CN108780040B - 光源集成透镜组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以非破坏的方式测量水果、饮料、食品等物体内的有机化合物成分或者内部品质的分光分析装置，更具体而言，涉及一种具有紧凑结构的分光分析装置，其采用作为非破坏测量技术的一个领域的近红外(NIR：near infra‑red)分光分析(spectroscopic analysis)技术，而且组成要素之间以紧凑的结构进行结合实现了小型化，通过降低误差提高准确度。本发明涉及的具有紧凑结构的分光分析装置，该包括：外部遮光部件，其用于覆盖被测物体的被测部位以与外部隔离；光源部件，其向所述被测物体的被测部位照射光线；光接收透镜，其用于收集从所述被测物体的被测部位反射及扩散的光线；分光仪，其按照波长分离并检出通过所述光接收透镜收集并入射的光线；所述光接收透镜的中央部形成有安置孔所述光源部件通过安装在所述安置孔上并布置，所述光接收透镜和分光仪被排列在所述光源部件的光轴线上。

Description

光源集成透镜组件
技术领域
本发明涉及一种以非破坏的方式测量水果、饮料、食品等物体内的有机化合物成分或者内部品质的分光分析装置，更具体而言，涉及一种具有紧凑结构的分光分析装置，其采用作为非破坏测量技术的一个领域的近红外(NIR：near infra-red)分光分析(spectroscopic analysis)技术，而且组成要素之间以紧凑的结构进行结合实现了小型化，通过降低误差提高准确度。
背景技术
通常近红外分光分析装置包括作为向物质内部照射光线手段的宽带波长(broadband wavelength)发光部件、收集从物质内部输出的光线的集光部及检出收集的光线的吸收波长谱(absorbance wavelength spectrum)的分光仪(spectrometer)。
这种近红外分光分析装置通过利用回归分析(regression analysis)和适当的数学处理(math preprocessing)及校正(correction)方程的校准模型方程(calibrationmodel equation)确立获得的吸收波长谱和成分间的相关关系(correlation)，从而无需破坏或者对物质进行前处理，也能够非破坏地测量物质内部的物理的、化学的性质。
水果糖度测量仪为近红外分光分析装置的一例。
水果的糖度等内部品质基于品种或者收获时间、栽培环境和栽培技术的差异，个体间存在较大的等级差异，而且相同果树上结的水果之间也存在差异。因此在栽培过程或者在收获前后通过实时地对水果进行糖度检测可判断适当的栽培技术的投入和合适的收获时机，从而提高水果品质，，非破坏糖度测量仪是实现这种方法必不可少的手段。
作为测量水果糖度的分光分析装置有关的背景技术，公开的有，公开专利号第10-2004-0015157号的“手持式内部品质检测装置”。
所述公开专利第10-2004-0015157号“手持式内部品质检测装置”中，由发光部向被测物体照射后，将扩散反射的光线用光纤收集并向分光仪传送。
所述公开专利第10-2004-0015157号“手持式内部品质检测装置”中，由于需要将大量光纤平行布置在分光仪的输入狭缝上，需要确保相对较宽的空间，在确保的空间布置光纤的作业不容易执行，存在不易收集扩散反射到光纤上的光(聚光)的问题。
作为测量水果糖度的分光分析装置有关的背景技术，本申请的发明人也在授权专利第10-1397158号中提出过“柑橘用携带用非破坏糖度测量仪”。
所述授权专利第10-1397158号中的“柑橘用携带用非破坏糖度测量仪”，侧向布置了照射光线的发光部和收集扩散反射的光线的收光部。
如所述授权专利第10-1397158号中的“柑橘用携带用非破坏糖度测量仪”，在侧向布置照射光线的发光部和收集扩散反射的光线的收光部的结构中，如果发光部和收光部的间隔相距较远，则测量结果受被测物体的尺寸和形状影响较大；如果隔间相距较窄，则光线进入被测物体d深度较浅且光干涉的可能性较大，导致测量的糖度存在较大的误差。而且在侧向布置发光部和收光部的结构中，需要分别确保发光部和收光部各自的设置空间，导致分光分析装置的体积变大。
发明内容
【技术问题】
