CN210375635U - 球面显微光路系统及应用其的光谱分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及球面显微光路系统及应用其的光谱分析仪，其中一种球面显微光路系统，包括入射光路、折射光路以及光源，光源与入射光路的输入端连接，入射光路和折射光路相互垂直连接且之间设有反射镜，入射光路至输入端向内依次包括第一镜片组、第二镜片组、第三镜片组以及第四镜片组，第一镜片组和第二镜片组配置为将输入的光汇聚成线，第三镜片组和第四镜片组配置为使光线保持准直。本光路应用在分析仪中，其在显微光谱分析成像的过程中，能够减少光源能量损失，减少物镜的开发成本；内设特殊光阑可以减小样品第二面的反射光的影响，实现测量的准确性。光路系统的焦距加大，增加了仪器对小曲率样品的敏感性，能快速找到测量中心点，实现宽的光谱波长测量。

Description

球面显微光路系统及应用其的光谱分析仪

技术领域

本实用新型涉及显微球面光学领域，特别涉及球面显微光路系统及应用其的光谱分析仪。

背景技术

目前，随着科技的发展，人们对各种产品的要求逐渐提高，在光学镜片生产过程中，为了提高镜片的质量，对检测仪器的要求逐渐提高。而光路是检测仪器中很重要的组成部分，如何使待测光学镜片在检测时快速聚焦，如何排除待测光学镜片反射的检测之外的光线等，都是衡量光路质量的重要评估标准。

专利号为：CN201320029732.4公开一种显微球面光谱分析仪光路，包括光源、入射光路和反射光路，入射光路包括从左到右依次排列、中心线与光源在同一直线上的第一平行光镜片、汇聚光镜片、第二平行光镜片和平面镜，反射光路包括与入射光路在同一直线上与中心线成45°的反射镜、设于反射镜上方的滤光镜和分光棱镜，入射光路能将光源的光作用在待测镜片，反射光路将待测镜片需要检测之外的光过滤。本实用新型公开的光路具有能够快速找到待测镜片的焦点，方便检测仪器对待测镜片的检测，提高检测精度的特点。

但是，该专利公开的光路，在入射光路和折射光路的光源的能量应用方面，不能保证光源的能量应用完全，光源能量损失高，导致成像失真，从而降低检测的精度。

实用新型内容

根据本实用新型的一个方面，提供了球面显微光路系统，包括入射光路、折射光路以及光源，光源与入射光路的输入端连接，入射光路和折射光路相互垂直连接且之间设有反射镜，入射光路至输入端向内依次包括第一镜片组、第二镜片组、第三镜片组以及第四镜片组，第一镜片组和第二镜片组配置为将输入的光汇聚成线，第三镜片组和第四镜片组配置为使光线保持准直。

本实用新型的光路中，光源从入射光路入射，再经过反射镜反射至待测镜片上，镜片的光进入折射光路成像后输出。本实用新型的入射光路和折射光路能够保证光源的能量应用，减少光源能量损失。输入光源采用柯勒照明的方式可以让照度更均匀，另外可以和市面上大多数无限远共轭物镜通用，减少物镜的开发成本。内设特殊光阑可以减小样品第二面的反射光的影响，实现测量的准确性。光路系统的焦距加大，增加了仪器对小曲率样品的敏感性，能快速找到测量中心点，实现宽的光谱波长测量。

在一些实施方式中，第一镜片组包括第一镜片、第二镜片，第一镜片与第二镜片相贴合；第二镜片组包括第三镜片、第四镜片以及第五镜片，第三镜片位于第四镜片的左侧并留有的间隙，第四镜片和第五镜片相贴合。

由此，孔径光阑孔径较小可以看作点光源，第一镜片组、第二镜片组的共同作用下得到汇聚的光束。第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片以及第五镜片的作用下能够减少光的能量损失。

