射光柵9慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小角度，同時(shí)測定從出射狹縫14射出的光的光強(qiáng)。精確的原點(diǎn)可以根據(jù)從出射狹縫14出來的光(零級(jí)光或任何單色光)局部最強(qiáng)時(shí)衍射光柵9所處的位置來確定。我們可以將光度計(jì)檢測出的線狀光譜圖與光源的已知線狀光譜圖相比較，而無需測定局部的最大光強(qiáng)檢測出的線狀光譜圖與已知的線狀光譜圖一致時(shí)，即可確定原點(diǎn)。當(dāng)采用氘燈作為紫外光源時(shí)，最大光強(qiáng)檢測法或線狀光譜圖匹配法都可以用，而當(dāng)采用鎢磺可見光源時(shí)，實(shí)踐上只用最大光強(qiáng)法。
如果事先沒有大致原點(diǎn)可供參考，可以令衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)18使衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)360度，以找出最大位置。但在本實(shí)施例的系統(tǒng)中，由于可以用大致原點(diǎn)計(jì)算出最大光強(qiáng)的探索起始點(diǎn)，因而探索時(shí)間縮短到最短程度。這樣既縮短了精確原點(diǎn)的確定時(shí)間，又簡化了衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)18。
總起來說，本發(fā)明分光光度計(jì)的控制器50，如圖11中所示的那樣，控制三個(gè)機(jī)構(gòu)18、19和20，使分光光度計(jì)進(jìn)入初始狀態(tài)(即確定驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)18、19和20各自的原點(diǎn))。接通分光光度計(jì)時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)18、19和20的各步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置是不定的?？刂破?0首先帶動(dòng)濾光片選擇機(jī)構(gòu)19的濾光片架23轉(zhuǎn)動(dòng)，直到它接觸止動(dòng)件為止(步驟S1)。這確定了濾光片選擇機(jī)構(gòu)19的原點(diǎn)。然后令濾光片架33相對于該原點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)預(yù)定的角度，使孔眼轉(zhuǎn)到入射狹縫13的位置(步驟S2)。接著，在衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)18中用粗略原點(diǎn)傳感器21確定大致原點(diǎn)(步驟S3)。根據(jù)大致原點(diǎn)，使衍射光柵9轉(zhuǎn)到零級(jí)光(即，從入射狹縫13直接反射來的光)聚焦到出射狹縫14時(shí)的預(yù)定位置(步驟S4)。衍射光柵9的這個(gè)位置可以根據(jù)分光光度計(jì)的幾何尺寸預(yù)先確定。
這時(shí)令光源切換機(jī)構(gòu)20的會(huì)聚鏡3擺動(dòng)預(yù)定的角度，并確定光源切換機(jī)構(gòu)20對應(yīng)于其中一個(gè)光源的原點(diǎn)，這時(shí)，光度計(jì)12檢測出的光強(qiáng)最大(步驟S5)。以類似的方式確定光源切換機(jī)構(gòu)20對應(yīng)于另一個(gè)光源的另一個(gè)原點(diǎn)。這里可以確定兩個(gè)光源1和2的光源鏡3運(yùn)動(dòng)的單一的公共原點(diǎn)。最后，同樣用光度計(jì)12確定衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)18的精確原點(diǎn)(步驟S6)。
在本發(fā)明的系統(tǒng)中，用一個(gè)精確度低的角位置傳感器就能相當(dāng)精確地檢測出分光光度計(jì)的三個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(即光源切換機(jī)構(gòu)、濾光片選擇機(jī)構(gòu)和衍射光轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu))的動(dòng)作原點(diǎn)。這樣，本發(fā)明的系統(tǒng)既簡化了驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制電路，從而降低成本，提高生產(chǎn)率，又提高了系統(tǒng)的可靠性。本發(fā)明最好應(yīng)用于帶凹面衍射光柵的分光光度計(jì)上。
權(quán)利要求