本发明是为了解决如背景技术涉及的分光分析装置中存在的问题而提出的发明，其目的是通过一种具有紧凑结构的分光分析装置，该装置具有组成要素紧凑结合的结构以便于可携带地使用，实现了小型化，可最小化基于被测物体的尺寸和外形的影响，增大光线进入深度且提高收集光的效率，从而提高测量可靠性。
【解决技术的手段】
为了实现以上的目的，本发明涉及的具有紧凑结构的分光分析装置，包括：
外部遮光部件，其用于覆盖被测物体的被测部位以与外部隔离；
光源部件，其向所述被测物体的被测部位照射光线；
光接收透镜，其用于收集从所述被测物体的被测部位反射和扩散的光线；
分光仪，其将通过所述光接收透镜收集并入射的光线按照波长分离并检出；
所述光接收透镜的中央部形成有安置孔所述光源部件安装在所述安置孔上并进行布置，所述光接收透镜和分光仪被排列在所述光源部件的光轴线上。
此外，还包括内部遮光橡胶，其内测与所述光源部件紧密地接触并结合，其外面与所述光接收透镜的安置孔内壁紧密地接触并结合，其前方向所述光接收透镜的前面突出，
所述外部遮光部件由橡胶材质构成以紧贴在被测物体上并且形成有可折叠的接耳部。
【发明效果】
如上述构成的本申请发明作为具有紧凑结构的分光分析装置，具有作为发光部的光源部件和作为收光部的光接收透镜重叠且布置在相同位置上的结构，可最小化他们所占的体积，从而可小型化分光分析装置产品，光接收透镜和分光仪排列在光源部件的光轴线上，从而可减少基于被测物体的尺寸和外形的差异所受的影响，可加深和扩大光线的进入深度，通过内部遮光橡胶最小化发光部和收光部间的光干涉，从而提高分光测量的精密度，该发明对产业发展十分有益。
附图说明
图1是本发明涉及的分光分析装置的概略方块结构图。
图2是本发明一例涉及的分光分析装置测量水果糖度的状态图。
图3是本发明涉及的分光分析装置的内部结构图。
图4是图示本发明涉及的分光分析装置的突出部的分解透视图。
图5a是本发明涉及的分光仪的截面图。
图5b是图示作为本发明一例涉及的分光仪的输出信号的分光波长谱的曲线图。
图6是本发明涉及的光源部件的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明涉及的分光分析装置进行详细说明。
在更加具体地说明本发明涉及的分光分析装置之前，应该说明的是：
本发明可进行各种变更，且可具有多种形态，其中本文中希望对具体化例(样态，aspect)(或者实施例)进行详细说明。但是这并非用于以特定的揭示形态来限定本发明，而是应解释为还可包括属于本发明的思想及技术范围内的所有变更、等同物及替代物。
各附图中相同附图标识，尤其十位数及一位数，或者十位数、一位数及字母相同的附图标识显示具有相同或者类似功能的部件，如无特殊声明，附图的各附图标识所指的部件应该被认为是遵守这种标准的部件。
此外，为了便于理解，各附图中的组成要素的尺寸或者厚度可以夸大地放大(或者加厚)或者缩小(或者变薄)的形式，或者简化的形式图示，但是本发明的保护范围不能由此而被局限性地解释。
本发明中使用的用语仅用于说明特定的具体化例子(样态，aspect)(或者实施例)，而非用于限定本发明。单数的表述只要上下文中没有明确地不同，则包括复数表述。本申请中“～包括～”或者“～构成～”等用语是希望指明存在说明书上记载的特征、数字、步骤、动作、组成要素、半成品或者其组合，而不应该理解为，一个或者一个以上的其他预先排除特征、数字、步骤、动作、组成要素、半成品或者其组合的存在或者附加可能性。
只要不存在其他的定义，包括技术或者科学用语在内，此处使用的所有用语应与本发明所属的技术领域具有一般知识的技术人员的一般的理解相同。与通常使用的字典中定义相同的用语应该以与相关技术的上下文中具有的含义相同的含义进行解释，只要本申请中没有明确定义，则不应以理想化或者过度形式化的含义进行解释。
首先，参照图1对本发明涉及的分光分析装置100的概略方块结构图进行说明。
分光分析装置100包括本体外壳40、布置在本体外壳40的前方的头部10、与头部10维持一定间隔距离地内置在本体外壳40后方的分光仪20及控制器30。
所述头部10被设计为与被测物体1表面稳定地进行紧密接触，且最小化被测物体1的尺寸和弯曲度造成的影响，为了实现小型化，发光部和收光部以紧凑的结构结合，且具有提高测量的准确度的结构等，是本发明涉及的技术的核心部分。