在一些实施方式中，第三镜片组包括第六镜片；第四镜片组包括第七镜片和第八镜片，第七镜片和第八镜片相贴合。

由此，第三镜片组、第四镜片组，将通过的汇聚光保持准直，减少光束的发散率。

在一些实施方式中，折射光路至输入端向内依次包括第五镜片组、第六镜片组、第七镜片组，第五镜片组、第六镜片组、第七镜片组配置为将光汇聚成像。

由此，第五镜片组、第六镜片组、第七镜片组将光汇聚成像。可以保证被测样品的小的景深从而实现快速对焦，减少对焦的时间和找到精确的对焦位置

在一些实施方式中，第五镜片组包括第九镜片；第六镜片组包括第十镜片和第十一镜片，第十镜片与第十一镜片相贴合；第七镜片组包括第十二镜片。

由此，第九镜片、第十镜片、第十一镜片、第十镜片与第十一镜片，能够降低光斑失真率。

在一些实施方式中，球面显微光路系统还包括输出光路，输出光路设于折射光路的末端且之间设有反射镜设有棱镜。

由此，输出光路配置为将光束输出至电子系统中，将其形成可视数据，如图形或照片。

在一些实施方式中，光路系统还包括目镜组件、物镜组件，物镜组件和目镜组件分别安装在入射光路的两端。

由此，目镜组件为电子目镜，其能够将实时影像数据传输至光谱分析系统中。待测镜片的折射光从物镜组件处进入折射光路中。

根据本实用新型的另一个方面，还提供了光谱分析仪，包括球面显微光路系统，还包括其他构件。

本实用新型的有益效果为：本光路应用在分析仪中，其在显微光谱分析成像的过程中，能够减少光源能量损失，减少物镜的开发成本；内设特殊光阑可以减小样品第二面的反射光的影响，实现测量的准确性。光路系统的焦距加大，增加了仪器对小曲率样品的敏感性，能快速找到测量中心点，实现宽的光谱波长测量。

附图说明

图1为本实用新型一实施方式的光谱分析仪的立体结构示意图。

图2为图1所示光谱分析仪的部分结构的立体结构示意图。

图3为图1所示光谱分析仪中光路系统的立体结构示意图。

图4为图3所示光路系统的剖视结构示意图。

图5为图1所示光谱分析仪中对焦装置的立体结构示意图。

图6为图5所示对焦装置的另一角度的立体结构示意图。

图7为图1所示光谱分析仪的自动对焦的逻辑流程示意图。

图8为图1所示光谱分析仪的自动对焦的实况流程示意图。

图9为图1所示光谱分析仪的分析结果的平面示意图。

图中标号：0、机架；1、光路系统；11、入射光路；111、第一镜片组；1111、第一镜片；1112、第二镜片；112、第二镜片组；1121、第三镜片；1122、第四镜片；1123、第五镜片；113、第三镜片组；1131、第六镜片；114、第四镜片组；1141、第七镜片；1142、第八镜片；12、折射光路；121、第五镜片组；1211、第九镜片；122、第六镜片组；1221、第十镜片；1222、第十一镜片；123、第七镜片组；1231、第十二镜片；13、输出光路；14、反射镜；15、棱镜；16、目镜组件；17、物镜组件；18、光源；2、载物台；3、光谱分析系统；31、分析器；32、数据处理装置；4、对焦装置；41、手动微调机构；411、旋钮；412、齿轮组；413、连接杆；42、自动对焦机构；421、安装板；422、滑板；423、驱动件；43、固定板；431、开口；44、控制系统；441、采集模块；442、分析模块；443、输出模块；444、储存模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

图1-2示意性地显示了根据本实用新型的一种实施方式的光谱分析仪，包括机架0、载物台2、光路系统1以及光谱分析系统3。载物台2、光路系统1以及光谱分析系统3均安装在机架0上，机架0包括支撑架和壳体，支撑架为实现分析仪支撑作用，壳体配置对内置零件实施保护。载物台2位于光路系统1的正下方，光路系统1与光谱分析系统3数据连接。光谱分析仪还包括对焦装置4，对焦装置4设于机架0内。对焦装置4包括手动微调机构41、自动对焦机构42以及控制系统44，自动对焦机构42设于手动微调机构41的驱动端，载物台2设于自动对焦机构42的驱动端，控制系统44内镶嵌有样本数据，控制系统44与光谱分析系统3数据连接。