1.一種分光光度計(jì)，其特征在于，它包括a)至少兩個(gè)光源；b)光源切換機(jī)構(gòu)，用以擺動(dòng)光源反射鏡，使從其中一個(gè)光源來的光反射到分光光度計(jì)的入射狹縫上；c)分光元件，用以將透過入射狹縫射來的光分離成一系列單色分量的光；d)分光元件驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以帶動(dòng)分光元件轉(zhuǎn)動(dòng)，使經(jīng)分離的光投射到分光光度計(jì)的出射狹縫上，該分光元件驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括粗略原點(diǎn)檢測器，用以檢測分光元件運(yùn)動(dòng)的大致原點(diǎn)；e)包括多個(gè)濾光片的濾光片架；f)濾光片選擇機(jī)構(gòu)，用以將其中一個(gè)濾光片安置在分光光度計(jì)的光路上，該濾光片選擇機(jī)構(gòu)包括用以限制濾光片架運(yùn)動(dòng)的止動(dòng)件；g)光度計(jì)，用以測定從出射狹縫射出的光；h)控制器，用以i)使濾光片架的一端與止動(dòng)件接觸，從而確定濾光片運(yùn)動(dòng)的原點(diǎn)；ii)利用粗略原點(diǎn)檢測器確定分光元件的大致原點(diǎn)；和iii)測定光度計(jì)檢測出最大光強(qiáng)時(shí)所在的位置，從而確定光源反射鏡運(yùn)動(dòng)的原點(diǎn)和分光元件機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的精確原點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分光光度計(jì)，其特征在于，所述分光元件是衍射光柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分光光度計(jì)，其特征在于，控制器按下列步驟確定光源反射鏡的運(yùn)動(dòng)原點(diǎn)ⅰ)接通其中一個(gè)光源;ⅱ)擺動(dòng)光源反射鏡;ⅲ)確定光度計(jì)檢測出最大光強(qiáng)時(shí)光源反射鏡的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分光光度計(jì)，其特征在于，控制器按下列步驟確定分光元件運(yùn)動(dòng)的精確原點(diǎn)ⅰ)根據(jù)光源反射鏡的運(yùn)動(dòng)原點(diǎn)將光源反射鏡安置到光源的最強(qiáng)光照射分光元件的位置;ⅱ)將分光元件轉(zhuǎn)到利用大致原點(diǎn)使零級(jí)衍射光照射到光度計(jì)上的位置;ⅲ)確定在光度計(jì)檢測出最大光強(qiáng)時(shí)分光元件運(yùn)動(dòng)的精確原點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分光光度計(jì)，其特征在于，控制器通過檢測光度計(jì)測得的線狀光譜圖與光源的已知線狀光譜圖一致時(shí)光源反射鏡的位置來確定光源反射鏡運(yùn)動(dòng)的原點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分光光度計(jì)，其特征在于，控制器通過檢測光度計(jì)測出的線狀光譜圖與光源已知的線狀光譜圖一致時(shí)分光元件的位置來確定分光元件運(yùn)動(dòng)的精確原點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分光光度計(jì)，其特征在于，濾光片架包括不帶濾光片的孔眼，且控制器使濾光片選擇機(jī)構(gòu)在確定光源反射鏡運(yùn)動(dòng)的原點(diǎn)和分光元件運(yùn)動(dòng)的精確原點(diǎn)之前，將孔眼置于分光光度計(jì)的光路中。
全文摘要
一種分光光度計(jì)，包括光源切換裝置，用以擺動(dòng)光源反射鏡來切換多個(gè)光源；濾光片選擇裝置；衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；以及控制器，用以利用衍射光柵轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的粗略原點(diǎn)傳感器和光度計(jì)確定三個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作原點(diǎn)?？刂破鞯墓ぷ魇鞘篂V光片架的一端與止動(dòng)件接觸，從而確定濾光片運(yùn)動(dòng)的原點(diǎn)；用粗略原點(diǎn)傳感器確定衍射光柵的大致原點(diǎn)；檢測光度計(jì)測出最大光強(qiáng)時(shí)的位置，由此確定光源反射鏡運(yùn)動(dòng)的原點(diǎn)和衍射光柵運(yùn)動(dòng)的精確原點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J3/10GK1065523SQ92102290
公開日1992年10月21日 申請日期1992年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月29日
發(fā)明者安藤修, 福間俊明 申請人:株式會(huì)社島津制作所