TWI765286B - 光譜分析裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種光譜分析裝置，其係包含一第一透鏡、一透射光柵、一透鏡組以及一感測元件，該光譜分析裝置接收一入射光線，該第一透鏡接收該入射光線並收斂成一第一光線，該透射光柵將該第一光線分光成複數個第二光線，該透鏡組接收該些個第二光線，該感測元件包含一本體及複數個像素，該些個個像素分別對應接收該些個第二光線，以此裝置分析入射之該入射光線之光譜。

Description

光譜分析裝置
本發明是關於一種光譜分析裝置，尤其係指一種利用光學結構將光線依波長分成複數個分光線，並對應感光元件之裝置結構。
隨著醫療技術的進步，光譜檢測技術越來越先進，且對於市場上需求也陸續有新的光譜分析儀器陸續研發出來，廣泛應用於水質分析、土壤分析、環境分析以及農產品、食品、化妝品分析等，聚焦光譜技術，關注其對相關領域起到的推展作用。
光譜是複色光經過色散系統分光後，被色散開的單色光按波長大小而依次排列的圖案，全稱為光學頻譜，根據物質的光譜來鑑別物質及確定它的化學組成和相對含量的方法即是光譜分析，其具有靈敏、迅速的優點，現代光譜分析儀器有原子發射光譜儀、原子吸收光譜儀(使用原子吸收分光光度法)、紅外線光譜儀等。
使用光譜儀、分光光度計與相關電子設備，量測不同發射光源之光譜譜線，並採用儀器所提供之固定光源，量測不同物質之吸收光譜、穿透光譜與反射光譜，因為不同元素的光譜會有不同的位置波長的譜線，或者會缺少某些譜線，但含有相同元素的物質的譜線卻總是會在同一個位置具有相同波長的譜線，光譜分析裝置即是利用此原理來分析物質的元素組成。
因此產業界設計一種可攜式光譜儀，其具有可現場快速檢測，無需將樣品送至實驗室以大型器材檢測，可提高檢測效率，尤其在面對複雜度高、昂貴且不易搬運的樣品時，可現場進行檢測的裝置更顯得額外重要，在可攜式或手持式光譜儀發展的同時，光學儀器廠商也開始思考實驗室的儀器也應朝向可攜帶式裝置的方向。
然而，習知可攜帶式光譜儀仍無法廣泛應用，因為習知可攜帶式光譜儀之結構複雜，其仍須由該領域的專業人士操作，使用時需經過嚴謹的訓練，且對產生的光譜得進行解讀與了解，數據若需進一步確認，再送至實驗室分析，以獲得更可靠之數據，其過程曠日廢時，與使用非攜帶式光譜儀器所需的時程相差不多，尤其是檢測結果須用於藥物的製造(例如樣本成份掃描)或為後續醫療提供資訊時(例如光學同調斷層掃描OCT)，因此，產業界需要一種更輕便、更快速擷取、且穩定度更好，更易於人員操作之光譜分析裝置。
有鑑於上述習知技術之問題，本發明提供一種光譜分析裝置，其係複數個光學元件組成，該光譜分析裝置接收樣本之光線後，該光線穿過第一透鏡後，再穿過透射光柵，透射光柵將該光線分成複數個分光線，透鏡組接收該些個分光線，並將該些個分光線分別對應入射至感測元件之複數個像素，以此裝置分析樣本入射、穿透、反射、吸收之光線的光譜，並提供更輕便之分析裝置。
本發明之一目的在於提供一種光譜分析裝置，其係包含一第一透鏡、一透射光柵、一透鏡組以及一感測元件，利用該些個光學元件將欲檢測之樣本的反射、穿透、吸收光分成複數個光線，且將該些個光線分別對應射至該感測元件之複數個像素，以此裝置結構分析入射之樣本的反射、穿透、吸收光之光譜，以了解樣本之組成成分。
為達到上述所指稱之各目的與功效，本發明提供一種光譜分析裝置，其包含：一第一透鏡、一透射光柵、一反射鏡、一透鏡組以及一感測元件，該第一透鏡接收一入射光線，並收斂成一第一光線，該透射光柵對應該第一透鏡接收該第一光線並依波長分光成複數個第二光線，該透鏡組對應該透射光柵接收該些個第二光線，該透鏡組由物側至像側依序包含一第二透鏡及一第三透鏡，該第二透鏡收斂該些個第二光線，該第三透鏡收斂該些個第二光線，該感測元件包含一基板及複數個像素，該些個像素設置於該基板上，該些個像素各別對應接收該些個第二光線；利用此結構提供量測入射光的頻譜分佈(如波長分佈)之結構。
本發明之一實施例中，其中該透射光柵具有一第一角度，該第一角度係於40°至60°之間。
本發明之一實施例中，其中該第二透鏡具有正屈折力，其像側面為凸面。
本發明之一實施例中，其中該第三透鏡具有正屈折力，其物側為凸面。
本發明之一實施例中，其中該感測元件具有一第二角度，該第二角度係於0°至10°之間。
本發明之一實施例中，其中該感測元件電性連接一電子裝置並傳輸一感測訊號。
本發明之一實施例中，其中該透射光柵係一穿透式光柵(Transmission grating)。
為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以實施例及配合說明，說明如後：
