一种在透射和反射测量间切换的测光装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种在透射和反射测量间切换的测光装置，包括光源、探测器、透射测量光路组件、反射测量光路组件和样品架组件：样品承载于样品架组件上，样品架组件可带动样品旋转；在装置采用透射测量方式时，透射测量光路组件放置于光源与探测器之间；在装置采用反射测量方式时，反射测量光路组件放置于光源与探测器之间最终完成两种方式的测量；本实用新型的测光装置可实现在透射测量状态和反射测量状态之间的快速切换，方便使用；光源、探测器及样品架组件，在两种测量模式下共用，仅替换尽可能少的光路元件，并尽量保持其它部件的方位不变，使产品具有简单可靠，成本低廉的特点。
【专利说明】一种在透射和反射测量间切换的测光装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种在透射和反射测量间切换的测光装置，属于光电【技术领域】，该装置主要用于光谱仪、透射率及反射率测量仪等需要配备发光源及测量样品透射或反射光强度的场合。
【背景技术】
[0002]目前光谱仪产品已被广泛的应用于民用及科研的各个领域，成为辨识物质成分，物质结构分析，内部物质检测的有效手段。而光谱仪系统的常用检测原理是令准直探测光束入射物质表面接受物质透射光和反射光以检测光强度。这种方法在光源功率受到限制或者样品透过率、反射率较差的情况下无法得到足够大的输出光强度，同时在某些应用中需要对样品进行逐点的检测以反映细微结构信息，而准直光束入射通常形成的能量密度较低、光斑较大而无法适应上述两种情况。为此，某些光谱仪使用了汇聚光束取代准直光进行探测。在汇聚探测情况下，自光源而来的准直光并不是直接入射样品，而是被光学元件汇聚并令汇聚焦点与样品重合，再以对称的光学系统接收自样品而来的透射或反射光，准直而形成输出光束，输出到后续光探测器。
[0003]通常具有汇聚光束探测功能的光谱仪仅具有透射探测和反射探测功能之一，但单一的探测光路形式限制了其应用范围。为了提高产品竞争力和适应性，多功能的汇聚光束探测光谱仪可同时具有透射测量和反射测量两种功能。由于光路结构的限制，结构固定而具有两种探测功能的光谱仪需要配备两个功能完全一样的探测器，分别用于透射和反射光的测量。这种配置方式不适合探测器及光源成本较高的光谱仪系统当中，典型的如太赫兹光谱仪。因此为降低成本，在太赫兹光谱仪等同类产品中通常仅配备一组光源和一组探测器，在透射和反射测量中共用，并在执行不同测量任务时在两种模式间进行切换。而目前切换过程除了更换相应的光学零件以外，还要求光路结构改变以后对各部件位置进行诸多调整，切换困难，使用不便，难以适应实际应用需要。
实用新型内容
[0004]有鉴于此，本实用新型提供了一种在透射和反射测量间切换的测光装置，能够使得具有透射光和反射光测量功能的系统可在两种探测模式下便捷切换。
[0005]本实用新型的一种在透射和反射测量间切换的测光装置，包括光源、探测器、透射测量光路组件、反射测量光路组件和样品架组件:样品承载于样品架组件上，样品架组件可带动样品旋转；在装置采用透射测量方式时，所述透射测量光路组件放置于光源与探测器之间，样品架组件带动样品旋转，透射测量光路组件将从光源发出的探测光线聚焦后垂直投射到样品入射面上，并把从样品透射的探测光线准直后输出至所述探测器；在装置采用反射测量方式时，所述反射测量光路组件放置于光源与探测器之间，样品架组件旋转，反射测量光路组件将从光源发出的探测光线聚焦后以角度Θ投射到样品入射面上，并将从样品入射面反射的探测光线准直后输出至所述探测器；其中，所述角度Θ与探测光线在样品入射面的反射率成反比。
