CN219015469U - 一种高灵敏度高分辨率全谱光学*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高灵敏度高分辨率全谱光学***，包括：聚光装置、狭缝装置、色散装置、柱面镜装置、检测装置和外部腔体；聚光装置由聚光前光筒、聚光后光筒、平凸透镜和透镜压片构成；狭缝装置由狭缝支架、狭缝调整座和狭缝构成；色散装置由色散支架、光栅调准架和全息凹面光栅构成；柱面镜装置由柱面镜和柱面镜底座构成；检测装置由底部滑轨、上部架子、反射镜、光电采集器构成；外部腔体由下部腔体和上部盖子构成。本实用新型的能够将光源所发出的光聚焦到狭缝上，可以根据检测不同波段的特征波长而更换平凸透镜，使得对于不同波长的聚光效果达到最佳；外部腔体起到减小离焦作用，既不会影响光线传播，又能够减小腔体内部体积。

Description

一种高灵敏度高分辨率全谱光学***

技术领域

本实用新型涉及光谱仪技术领域，具体涉及一种高灵敏度高分辨率全谱光学***。

背景技术

光谱仪又称之为分光仪，主要用于仪器检测行业。常常用于检测物质的所含元素的种类和对于元素的含量。本实用新型所设计光谱仪是属于罗兰圆光谱仪，而罗兰圆光谱仪就是一种高分辨率的检测设备。它可以检测生活中、工业发展中几乎所有的样品，但是它的优势就是能够检测一些样品中含量十分低的元素，然而这些含量低的元素普通的传统检测方法是难以检测出来的。

实用新型内容

本实用新型提供了一种高灵敏度高分辨率全谱光学***，可以根据不同波段而更换平凸透镜的聚光模块，根据不同波段而压缩光斑效果达到最佳的柱面镜模块，同时摆放下七片CMOS或CCD光电传感器的基于交错双排式调准架。

为达到上述目的，本实用新型提供了以下方案：

一种高灵敏度高分辨率全谱光学***，包括：聚光装置、狭缝装置、色散装置、柱面镜装置、检测装置和外部腔体；

所述聚光装置由聚光前光筒、聚光后光筒、平凸透镜和透镜压片构成；

所述狭缝装置由狭缝支架、狭缝调整座和狭缝构成；

所述色散装置由色散支架、光栅调准架和全息凹面光栅构成；

所述柱面镜装置由柱面镜和柱面镜底座构成；

所述检测装置由底部滑轨、上部架子、反射镜和光电采集器构成；

所述外部腔体由下部腔体和上部盖子构成。

优选的，所述聚光装置由源头螺钉固定在所述下部腔体的入射光孔处；

所述平凸透镜嵌入所述聚光后光筒的内腔处；

所述透镜压片嵌入所述聚光后光筒内固定所述平凸透镜；

所述聚光前光筒用螺母固定在所述聚光后光筒上。

优选的，所述狭缝支架的固定孔对应在所述下部腔体的投影位置进行螺纹孔设置；

所述狭缝调整座连接所述狭缝支架；

所述狭缝安装在所述狭缝调整座上。

优选的，所述色散支架的固定孔对应在所述下部腔体的投影位置进行螺纹孔设置；

所述全息凹面光栅利用玻璃胶粘在所述光栅调准架的圆心底座上。

优选的，所述柱面镜固定在所述柱面镜底座上；

所述柱面镜底座通过螺丝固定在所述下部腔体上。

优选的，所述底部滑轨包括：第一底部滑轨、第二底部滑轨和第三底部滑轨；

所述底部滑轨固定在所述下部腔体内。

优选的，所述上部架子包括：罗兰圆相切式上部架子、主光线垂直入射式上部架子和第一上部架子；

所述罗兰圆相切式上部架子包括：第一滑动板固定模块、第一反射镜固定槽和第一滑动轨，所述第一反射镜固定槽位于所述第一滑动板固定模块正下方，所述罗兰圆相切式上部架子通过所述第一滑动轨固定在所述第一底部滑轨上；

所述主光线垂直入射式上部架子包括：第二滑动板固定模块、第二反射镜固定槽和第二滑动轨，所述第二反射镜固定槽位于所述第二滑动板固定模块正下方，所述主光线垂直入射式上部架子固定在所述第二底部滑轨上；

所述第一上部架子包括：第三滑动板固定模块、第三反射镜固定槽和第三滑动轨，所述第三反射镜固定槽位于所述第三滑动板固定模块正上方，所述第一上部架子固定在所述第三底部滑轨上；