对焦装置4配置为根据光路系统1的实时数据与样本数据的相对差值对载物台2与光路系统1的相对距离进行调节，从而实现自动对焦功能。

本实用新型提供一种光谱分析仪，通过设置对焦装置4与光路系统1实时数据连接方式，使得自动对焦机构42能够根据光路系统1的实时数据与样本数据的相对差值对载物台2与光路系统1的相对距离进行调节，从而实现对焦功能。本实用新型能够根据样品的光斑成像情况实时的进行自动聚焦，减小了光谱信号波动；聚焦过程自动完成，无需专业人员参与，提高光谱分析的操作效率，降低光谱分析的操作门槛；本实用新型结构简单，只需输入对焦样本数据，即能对多个受检测片进行光谱自动分析。

结合图5-6，自动对焦机构42包括安装板421、滑板422以及驱动件423，滑板422和驱动件423均设于安装板421上，驱动件423与滑板422驱动连接，载物台2安装在滑板422上。滑板422由驱动件423进行升降驱动，从而对载物台2的与光路系统1的相对距离进行调节，即实现焦距调节功能。

结合图5-6，手动微调机构41包括旋钮411、齿轮组412以及连接杆413，旋钮411通过齿轮组412与连接杆413传动连接，连接杆413与安装板421驱动连接。手动微调机构41为对整个自动对焦机构42进行升降调节。转动旋钮411，旋钮411通过齿轮组412对连接杆413进行传动，从而使得安装板421升降运动。

结合图5-6，对焦装置4还包括固定板43，安装板421可升降活动地设于固定板43，固定板43上设有开口431，连接杆413透过开口431与安装板421连接。安装板421能够在固定板43上进行升降滑动，连接杆413透过开口431与安装板421连接，从而实现手动微调机构41驱动自动对焦机构42整体升降。

结合图7-8，控制系统44与驱动件423信号连接；控制系统44与光谱分析系统3数据连接。

控制系统44配置为采集光路系统1的实时数据，并结合样本数据对驱动件423进行实时控制，从而使得驱动件423驱动载物台2升降实现自动对焦功能。

控制系统44包括，

采集模块441：采集模块441与光谱分析系统3连接，采集模块441配置为采集光谱分析系统3的实时数据；样本储存模块444：样本储存模块444配置为存储一个或以上的样本数据；

分析模块442：分析模块442配置为对采集模块441采集的实时数据进行分析，并确定最接近的样本数据；

输出模块：输出模块配置将“分析模块442的分析结果”对自动对焦机构42的驱动件423进行控制，即对载物台2上的被测物的焦距进行控制，促使“实时数据”无限接近“最接近的样本数据”并重合，完成对焦。

控制系统44的控制过程为：采集光谱分析系统3的实时光斑数据并结合样本数据对驱动件423进行控制，驱动件423对载物台2进行焦距调整，光谱分析系统3的实时光斑数据不断靠近样本数据，最终使实时光斑数据与样本数据重合，对焦完成。

结合图3-4，光路系统1包括入射光路11、反射光路以及输出光路13，入射光路11和反射光路相互垂直连接且之间设有反射镜14，输出光路13设于反射光路的末端，输出光路13与反射光路之间设有棱镜15。

光路系统1中，光源18从入射光路11入射，再经过反射镜14反射至待测镜片上，镜片的光进入反射光路通过棱镜15进入输出光路13，最终进入光谱分析系统3中。

结合图4，入射光路11至输入端向内依次包括第一镜片组111、第二镜片组112、第三镜片组113以及第四镜片组114，第一镜片组111、第二镜片组112、第三镜片组113以及第四镜片组114位于同一直线上，其之间距离依次为：37.92mm、99.41mm、27.13mm。第一镜片组111和第二镜片组112配置为将输入的光汇聚成线，第三镜片组113和第四镜片组114配置为使光线保持准直。第四镜片组114与反射镜14之间距离为30.12mm。

结合图4，第一镜片组111包括第一镜片1111、第二镜片1112，第一镜片1111与第二镜片1112相贴合；第一镜片1111的参数为：R127.96mm、R8.03mm、H4.00mm；；第二镜片1112的参数为：R-8.03mm、R15.23mm、H1.00mm。(两个R为镜片的由输入端起的两端球面的半径值，正数为凸球面，负数则为凹球面；H为两端球面中心点之间的距离值。下同)