[0006]进一步的，所述透射测量光路组件包括两个平面反射镜和两个离轴抛物面镜，其中，在所述的测光装置采用透射测量方式时，第一平面反射镜置于所述光源发出的探测光线的光路中，第一离轴抛物面镜置于第一平面反射镜的反射光路中，所述样品架组件承载样品置于第一离轴抛物面镜的反射光路中，且样品入射面与从第一离轴抛物面镜反射的探测光线垂直，第二离轴抛物面镜置于样品的透射光路中，第二平面反射镜置于所述第二离轴抛物面镜的反射光路中，最终将探测光线反射至所述探测器；所述反射测量光路组件包括两个离轴抛物面镜和四个平面反射镜，其中，所述测光装置采用反射测量方式时，第三平面反射镜置于所述光源发出的探测光线的光路中，第三离轴抛物面镜置于第三平面反射镜的反射光路中，所述第四平面反射镜置于所述第三离轴抛物面镜的反射光路中，所述第四平面反射镜反射的探测光线与样品入射面成Θ角，所述第五平面反射镜置于样品入射面的反射光路中，所述第四离轴抛物面镜置于第五平面反射镜的反射光路中，所述第六平面反射镜置于第四离轴抛物面镜的反射光路中，并最终将探测光线反射至所述探测器。
[0007]较佳的，所述样品架组件包括均呈方形片状的样品架底座和样品固定装置，所述样品固定装置在四边均开有安装孔，相对的两个安装孔的中心连线互相垂直；样品固定在所述样品固定装置的一侧表面，样品的入射面与该侧表面垂直；所述样品架底座上固定连接两个销钉，该两个销钉与所述样品固定装置上的任意两个相对的安装孔互相配合。
[0008]较佳的，所述样品架组件包括样品架底座和样品固定装置，所述样品架固定装置的一侧表面上加工有条形凸起，条形凸起上端固定所述样品，所述样品架底座上开有均与所述条形凸起配合的且互相垂直的两个条形孔。
[0009]本实用新型具有如下有益效果:
[0010]本实用新型的测光装置可实现在透射测量状态和反射测量状态之间的快速切换，方便使用。光源、探测器及样品架组件，在两种测量模式下共用，仅替换尽可能少的光路元件，并尽量保持其它部件的方位不变，使产品具有较简单可靠，成本较低。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型的在透射和反射测量间切换的测光装置在透射测量状态下的光路结构意图；
[0012]图2是本实用新型的在透射和反射测量间切换的测光装置在反射测量状态下的光路结构意图；
[0013]图3是本实用新型的在透射和反射测量间切换的测光装置的透射测量光路组件与反射测量光路组件的结构之间的相对位置关系示意图；
[0014]图4是本实用新型的一个实施例中样品架组件包括的样品架底座和样品固定装置的结构示意图。
[0015]图5是本实用新型的另一个实施例中样品架组件包括的样品架底座和样品固定装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]以下参照附图对本实用新型进一步说明。
[0017]本实用新型的测光装置包括光源、探测器、透射测量光路组件1001、反射测量光路组件2001和样品架组件1002，其中，样品架组件1002固定安装在测光装置内部的光源与探测器之间的合适位置上，用于承载样品1007。
[0018]如图1所示，为本实用新型的测光装置在透射测量状态下的光路结构示意图，选择透射测量光路组件1001设置在光源与探测器之间，用于对样品1007采用透射方式进行测量，其中，透射测量光路组件1001包括两个平面反射镜和两个离轴抛物面镜，平面反射镜1004置于光源发出的探测光线的光路中，离轴抛物面镜1005置于平面反射镜1004的反射光路中，样品架组件1002承载样品1007置于离轴抛物面镜1005的反射光路中，离轴抛物面镜1009置于样品1007的透射光路中，平面反射镜1010置于离轴抛物面镜1009的反射光路中。从光源水平入射的探测光1003，被平面反射镜1004反射后竖直向下入射离轴抛物面镜1005，然后向右水平传播形成汇聚光1006，汇聚焦点位于样品1007处；为了获得较好的探测结果，需要调整透射测量光路组件与样品之间的相对位置，使得汇聚光1006的主光轴垂直于样品1007的入射面，由于透射测量光路组件1001较样品架组件1002更庞大更复杂，因此，调整样品架组件1002更为便捷。本实施例中，由于探测光线为水平入射，因此，应调整样品架组件1002，使得样品1007的入射面为竖直放置。透过测量样品1007的探测光形成向右的发散光束1008入射离轴抛物面镜1009，被准直后竖直向上反射，然后入射平面反射镜1010，沿水平向右反射形成输出光线1011，最终输入探测器。