所述反射镜安装于所述上部架子上。

优选的，所述光电采集器包括：滑动板、驱动电路PCB板和光电传感器；

若干所述光电采集器固定在所述上部架子中；

所述光电传感器固定在所述驱动电路PCB板上；

所述驱动电路PCB板通过螺柱固定在所述滑动板上。

优选的，所述上部盖子上设置有把手；

所述下部腔体侧面设置有抽气口、氩气注气口、排线转接板和密封槽。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的聚光模块将光源所发出的光聚焦到狭缝上，可以根据检测不同波段的特征波长而更换平凸透镜，可以使得对于不同波长的聚光效果达到最佳；

(2)波长通过狭缝后便到达色散模块进行色散，之后不同波长的光就被通过全息凹面光栅色散开来，随之被色散后的光便通过柱面镜模块，尤其将光线在弧矢面方向上进行压缩，从而提高最终采集到像斑的亮度；

(3)本实用新型的外部腔体起到减小离焦作用，既不会影响光线传播，又能够减小腔体内部体积。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的俯视图结构示意图；

图2为本实用新型实施例的侧视图结构示意图；

图3为本实用新型实施例的聚光筒结构示意图与其剖面图；

图4为本实用新型实施例的柱面镜模块结构示意图；

图5为本实用新型实施例的底部滑轨结构示意图；

图6为本实用新型实施例的罗兰圆相切式上部架子的结构示意图；

图7为本实用新型实施例的主光线垂直入射式上部架子的结构示意图；

图8为本实用新型实施例的第一上部架子的结构示意图；

图9为本实用新型实施例的光电采集器的结构示意图；

图10为本实用新型实施例的检测第一段波长检测模块的结构示意图；

图11为本实用新型实施例的检测第三、五、七段波长检测模块的结构示意图；

图12为本实用新型实施例的检测第二、四、六段波长检测模块的结构示意图。

附图标记说明

1、聚光装置；2、狭缝装置；3、色散装置；4、柱面镜装置；5、检测装置；8、上部盖子；9、下部腔体；10、排线转接板；11、抽气口；12、氩气注气口；13、把手；14、密封槽；15、聚光前光筒；16、聚光后光筒；17、透镜压片；18、平凸透镜；19、柱面镜底座；20、柱面镜；21、第一滑动板固定模块；22、第一反射镜固定槽；23、第一滑动轨；24、镂空；25、第二滑动板固定模块；26、第三反射镜固定槽；27、第三滑动板固定模块；28、第三滑动轨；29、滑动板；30、驱动电路PCB板；31、光电传感器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

在本实施例中，如图1-2所示，一种高灵敏度高分辨率全谱光学***，包括：聚光装置1、狭缝装置2、色散装置3、柱面镜装置4、检测装置5和外部腔体。

聚光装置1如图3所示，由聚光前光筒15、聚光后光筒16、平凸透镜18和透镜压片17构成；聚光装置1由源头螺钉固定在下部腔体9的入射光孔处；平凸透镜18嵌入聚光后光筒16的内腔处；透镜压片17嵌入聚光后光筒16内，用于固定平凸透镜18，以及增加聚光装置的气密性；聚光前光筒15用螺母固定在聚光后光筒16上，起到一个密闭作用。在本实施例中，聚光装置1是可更换的，其中的平凸透镜18是要根据测量包含不同的特征波长的波段进行更换成对应该波段的透镜。且本实用新型提供了七个不同曲率半径的平凸透镜18，其属于每个波段的平凸透镜18的曲率半径都是符合该波段所有特征波长的最佳值。由于不同波长在同一种材质中的折射率不同，从而导致同一个平凸透镜18对不同波长的聚焦能力是不同的。解决了聚光装置1只适用于一定波长范围，而对于其他波长范围的聚焦能力较差的问题。

狭缝装置2由狭缝支架、狭缝调整座和狭缝构成；狭缝支架的固定孔对应在下部腔体9的投影位置进行螺纹孔设置；狭缝调整座连接狭缝支架；狭缝安装在狭缝调整座上。在本实施例中，采用了5mm×20um的线狭缝，狭缝则是安装在狭缝调整座上，狭缝调整座带有旋转的调整余度可以用来调整狭缝的竖直方向与***子午面的垂直程度。狭缝调整座的低端则是狭缝支架，其拥有5mm的余度用来竖直上下调整狭缝的高度，使其狭缝孔中心位置在光路上。

色散装置3由色散支架、光栅调准架和全息凹面光栅构成；色散支架的固定孔对应在下部腔体9的投影位置进行螺纹孔设置；全息凹面光栅利用玻璃胶粘在光栅调准架的圆心底座上。在本实施例中，光栅调准架上的光栅底座具有旋转的调准余度，其目的是为了使得光栅的刻线槽垂直于光矢的子午面。此外光栅调准架还具有3个可以调准仰俯角余度的旋钮，其主要是调准全息凹面光栅的仰俯角，使得光栅底面标准垂直罗兰圆底面。