结合图4，第二镜片组112包括第三镜、第四镜片1122以及第五镜片1123，第三镜片1121位于第四镜片1122的左侧并留有距离为0.2mm的间隙，第四镜片1122和第五镜片1123相贴合；第三镜片1121的参数为：R18.67mm、R47.03mm、H2.63mm；第四镜片1122的参数为：R39.24mm、R-9.11mm、H1.00mm；第五镜片1123的参数为：R9.11mm、R446.44mm、H4.00mm。

结合图4，第三镜片组113包括第六镜片1131，第六镜片1131的参数为：R-25.53mm、R21.10mm、H1.81mm。

结合图4，第四镜片组114包括第七镜片1141和第八镜片1142，第七镜片1141和第八镜片1142相贴合；第七镜片1141的参数为：R67.95mm、R31.76mm、H4.90mm；第八镜片1142的参数为：R-31.76mm、R79.67mm、H2.00mm。

结合图4，反射光至输入端向内依次包括第五镜片组121、第六镜片组122、第七镜片组123，第五镜片组121、第六镜片组122、第七镜片组123位于同一直线上，其之间的距离依次为19.46mm、10.53mm。第五镜片组121、第六镜片组122、第七镜片1141配置为将光汇聚成像。第五镜片组121与反射镜14之间距离为25.19mm

结合图4，第五镜片组121包括第九镜片1211，第九镜片1211的参数为：R27.94mm、R-27.52mm、H5.00mm。

结合图4，第六镜片组122包括第十镜片1221和第十一镜片1222，第十镜片1221与第十一镜片1222相贴合。第十镜片1221的参数为：R-179.65mm、R24.02mm、H5.00mm；第十一镜片1222的参数为：R-24.02mm、R70.16mm、H5.00mm。

结合图4，第七镜片组123包括第十二镜片1231，第十二镜片1231的参数为：R425.95mm、R83.29mm、H5.00mm。

本实用新型的光路系统1的入射光路11和折射光路12能够保证光源18的能量应用，减少光源18能量损失，同时可以保证被测样品的小的景深从而实现快速对焦，减少对焦的时间和找到精确的对焦位置。输入光源18采用柯勒照明的方式可以让照度更均匀，另外可以和市面上大多数无限远共轭物镜通用，减少物镜的开发成本。内设特殊光阑可以减小样品第二面的反射光的影响，实现测量的准确性。光路系统1的焦距加大，增加了仪器对小曲率样品的敏感性，能快速找到测量中心点，实现宽的光谱波长测量。

结合图3-4，光路系统1还包括目镜组件16、物镜组件17，物镜组件17和目镜组件16分别安装在入射光路11的两端。目镜组件16为CCD电子目镜，其能够将实施影像数据传输至光谱分析系统3中。待测镜片的折射光从物镜组件17处进入入射光路11。

结合图1-2，光谱分析系统3包括分析器31和数据处理装置32，分析器31与输出光路13的输出端数据连接，分析器31与数据处理装置32数据连接，目镜组件16与数据处理装置32数据连接。

数据处理装置32为计算机，计算机与物镜组件17、分析器31相连接，计算机采集物镜组件17、分析器31的数据，形成光斑实时影像和被测物光谱信息表，光谱信息表为曲线图形，从而直接显示被测镜片的光谱分析结果。

结合图1，本光谱自动分析装置还包括光源18，光源18通过光纤与入射光路11的输入端连接。

本装置的自动分析步骤为，

S1、输入样本数据：在控制系统44处输入一个以上样本数据，形成样本数据库。本实用新型具有两种样本数据输入，分别为，

S1.1.1、归零：将载物台2归零，即手动微调机构41、自动对焦机构42复位；

S1.1.2、样本数据采集：将“归零片”放置载物台2上，手动调节直到看到需对焦的光斑，并分别保存白参考数据、暗背景数据保存，最终形成“样本数据”。

S1.2.1、样本拷贝：直接将“样本数据”拷贝至控制系统44的样本储存模块444中，形成数据库。

S2、自动对焦：控制系统44根据光路系统1的实时数据与样本数据的相对差对驱动件423进行实时控制，从而使得驱动件423驱动载物台2升降实现自动对焦功能。结合图7-8，步骤S2，包括步骤S2.1、S2.2、S2.3。