[0019]如图2所示，为本实用新型的测光装置在反射测量状态下的光路结构示意图，反射测量光路组件2001设置在光源与探测器之间，用于对样品1007采用反射方式进行测量，其中，反射测量光路组件2001包括两个离轴抛物面镜和四个平面反射镜，平面反射镜2004置于光源发出的探测光线的光路中，离轴抛物面镜2005置于平面反射镜2004的反射光路中，平面反射镜2007置于离轴抛物面镜2005的反射光路中，平面反射镜2007反射的探测光线与样品1007入射面成Θ角，平面反射镜2011置于样品1007入射面的反射光路中，离轴抛物面镜2012置于平面反射镜2011的反射光路中，平面反射镜2014置于离轴抛物面镜2012的反射光路中。从光源发出的水平入射的探测光2003，被平面反射镜2004反射后竖直向下入射离轴抛物面镜2005，经向右反射形成汇聚光2006，然后入射平面反射镜2007，被向右斜下反射，使得探测光线的主光轴以一定角度Θ入射到样品1007的入射面上，且焦点汇聚在样品1007处；需要说明的是，为了满足探测光线与样品1007入射面之间的角度关系，仍需调整样品架组件1002，本实施例中，基于反射测量光路组件2001的对称性，此时需要调整样品架组件1002使得样品1007入射面为水平放置。透射测量方式时样品为竖直放置，在两种测量方式切换中，样品1007需要旋转90°，因此，本实用新型中为了操作方便快捷，将样品架组件1002设计成可带动样品1007旋转，其旋转角度可任意，也可只旋转90°。被样品1007反射的发散光2010向右斜上入射平面反射镜2011，被反射后水平向右入射离轴抛物面镜2012，被准直后竖直向上反射，形成准直光2013，然后入射平面反射镜2014，再被沿水平向向右反射形成输出光线2015输出至探测器。
[0020]如图3所示，本实用新型的测光装置的透射测量光路组件1001与反射测量光路组件2001的结构之间的相对位置关系示意图，在两种测量状态下透射测量光路组件1001和反射测量光路组件2001共用光源和探测器，即两种测量方式的输入光3003和输出光3004一致，汇聚焦点3005位置一致，因此可实现在透射测量方式和反射测量方式间的便捷转换。
[0021]本实用新型还提供了两种样品架组件结构，如图4所示，本实用新型的一个实施例中的样品架组件，包括均呈方形片状的样品架底座4001和样品固定装置4002，样品固定装置4002在四边均开有安装孔，相对的两个安装孔的中心连线互相垂直；样品固定在样品固定装置4002的一侧表面，样品107的入射面与该侧表面垂直；样品架底座4001上固定连接两个销钉4003和4004，该两个销钉与样品固定装置4002上的任意两个相对的安装孔互相配合，使得样品架底座4001与样品架固定装置4002有两种连接方式:在测光装置采用透射测量方式时，样品架固定装置4002上的其中两个相对的安装孔4005和4006与样品架底座4001上的两个销钉连接，使得样品1007沿竖直方向放置，即透射测量光路组件1001将从光源发出的探测光线聚焦后垂直投射到样品1007入射面上；在测光装置采用反射测量方式时，样品架固定装置4002上的另两个相对的安装孔4007和4008与样品架底座4001上的两个销钉连接，使得样品1007沿水平方向放置，即反射测量光路组件2001将从光源发出的探测光线聚焦后以一定角度Θ投射到样品1007入射面上。