狭缝装置2和色散装置3都带有调节仰俯角的镜架和高度的支架，最终要调整的最佳位置是将狭缝的中心和全息凹面光栅的中心位置都要调整到整个光矢的光路高度上，然后将是根据不同波段范围的进行柱面镜装置4的配置，其中柱面镜20的曲面朝向反射镜方向。

柱面镜装置4如图4所示，由柱面镜20和柱面镜底座19构成；柱面镜20固定在柱面镜底座19上；柱面镜底座19通过螺丝固定在下部腔体9上。在本实施例中，共设置了7个不同的柱面镜20，每个柱面镜20的弧面的横切面都是平行与光矢的子午面，并且柱面的平面垂直于每一波段的中心波长。至于每个柱面镜20的弧面的曲率半径都是符合该波段所包含的所有特征波长的最佳结果。柱面镜装置4解决了像斑在像面Y轴方向上过于分散且无法集中于光电传感器的感光面中心的问题，以及采集到各个特征波长后亮度过低的问题。在下部腔体9的罗兰圆上实际成像点不到20mm处的位置进行柱面镜装置的柱面镜底座的螺纹孔设置。

检测装置5由底部滑轨、上部架子、反射镜和光电采集器构成。

其中，底部滑轨如图5所示，在本实施例中，包括三个底部滑轨：第一底部滑轨、第二底部滑轨和第三底部滑轨；底部滑轨固定在下部腔体9内；上部架子包括：罗兰圆相切式上部架子、主光线垂直入射式上部架子和第一上部架子。

罗兰圆相切式上部架子如图6所示，包括：第一滑动板固定模块21、第一反射镜固定槽22和第一滑动轨23，第一反射镜固定槽22位于第一滑动板固定模块21正下方，罗兰圆相切式上部架子通过第一滑动轨23固定在第一底部滑轨上；在本实施例中，罗兰圆相切式的上部架子在第一滑动板固定模块21处在设计时采用了罗兰圆相切型的设计，其实际上就是第一滑动板固定模块21所在的平面与光矢子午面所成的夹角为第一段波长主光线的衍射角12.71°。并且第一反射镜固定槽22设计在第一滑动板固定模块21的正下方，并且上部架子的镂空24主要是为了给隔壁上部架子提供足够的空间，第一滑动轨23在底部滑轨的凹槽内用于滑动。

主光线垂直入射式上部架子如图7所示，包括：第二滑动板固定模块25、第二反射镜固定槽和第二滑动轨，第二反射镜固定槽位于第二滑动板固定模块正下方，主光线垂直入射式上部架子固定在第二底部滑轨上；其相比于罗兰圆相切式上部架子，主要区别就在于它的第二滑动板固定模块25，第二滑动板固定模块25所在面平行于整个光矢的子午面，其他部分与罗兰圆相切式上部架子相同，第二滑动轨在底部滑轨的凹槽内用于滑动。

第一上部架子如图8所示，包括：第三滑动板固定模块27、第三反射镜固定槽26和第三滑动轨28，第三反射镜固定槽26位于第三滑动板固定模块27正上方，第一上部架子固定在第三底部滑轨上；在本实施例中，第三滑动板固定模块27所在的平面平行于整个光矢子午面，第三滑动轨28在底部滑轨的凹槽内用于滑动。

反射镜安装于上部架子上。在本实施例中，反射镜包括：第一波段反射镜，第三、五、七波段反射镜和第二、四、六波段反射镜；其中，第一波段反射镜固定于罗兰圆相切式上部架子上，第三、五、七波段反射镜固定于主光线垂直入射式上部架子上，第二、四、六波段反射镜固定于第一上部架子上。

光电采集器如图9所示，包括：滑动板29、驱动电路PCB板30和光电传感器31；若干光电采集器固定在上部架子中；光电传感器31固定在驱动电路PCB板30上；驱动电路PCB板30通过螺柱固定在滑动板29上，滑动板29为矩形薄板。在本实施例中，选用三个光电采集器，分别固定在罗兰圆相切式上部架子、主光线垂直入射式上部架子和第一上部架子上，光电传感器31的引脚直接插在驱动电路PCB板30的孔眼里，而驱动电路PCB板30则是用螺柱固定在滑动板29中。

整个光电采集器可在滑动板29固定模块穿过相邻的反射镜在下型的上部架子的镂空24部分进行左右调整，其为的是防止其与相邻奇数波段的光电传感器采集模块在机械上出现重合，一旦调整到一个合适的模块就用螺钉将其固定在滑动板固定模块上。