所述控制器30作为布置有各种电子部件的印刷电路基板，主要功能和工作原理简单说明如下。光源驱动部通过电路基板16提供用于点亮光源部件60的电源，光检出部将从分光仪20输出的模拟电气信号转换为数字数据并收集，外部通信部将所述光检出部中获得的光谱数据通过USB或者蓝牙向外部电脑或者智能手机等传送，电源部向蓄电池充电和向控制器30提供电源。所述控制器30附加地可执行驱动电源、开关及指示灯点熄的功能。
图2是本发明一例涉及的分光分析装置测量水果糖度的状态图。
本发明的分光分析装置100可通过一手握着水果，另一手把持分光分析装置100的本体外壳40，并使头部10的外部遮光部件15维持与水果表面紧密接触，用一只手的拇指按下附着在本体外壳40上的开关，从而实现测量。此时，测量中为了使使用者持续地维持与水果的紧密接触状态，可使用效果音或者指示灯。
以下参照图3和图4对所述头部10进行详细说明。
所述头部10具有外部遮光部件15、头箱14、内部遮光橡胶13、光接收透镜11、光源部件60及电路基板16。
作为发光部，所述光源部件60发射用于分光分析的近红外光射向前方的被测物体表面(即，外部遮光部件包裹的被测部位)；作为收光部，所述光接收透镜11在所述光源部件60照射的光进入被测物体的内部之后收集通过扩散反射输出的光并向分光仪20传送。
在此，本发明对所述光源部件60和光接收透镜11的设置空间不分别进行准备，通过共享所述光源部件60和光接收透镜11的设置空间即，在相同空间设置，从而可最小化所占空间。
为了最小化设置空间，而且为了将光接收透镜11布置在光源部件60的光轴线上，所述光接收透镜11的中央部形成有安置孔111，所述光源部件60安装在所述安置孔 111上并进行布置。
所述内部遮光橡胶13通过使所述光源部件60即使在外部的冲击等情况下也能无晃动且稳定地布置在所述光接收透镜11的安置孔111上，从而可最小化发射光和接收光将间的干涉。
所述内部遮光橡胶13由具有弹性的橡胶材质构成，同时内面与所述光源部件60紧密接触并结合，外面与所述安置孔111的内壁紧密接触并结合，从而即使受到外部的冲击也能使光源部件60无晃动地布置在安置孔111的中心并固定。
所述内部遮光橡胶13通过使光源部件60和光接收透镜11以一定间隔隔开从而阻止向被测物体1照射的光源部件60的光线在被测物体的表面或者在进入较浅的深度发生扩散反射并向光接收透镜11的入射。
所述内部遮光橡胶13的前方向光接收透镜11的前面凸出，且由弹性橡胶材质构成，因此即使被测物体1的尺寸和弯曲度发生变化也能与被测物体1的表面紧密接触，从而可隔离并阻断发射光区域和接收光区域，从而可最小化反射光和接收光间的干涉。
所述外部遮光部件15位于本体外壳40的前方，可覆盖被测物体1的被测部位，内部布置有所述发光部件60和光接收透镜11等，从而使他们与外部隔绝。即，阻止外部的自然光或者漫射光等进入外部遮光部件15的内部从而进入光接收透镜11中。
所述外部遮光部件15由橡胶材质构成以能够紧密接触各种尺寸和弯曲度的被测物体1，且形成有可折叠的接耳部151。
所述电路基板16接线有所述光源部件60，将向所述控制器30的光源驱动部提供的驱动电源引入所述光源部件60。
所述电路基板16上形成有穿孔161以使所述光接收透镜11收集并输出的光线入射至分光仪20中。
所述头箱14由可相互组装结合的前箱141和后箱145构成，内部布置有所述光源部件60、光接收透镜11及内部遮光橡胶13的组合体，前箱141的前方组装结合有所述外部遮光部件15，后箱145的后方布置有所述电路基板16。
所述前箱141和后箱145上形成有以挂钩形式相互组装结合的钩状突起142和钩状槽146，所述前箱141上形成有组装槽143用以安置并结合所述外部遮光部件15的后方内面上凸出的组装凸起153，所述后箱145的后面形成有贯通孔147如所述电路基板16的穿孔161用以使所述光接收透镜11收集并输出的光线能够入射至分光仪20 中。
参照图5a和图5b对所述分光仪20进行更为具体地说明。
所述分光仪20包括输入狭缝21，其以与光轴线50形成一直线的形式布置在分光仪本体28的内侧；图像感应器25，其形成于硅基板24上，所述硅基板24上形成有输入狭缝21；透明玻璃电路基板26，其与硅基板24的下部面结合的同时形成有电路图案；凸透镜22，其布置在所述玻璃电路基板26的下部同时其外侧表面上刻有旋转光栅23；及引线框27，其电连接在玻璃电路基板26上。
