CN211978698U - 面扫探头系统和光谱仪 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种面扫探头系统和光谱仪，面扫探头系统包括：第一壳体，设置有导光孔，以供激发光束照入到第一壳体中，激发光束来自光谱仪的拉曼检测系统的通光孔；面扫光学模块，安装于第一壳体并且包括反射元件；MEMS模块，固定于第一壳体，并且包括MEMS驱动器和MEMS反射镜，MEMS驱动器驱动MEMS反射镜运动；以及物镜模块，固定于第一壳体并且包括准直透镜，从导光孔照入的激发光束经反射元件反射后朝向MEMS反射镜照射，并之后被MEMS反射镜反射为朝向准直透镜的像侧面照射的角度不同的多个平行光束。通过上述技术方案，本公开提供的面扫探头系统能够实现多点检测扫描，有益于提高光谱仪的操作安全性和检测精度。

Description

面扫探头系统和光谱仪

技术领域

本公开涉及光谱仪技术领域，具体地，涉及一种面扫探头系统和光谱仪。

背景技术

光谱仪是一种能够将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，利用光谱仪可测得被检物质反射的光线，通过光谱仪中的光感元件将光信号转换为电信号传递至处理器，处理器将该电信号与光谱仪中的参照数据进行分析对比，从而识别被检物质。

在识别物质的过程中，光谱仪中的激光发射器发出激发光束，经光学元件将激发光束聚焦为一点照射到待测物质后，会散射出不同的拉曼光谱，该拉曼光谱沿光学元件所限定的光路传播至光感元件，由光感元件将光信号转换为电信号传递至处理器，通过对拉曼光谱的分析，可以鉴别不同的物质。

然而，由于激发光束的能量集中，会引燃易燃易爆物质，因此现有的光谱仪在检测易燃易爆物质时，安全性较低；并且由于单个检测点分析，因此光谱仪对混合物质的检测精度较低。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种面扫探头系统和光谱仪，该面扫探头系统能够实现多点检测扫描，有益于提高光谱仪的操作安全性和检测精度。

为了实现上述目的，本公开提供一种面扫探头系统，所述面扫探头系统包括：第一壳体，所述第一壳体设置有导光孔，以供激发光束照入到所述第一壳体中，所述激发光束来自光谱仪的拉曼检测系统的通光孔；面扫光学模块，所述面扫光学模块安装于所述第一壳体，并且包括反射元件；MEMS模块，所述MEMS模块固定于所述第一壳体，并且包括MEMS驱动器和MEMS 反射镜，所述微机电系统驱动器驱动所述MEMS反射镜运动；以及，物镜模块，该物镜模块固定于所述第一壳体，并且包括准直透镜，该准直透镜具有物侧面和像侧面，所述物侧面为平面或凹面，所述像侧面为凸面，其中，从所述导光孔照入的所述激发光束经所述反射元件反射后朝向所述MEMS 反射镜照射，并之后被所述MEMS反射镜反射为朝向所述准直透镜的像侧面照射的角度不同的多个平行光束。

可选地，所述MEMS模块具有由相垂直的X轴和Y轴限定的基准平面，所述MEMS驱动器驱动所述MEMS反射镜绕所述X轴和所述Y轴振动。

可选地，所述面扫探头系统包括连接模块，所述连接模块包括连接杆，所述连接杆构造有中心轴孔并且具有彼此相对的第一端部和第二端部，所述第一端部和所述第二端部中的一者用于与所述拉曼检测系统可拆卸地连接，所述第一端部和第二端部中的另一者可拆卸地连接于所述第一壳体，并且使得所述通光孔、所述导光孔与所述中心轴孔同轴设置并连通，以使得所述激发光束从所述通光孔、经所述中心轴孔照入所述导光孔中。

可选地，所述第一壳体设置有定位部，该定位部用于与所述拉曼检测系统的第二壳体的定位配合部相接合，以限制所述面扫探头系统相对于所述拉曼检测系统的姿态。

可选地，所述定位部构造为从所述第一壳体向外延伸的定位柱，该定位柱具有异型截面，所述定位配合部构造为供所述定位柱插入的异型孔。

可选地，所述拉曼检测系统的所述第二壳体上构造有供滤光片插入的装配孔，该装配孔用作所述异型孔。

可选地，所述连接模块包括锁紧套，所述连接杆包括位于所述第一端部和所述第二端部之间的主体段，所述锁紧套具有中心沉孔，该中心沉孔具有大径孔段和小径孔段，所述第一端部构造有径向凸缘部，所述径向凸缘部间隙配合于所述大径孔段中，所述主体段的一部分间隙配合于所述小径孔段中，所述锁紧套的外周构造有第一外螺纹，所述第一壳体或所述第二壳体构造有连接孔，该连接孔构造有能够与所述第一外螺纹配合的第一内螺纹，所述连接孔与所述导光孔或所述通光孔一起构造为沉孔结构，且所述连接孔的孔径大于所述导光孔或所述通光孔的孔径，所述径向凸缘部具有抵接面，该抵接面用于抵顶于所述大径孔段和所述小径孔段之间的台阶面，所述抵接面与所述第一端部的端面在轴向上的距离不小于所述大径孔段在所述轴向上的尺寸，以使得所述第一端部的端面抵接于所述连接孔的底壁。

可选地，所述第二端部构造有第二外螺纹，所述通光孔或所述导光孔中构造有第二内螺纹，所述第二外螺纹和所述第二内螺纹能够相互配合，以使得所述连接杆与相应的所述拉曼检测系统或所述面扫探头系统连接。