在本实施例中，如图10所示，由罗兰圆相切式上部架子，第一底部滑轨，第一波段反射镜和光电采集器构成检测第一段波长的检测模块；如图11所示，由主光线垂直入射式上部架子，第二底部滑轨，第三、五、七波段反射镜和光电采集器构成检测第三、五、七段波长的检测模块；如图12所示，由第一上部架子，第三底部滑轨，第二、四、六波段反射镜和光电采集器构成检测第二、四、六段波长的检测模块。

外部腔体由下部腔体9和上部盖子8构成。上部盖子8上设置有把手13；下部腔体9侧面设置有抽气口11、氩气注气口12、排线转接板10和密封槽14。在本实施例中，上部盖子8上有把手13方便操作员进行开盖的操做。下部腔体9的侧面还设计有抽气口11、氩气注气口12以及排线转接板10。并且下部腔体9和上部盖子8分别采用了上沉式和下沉式的设计，其作用是为了减小整个腔体内部的空间，从而节省腔体内部抽真空的时间和冲入氩气的量。此外下部腔体9还另外设计有密封槽14，其作用是增加腔体整体的密封性。

在腔体内部的配件安装完后，将排线转接板10安装在下部腔体9壁上，然后将驱动电路PCB板30的排线口与排线转接板10的内侧排线接口用排线连接起来。排线转接板10的外侧接口即可连接上位机即可。之后将盖子盖上后用盖子周围的螺钉孔用螺钉将其固定，然后用抽气泵连接抽气口11将整个腔体的内部抽真空，然后通过氩气注气口12将氩气充入整个腔体直到内外大气压一直即可。

以上所述的实施例仅是对本实用新型优选方式进行的描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种高灵敏度高分辨率全谱光学***，其特征在于，包括：聚光装置、狭缝装置、色散装置、柱面镜装置、检测装置和外部腔体；

所述聚光装置由聚光前光筒、聚光后光筒、平凸透镜和透镜压片构成；

所述狭缝装置由狭缝支架、狭缝调整座和狭缝构成；

所述色散装置由色散支架、光栅调准架和全息凹面光栅构成；

所述柱面镜装置由柱面镜和柱面镜底座构成；

所述检测装置由底部滑轨、上部架子、反射镜和光电采集器构成；

所述外部腔体由下部腔体和上部盖子构成；

所述聚光装置由源头螺钉固定在所述下部腔体的入射光孔处；

所述平凸透镜嵌入所述聚光后光筒的内腔处；

所述透镜压片嵌入所述聚光后光筒内固定所述平凸透镜；

所述聚光前光筒用螺母固定在所述聚光后光筒上；

所述狭缝支架的固定孔对应在所述下部腔体的投影位置进行螺纹孔设置；

所述狭缝调整座连接所述狭缝支架；

所述狭缝安装在所述狭缝调整座上；

所述色散支架的固定孔对应在所述下部腔体的投影位置进行螺纹孔设置；

所述全息凹面光栅利用玻璃胶粘在所述光栅调准架的圆心底座上；

所述柱面镜固定在所述柱面镜底座上；

所述柱面镜底座通过螺丝固定在所述下部腔体上；

所述底部滑轨包括：第一底部滑轨、第二底部滑轨和第三底部滑轨；

所述底部滑轨固定在所述下部腔体内；

所述上部架子包括：罗兰圆相切式上部架子、主光线垂直入射式上部架子和第一上部架子；

所述罗兰圆相切式上部架子包括：第一滑动板固定模块、第一反射镜固定槽和第一滑动轨，所述第一反射镜固定槽位于所述第一滑动板固定模块正下方，所述罗兰圆相切式上部架子通过所述第一滑动轨固定在所述第一底部滑轨上；

所述主光线垂直入射式上部架子包括：第二滑动板固定模块、第二反射镜固定槽和第二滑动轨，所述第二反射镜固定槽位于所述第二滑动板固定模块正下方，所述主光线垂直入射式上部架子固定在所述第二底部滑轨上；

所述第一上部架子包括：第三滑动板固定模块、第三反射镜固定槽和第三滑动轨，所述第三反射镜固定槽位于所述第三滑动板固定模块正上方，所述第一上部架子固定在所述第三底部滑轨上；

所述反射镜安装于所述上部架子上；

所述光电采集器包括：滑动板、驱动电路PCB板和光电传感器；

若干所述光电采集器固定在所述上部架子中；

所述光电传感器固定在所述驱动电路PCB板上；

所述驱动电路PCB板通过螺柱固定在所述滑动板上；

所述上部盖子上设置有把手；

所述下部腔体侧面设置有抽气口、氩气注气口、排线转接板和密封槽。

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