本發明提供一種光譜分析裝置，其係複數個光學元件組成，其包含一第一透鏡、一透射光柵、一透鏡組以及一感測元件，該感測元件面向該透鏡組之一側設置複數個像素，該光譜分析裝置接收一入射光線，該第一透鏡將該入射光線收斂成一第一光線，該第一光線再穿過該透射光柵，該透射光柵將該第一光線分成複數個第二光線，該透鏡組接收該些個第二光線，該些個像素分別對應接收該些個第二光線，以此裝置分析入射光線之光譜。
請參閱第1圖，其為本發明之實施例之結構示意圖，如圖所示，本實施例係一種光譜分析裝置1，其包含一第一透鏡10、一透射光柵20、一透鏡組40以及一感光元件50，其中，該光譜分析裝置1係接收一入射光線L並將其分光之裝置。
再次參閱第1圖，如圖所示，於本實施例中，光線之路徑係由物側至像側，以一實施例作舉例，該透射光柵20對應設置於該第一透鏡10之一側，該透鏡組40對應設置於該透射光柵20遠離該第一透鏡10之一側，其中該透鏡組40由物側至像側依序包含一第二透鏡42及一第三透鏡44，該感測元件50對應設置於該透鏡組40之一側，即該第二透鏡42像側面之一側，該感測元件50包含一基板51及複數個像素52，該基板51面向該透鏡組40之一側設置該些個像素52，該些個像素52平均分布於該感測元件50之該基板51上；於本實施例中，該透射光柵20係使用穿透式光柵(Transmission grating)，該感測元件50係感光耦合元件(Charge-coupled device, CCD)。
接續上述，如第1圖所示，於本實施例中，該入射光線L射至該光譜分析裝置1，該入射光線L係欲檢測之一樣本S之反射、穿透、吸收光，該第一透鏡10接收該入射光線L並收斂成一第一光線L1，該第一透鏡10將該入射光線L形成平行光並調控該入射光線L之光點形狀及尺寸，例如將該入射光線L形成圓形光點並水平射出成該第一光線L1，該第一光線L1再穿過該透射光柵20形成複數個第二光線L2，該透射光柵20將該第一光線L1以不同波長以不同角度分散成多個分光光線(例如分成600nm、750nm及900nm的光線)，即係該些個第二光線L2；於本實施例中，該些個第二光線L2以一第一分光線L21、一第二分光線L22及一第三分光線L23舉例；該透鏡組40接收該些個第二光線L2之該第一分光線L21、該第二分光線L22及該第三分光線L23，該第一分光線L21、該第二分光線L22及該第三分光線L23依序穿過該第二透鏡42及該第三透鏡44，該感光元件50之該些個像素52各別對應接收該些個第二光線L2，即該第一分光線L21、該第二分光線L22及該第三分光線L23依其波長各別對應射至該些個像素52上，例如該第一分光線L21射至該感光元件50左半部該些個像素52，該第二分光線L22射至該感光元件50中間之該些個像素52，該第三分光線L23射至該感光元件50右半部之該些個像素52，於此完成該光譜分析裝置1內部之光線路徑。
請參閱第2圖，其為本發明之實施例之另一結構示意圖，如圖所示，於本實施例中，以另一實施例作舉例，其係基於上述實施例，更設置一反射鏡30，該透射光柵20對應設置於該第一透鏡10之一側，該反射鏡30對應設置於該透射光柵20之一上方，該透鏡組40對應設置於該反射鏡30面向該第一透鏡10之一側；於本實施例中，該反射鏡30可將該透射光柵20所分出之該些個第二光線L2反射至該透鏡組40，改變光線路徑，以節省空間，例如上述舉例之該些個第二光線L2，該反射鏡30再接收該些個第二光線L2之該第一分光線L21、該第二分光線L22及該第三分光線L23並反射該些個第二光線L2。
接續上述，如圖所示，於本實施例中，該透射光柵20具有一第一角度22，該第一角度22係於40°至60°之間，以將接收之光線分光至該反射鏡30，該反射鏡30具有一反射角度32，以將接收之光線反射至該透鏡組40，該反射角度32係於40°至60°之間，本實施例中，可利用該些角度調整入射之該第一光線L1及該些個第二光線L2之路徑與角度，該感測元件50具有一第二角度54，該第二角度54係於0°至10°之間，利用該第二角度54之變化對應該透鏡組40之距離，以對應接收該透鏡組40所射出之該些個第二光線L2。
接續上述，於本實施例中，該透鏡組40之該第二透鏡42及該第三透鏡44相互鄰接設置，該第二透鏡42具有正屈折力，其像側面為凸面，該第三透鏡44具有正屈折力，其物側面為凸面，於一實施例中，該第二透鏡42具之物側面為凹面，該第三透鏡44之像側面為凹面，其中，該些個第二光線L2穿過該第二透鏡42後，再由該第三透鏡44對應射至該感測元件50之該些個像素52，以該透鏡組40改變該反射鏡30反射後之該些個第二光線L2之光形(如改變其光形成矩形)，以對應該感測元件50之該些個像素52之總體面積，使該些個像素52依波長接收該些個第二光線L2，以分析該第一光線L1之光譜。