[0022]如图5所示，为本实用新型的另一个实施例种的样品架组件:包括样品架底座5001和样品固定装置5002，样品架固定装置5002的一侧表面上加工有条形凸起5005，条形凸起5005上端固定样品1007，样品架底座5001上开有均与条形凸起5005配合的且互相垂直的两个条形孔5003和5004，使得样品架底座5001与样品架固定装置5002有两种连接方式:在测光装置采用透射测量方式时，样品架固定装置5002上的条形凸起5005穿过样品架底座5001上的其中一个条形孔5004，使得样品1007沿竖直方向放置，即透射测量光路组件1001将从光源发出的探测光线聚焦后垂直投射到样品1007入射面上；在测光装置采用反射测量方式时，样品架固定装置5002上的条形凸起5005穿过样品架底座5001上的另一个条形孔5003，使得样品1007沿水平方向放置，即反射测量光路组件2001将从光源发出的探测光线聚焦后以一定角度Θ投射到样品1007的入射面上。
[0023]需要说明的是，角度Θ的选择与探测光线在样品1007上的反射率有关，要求的反射率越大，则角度Θ越小。
[0024]在上述实施例中，为方便各个部件之间的相对位置描述，使入射和输出光沿水平放置，但是在实际应用中，可使测光装置整体旋转并保持各个部件的相对位置保持不变。另一方面，实例中入射光3003和输出光3004沿一条直线放置，但实际应用中可使其中一个相对于另一个位置有一定平移。此外，具有两种相对固定状态的样品架底座4001和样品固定装置4002并不局限于以销钉固定，只要两机械结构具有两种相对可靠互相垂直的固定方式均可合理使用。
[0025]综上，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种在透射和反射测量间切换的测光装置，包括光源、探测器、透射测量光路组件、反射测量光路组件和样品架组件，其特征在于:样品承载于样品架组件上，所述样品架组件可带动样品旋转；在所述测量装置采用透射测量方式时，所述透射测量光路组件放置于所述光源与所述探测器之间；在所述测量装置采用反射测量方式时，所述反射测量光路组件放置于所述光源与所述探测器之间。
2.根据权利要求1所述的在透射和反射测量间切换的测光装置，其特征在于，所述透射测量光路组件包括两个平面反射镜和两个离轴抛物面镜，其中，在所述测光装置采用透射测量方式时，第一平面反射镜置于所述光源发出的探测光线的光路中，第一离轴抛物面镜置于第一平面反射镜的反射光路中，所述样品架组件承载样品并置于第一离轴抛物面镜的反射光路中，且样品入射面与从第一离轴抛物面镜反射的探测光线垂直，第二离轴抛物面镜置于样品的透射光路中，第二平面反射镜置于所述第二离轴抛物面镜的反射光路中，最终将探测光线反射至所述探测器；所述反射测量光路组件包括两个离轴抛物面镜和四个平面反射镜；，在所述测光装置采用反射测量方式时，第三平面反射镜置于所述光源发出的探测光线的光路中，第三离轴抛物面镜置于第三平面反射镜的反射光路中，第四平面反射镜置于所述第三离轴抛物面镜的反射光路中，且所述第四平面反射镜反射的探测光线与样品入射面成Θ角，所述第五平面反射镜置于样品入射面的反射光路中，所述第四离轴抛物面镜置于第五平面反射镜的反射光路中，所述第六平面反射镜置于第四离轴抛物面镜的反射光路中，并最终将探测光线反射至所述探测器；其中，所述角度Θ与探测光线在样品入射面的反射率成反比。
3.根据权利要求1或2所述的在透射和反射测量间切换的测光装置，其特征在于，所述样品架组件包括均呈方形片状的样品架底座和样品固定装置，所述样品固定装置在四边均开有安装孔，相对的两个安装孔的中心连线互相垂直；样品固定在所述样品固定装置的一侧表面，样品的入射面与该侧表面垂直；所述样品架底座上固定连接两个销钉，该两个销钉与所述样品固定装置上的任意两个相对的安装孔互相配合。
4.根据权利要求1或2所述的在透射和反射测量间切换的测光装置，其特征在于，所述样品架组件包括样品架底座和样品固定装置，所述样品架固定装置的一侧表面上加工有条形凸起，条形凸起上端固定所述样品，所述样品架底座上开有均与所述条形凸起配合的且互相垂直的两个条形孔。
【文档编号】G01J3/02GK203929610SQ201320824595
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】刘明, 赵跃进, 董立泉, 刘小华, 武红, 卢铁林, 张建成 申请人:北京理工大学