S2.1、采集：物镜持续而缓慢地升降移动，促使焦距不断变化，采集模块441定点采集光谱分析系统3对被测镜片的光斑的实时数据；

S2.2、分析：分析模块442对采集的实时数据进行分析，并确定最接近的样本数据(如，被测镜片的光斑数据变化符合A型号的变化规律，则取A型号的样本数据作为最接近数据)；

S2.3、输出：输出模块将“分析结果”转化为电信号，对自动对焦机构42的驱动件423进行控制，即对载物台2上的被测物的焦距进行控制，促使“实时数据”无限接近“最接近的样本数据”并重合，完成对焦。

S3、光谱分析(光路系统1成像原理)：结合图6，光源18发出的发散光依次经过第一镜片组111、第二镜片组112、第三镜片组113、第四镜片组114，形成汇聚的平行光束通过反射镜14输入反射光路中，物镜采集被测镜片的光依次经过第五镜片组121、第六镜片组122、第七镜片1141汇聚成像，汇聚成像的光最终通过棱镜15输出至分析器31中。

S4、光谱图形：如图9所示，计算机采集物镜组件17、分析器31的数据，形成光斑实时影像和被测物光谱信息表，光谱信息表为曲线图形，以曲线图形的方式直接显示被测镜片的光谱分析结果。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提供一种光谱分析仪，其能够对被测镜片实现自动对焦、自动分析功能。本实用新型能够根据样品的光斑成像情况实时的进行自动聚焦，减小了光谱信号波动；聚焦过程自动完成，无需专业人员参与，提高光谱分析的操作效率，降低光谱分析的操作门槛；本实用新型结构简单，只需输入对焦样本数据，即能对多个受检测片进行光谱自动分析。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.球面显微光路系统，包括入射光路(11)、折射光路(12)以及光源(18)，所述光源(18)与入射光路(11)的输入端连接，所述入射光路(11)和折射光路(12)相互垂直连接且之间设有反射镜(14)，其特征在于，所述入射光路(11)至输入端向内依次包括第一镜片组(111)、第二镜片组(112)、第三镜片组(113)以及第四镜片组(114)，所述第一镜片组(111)和第二镜片组(112)配置为将输入的光汇聚成线，所述第三镜片组(113)和第四镜片组(114)配置为使光线保持准直。

2.根据权利要求1所述的球面显微光路系统(1)，其特征在于，所述第一镜片组(111)包括第一镜片(1111)、第二镜片(1112)，所述第一镜片(1111)与第二镜片(1112)相贴合；所述第二镜片组(112)包括第三镜片(1121)、第四镜片(1122)以及第五镜片(1123)，所述第三镜片(1121)位于第四镜片(1122)的左侧并留有的间隙，所述第四镜片(1122)和第五镜片(1123)相贴合。

3.根据权利要求1所述的球面显微光路系统(1)，其特征在于，所述第三镜片组(113)包括第六镜片(1131)；所述第四镜片组(114)包括第七镜片(1141)和第八镜片(1142)，所述第七镜片(1141)和第八镜片(1142)相贴合。

4.根据权利要求1所述的球面显微光路系统(1)，其特征在于，所述折射光路(12)至输入端向内依次包括第五镜片组(121)、第六镜片组(122)、第七镜片组(123)，所述第五镜片组(121)、第六镜片组(122)、第七镜片组(123)配置为将光汇聚成像。

5.根据权利要求4所述的球面显微光路系统(1)，其特征在于，所述第五镜片组(121)包括第九镜片(1211)；所述第六镜片组(122)包括第十镜片(1221)和第十一镜片(1222)，所述第十镜片(1221)与第十一镜片(1222)相贴合；所述第七镜片组(123)包括第十二镜片(1231)。

6.根据权利要求1-5任一所述的球面显微光路系统(1)，其特征在于，还包括输出光路(13)，所述输出光路(13)设于折射光路(12)的末端且之间设有反射镜(14)设有棱镜(15)。

7.根据权利要求6所述的球面显微光路系统(1)，其特征在于，所述光路系统(1)还包括目镜组件(16)、物镜组件(17)，所述物镜组件(17)和目镜组件(16)分别安装在入射光路(11)的两端。

8.光谱分析仪，其特征在于，包括权利要求6所述的球面显微光路系统(1)。

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