形成于所述分光仪20的一侧的薄膜滤光器20a，作为一实施例，通过增加与被测物体1的测量要素相关度较高的波长带宽的透光率，提高信噪比，进而提高测量的精密度和准确度，通过阻拦不必要的波长带宽，具有抑制分光仪20内部的漫射光的效果。
所述分光仪20固定在本体外壳40上，以使分光头部20的输入狭缝21位于所述头部10上布置的光接收透镜11的焦距上。此时，光接收透镜11的直径和焦距基于分光仪20上布置的输入狭缝21的有效入射角(数值孔径，numerical aperture)20b而确定。因此分光仪20、光接收透镜11及光源部件60在光轴线50上以一直线的形式排列。
根据所述分光仪20的构成，由被测物体1扩散反射的光线通过光接收透镜11聚光(focusing)，并穿过薄膜滤光器20a，只有位于有效入射角20b内的光线(beam) 才能穿过输入狭缝33，而以限定尺寸扩散的光线在刻在凸透镜22表面上的旋转光栅 23上按照波长被分离，并在图像感应器25的各像素(pixel)上转换为光电流，通过引线框27在控制器部40的光检出部上，如图5b所示，作为一实施例，生成分光波长谱数据。
参照图6，所述光源部件60利用水泥或者环氧树脂等硬化剂将小型灯泡61固定在铝质圆筒形照明器本体62的中心部。所述小型灯泡61的灯丝被设计为位于照明器本体62的椭圆型反射面的一顶点，以使反射的光线在被测物体1的一侧聚光。
如上所述构成的本发明涉及的分光分析装置100的工作原理大致说明如下。
本发明的分光分析装置100由于可小型化固定在头部10的光源部件60、光接收透镜11、及分光仪20，从而使分光分析装置100的整体形状成为袖珍型设计，仅通过接触被测物体1的表面便可实现简单的操作。
本发明的分光分析装置100通过包括一体化发光部和收光部的头部和超小型分光仪的构成，从而可实现小型化、轻量化、低电力消耗及低成本构成。
而且，通过本发明的构成可构建移动和可携的分光分析装置，其是一种在不破坏被测物体的前提下可检测不能仅通过外观判断内部品质、成分等的水果、饮料，食品等的内部品质的结构紧凑的袖珍型分光分析装置。
以上，在说明本发明的过程中参照附图对具有特定形状和结构且具有紧凑结构的分光分析装置进行了说明，但是本发明可基于本技术领域的一般技术人员而进行各种变形和变更，这种变形和变更应该被解释为属于本发明的保护范围。
【附图标识的说明】
1：被测物体 10：头部
11：光接收透镜 13：内部遮光橡胶
14：头箱 15：外部遮光部件
16：电路基板 20：分光仪
21：输入狭缝 22：凸透镜
23：旋转光栅 24：硅基板
25：图像感应器 26：玻璃电路基板
27：引线框 28：分光仪本体
20a：薄膜滤光器 20b：有效入射角
30：控制器
40：本体外壳 50：光轴线
60：光源部件 61：小型灯泡
62：照明器本体 63：照明器电源端子

Claims (1)

1.一种光源集成透镜组件，其特征在于，所述光源集成透镜组件包括：
光源部件，用于向被测物体照射光线；
光接收透镜，用于收集从所述被测物体反射和扩散的光线，所述光接收透镜的中央部形成有安置孔，所述光源部件安装在所述安置孔内；以及
内部遮光橡胶，所述内部遮光橡胶的内面与所述光源部件紧密接触并结合，所述内部遮光橡胶的外面与所述安置孔的内壁紧密接触并结合，所述内部遮光橡胶的前方从所述光接收透镜的表面朝向所述被测物体突出；其中所述光源部件的光轴线和所述光接收透镜的焦点位于同一条线上；
其中，所述光源集成透镜组件还包括头箱，所述光源部件、所述光接收透镜及所述内部遮光橡胶布置在所述头箱内部；所述头箱包括前箱和后箱，所述前箱和后箱上形成有以挂钩形式相互组装结合的钩状突起和钩状槽；
其中，所述光源集成透镜组件还包括外部遮光部件，所述前箱上形成有组装槽用以安置并结合所述外部遮光部件的后方内面上凸出的组装凸起；所述后箱的后面形成有贯通孔用以使所述光接收透镜收集并输出的光线能够入射至分光仪中。
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