請參閱第3圖及第4圖，第3圖為本發明之實施例之元件電性連接示意圖，第4圖為本發明之實施例之傳輸示意圖，如圖所示，本實施例中，對欲檢測之該樣本S照射光線，其經樣品反射、穿透、吸收後之光線，即該入射光線L，再由該光譜分析裝置1接收，該光譜分析裝置1之內部光線路徑如上述實施例，故不再贅述，該感測元件50電性連接一電子裝置60並傳輸一感測訊號502，該電子裝置60係如電腦此等處理裝置，該感測元件50之該些個像素52接收到該些個第二光線L2後，傳送該感測訊號502，以分析該樣本S之光譜。
本實施例係一種光譜分析裝置，其係該第一透鏡10、該透射光柵20、該反射鏡30、該透鏡組40以及該感測元件50對應設置，該光譜分析裝置1由該第一透鏡10接收該入射光線L並收斂成該第一光線L1，再由該透射光柵20將該第一光線L1分成該些個第二光線L2，再由該透鏡組40將該些個第二光線L2分別對應射至該感測元件50之該些個像素52上，以此裝置分析入射之該入射光線L之光譜；於一實施例中，更包含該反射鏡30接收並反射該些個第二光線L2，以改變光線之路徑。
綜上所述，本發明提供一種光譜分析裝置，其係複數個光學元件組成，該光譜分析裝置接收樣本之光線後，由透射光柵將該光線分成複數個分光線，再以透鏡組接收該些個分光線，並將該些個分光線分別對應射至感測元件之複數個像素上，以此裝置將入射光線依不同波長分離成複數個分光線，再將該些個分光線對應射至感測元件之像素，以分析該入射之光線的光譜，並提供更輕便之分析裝置，解決習知裝置於使用時需經過嚴謹的訓練，且數據若需進一步確認，須再送至實驗室分析，增加時間與人力成本之問題，本發明更以反射鏡接收並反射該些個分光線，改變光線路徑節省空間。
故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈  鈞局早日賜准專利，至感為禱。
惟以上所述者，僅為本發明一實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
1:光譜分析裝置 10:第一透鏡 20:透射光柵 22:第一角度 30:反射鏡 32:反射角度 40:透鏡組 42:第二透鏡 44:第三透鏡 50:感測元件 502:感測訊號 51:基板 52:像素 54:第二角度 60:電子裝置 L:入射光線 L1:第一光線 L2:第二光線 L21:第一分光線 L22:第二分光線 L23:第三分光線 S:樣本
第1圖：其為本發明之實施例之結構示意圖； 第2圖：其為本發明之實施例之另一結構示意圖； 第3圖：其為本發明之實施例之元件電性連接示意圖；以及 第4圖：其為本發明之實施例之傳輸示意圖。
1:光譜分析裝置
10:第一透鏡
20:透射光柵
40:透鏡組
42:第二透鏡
44:第三透鏡
50:感測元件
51:基板
52:像素
L:入射光線
L1:第一光線
L2:第二光線
L21:第一分光線
L22:第二分光線
L23:第三分光線
S:樣本

Claims (6)

  1. 一種光譜分析裝置，其包含：一第一透鏡，其接收一入射光線，並將該入射光線形成平行光並調控該入射光線之光點形狀及尺寸而收斂成一第一光線；一透射光柵，其對應該第一透鏡接收該第一光線並以不同波長以不同角度分光成複數個第二光線；一透鏡組，其對應該透射光柵接收該些個第二光線，該透鏡組由物側至像側依序包含一第二透鏡及一第三透鏡，該第二透鏡收斂該些個第二光線，該第三透鏡收斂該些個第二光線；以及一感測元件，其包含一基板及複數個像素，該些個像素設置於該基板上；其中，該透射光柵具有一第一角度，該第一角度係於40°至60°之間；該感測元件具有一第二角度，該第二角度係於0°至10°之間，且該透鏡組改變該些個第二光線之光形，以對應該感測元件之該些個像素之總體面積，且該些個第二光線依其波長各別對應射至該些個像素。
  2. 如請求項1所述之光譜分析裝置，其中該第二透鏡具有正屈折力，其像側面為凸面。
  3. 如請求項1所述之光譜分析裝置，其中該第三透鏡具有正屈折力，其物側面為凸面。
  4. 如請求項1所述之光譜分析裝置，其中該感測元件電性連接一電子裝置並傳輸一感測訊號。
  5. 如請求項1所述之光譜分析裝置，其中該透射光柵係一穿透式光柵(Transmission grating)。
  6. 如請求項1所述之光譜分析裝置，其中更包括一反射鏡，該反射鏡係設在該透射光柵與該透鏡組之間，係接收該透射光柵所發出的該些個第二光線，再反射到該透鏡組。
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