可选地，所述连接模块包括套设在所述连接杆上的限位垫片，且所述第二端部与所述主体段之间设置有退刀槽，所述限位垫片部分容纳于所述退刀槽。

可选地，所述中心轴孔在所述第一端部构造为内六角扳手配合部。

可选地，所述物镜模块包括物镜筒体，该物镜筒体具有彼此相对的安装端和自由端，所述物镜筒体通过所述安装端可拆卸地连接于所述第一壳体或所述拉曼检测系统，所述准直透镜固定于所述安装端，所述物镜筒体在所述自由端构造有检测窗口，并且所述准直透镜的光轴中心到所述自由端的端面之间的距离等于所述准直透镜的焦距。

可选地，所述物镜筒体包括检测帽和固定支架，所述检测窗口形成于所述检测帽的一端，所述检测帽的另一端与所述固定支架可拆卸地连接，所述准直透镜固定于所述固定支架，所述固定支架可拆卸地连接于所述第一壳体或所述拉曼检测系统。

可选地，所述面扫光学模块包括保持支架和安装支架，所述反射元件固定在所述保持支架上且具有反射面，所述保持支架支撑在所述安装支架上，并且能够绕第一旋转轴线转动，所述安装支架安装在所述第一壳体上，并且能够绕第二旋转轴线转动，所述第一旋转轴线平行于所述反射面，所述第二旋转轴线垂直于所述第一旋转轴线且垂直于所述导光孔的轴线。

可选地，所述第一旋转轴线与所述反射面重合，所述第一旋转轴线、所述第二旋转轴线和所述导光孔的中心轴线相交于一点，该点位于所述反射面上。

可选地，所述保持支架构造为圆柱状结构，所述第一旋转轴线与所述圆柱状结构的中心轴线共线，所述安装支架构造有保持轴孔且构造有用于暴露部分所述保持支架的开口，以暴露所述反射元件；所述保持支架具有暴露在外的操作端，该操作端的端面构造有第一调节凹槽，该第一调节凹槽与所述第一旋转轴线相垂直。

可选地，所述面扫光学模块包括锁止件，用于限制所述保持支架相对于所述安装支架的位置和姿态。

可选地，所述锁止件构造为顶丝，该顶丝螺纹配合于所述安装支架并伸入到所述保持轴孔中。

可选地，所述安装支架具有柱状的支撑主体以及固定部，所述支撑主体插入所述第二壳体中且具有暴露的外端面，该外端面上构造有第二调节凹槽，所述支撑主体的中心轴线与所述第二旋转轴线共线，所述固定部通过紧固件与所述第二壳体连接，并且构造为在所述紧固件松解时允许所述支撑主体转动、在所述紧固件拧紧时限制所述支撑主体的转动。

可选地，所述固定部包括从所述支撑主体的外端部分径向地向外延伸的多个连接耳，多个所述连接耳在关于所述支撑主体的中心轴线的周向上间隔设置，每个所述连接耳均构造有弧形通孔，且每个所述弧形通孔的圆心重合且位于所述支撑主体的中心轴线上，每个弧形通孔对应设置有紧固件，以用于将所述安装支架连接于所述第一壳体，所述第二调节凹槽的深度方向以及所述弧形通孔的轴线方向与所述第二旋转轴线平行，所述圆心位于所述第二调节凹槽中且位于所述第二旋转轴线上。

在上述技术方案的基础上，本公开还提供一种光谱仪，包括拉曼检测系统，所述光谱仪还包括上述面扫探头系统，所述面扫探头系统和所述拉曼检测系统相连接且使得所述导光孔与所述通光孔同轴设置并且相互连通。

通过上述技术方案，本公开提供的面扫探头系统通过MEMS模块中的 MEMS反射镜能够使得来自拉曼检测系统的激发光束沿不同的角度朝向准直透镜照射，之后激发光束由准直透镜聚焦于待测物质上，这里，不同角度的平行的激发光束经准直透镜后聚焦于不同的点，达到分散激发光束能量的效果，因此能够有效地避免激发光束的能量集中而引燃易燃易爆物质，以提高光谱仪的操作安全性。之后，待测物质受到激发光束照射激发的拉曼光谱信号经准直透镜折射变成平行信号，经MEMS反射镜和反射元件反射后朝向通光孔入射，并之后由光谱仪的拉曼检测系统进行处理和分析。其中， MEMS模块在MEMS驱动器的驱动下，MEMS反射镜的姿态角度(也可以理解为MEMS反射镜的反射角度)的改变使得激发光束的反射角也随之变化，因此，同一平行激发光束经准直透镜折射后在不同时刻的焦点不同，焦点不断变化使得激发的拉曼光谱信号来自不同的采样点，对于混合物质来说采样更加全面，能够有效地提高光谱仪的检测精度。这里，可以通过改变 MEMS反射镜的姿态角度使得焦点按某一规律的图形变化，例如莉萨如曲线，也可以按照4*4矩形点阵单点扫描，对此本公开不做具体限制。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开实施例提供的面扫探头系统的立体结构示意图；

图2是本公开实施例提供的面扫探头系统的部分结构示意图，其中，示出了反射元件、MEMS模块以及准直透镜；

图3是本公开实施例提供的面扫探头系统的部分结构示意图，其中，示出了面扫探头系统的工作原理；

图4是本公开实施例提供的光谱仪的立体结构示意图；

图5是本公开实施例提供的光谱仪中的拉曼检测系统的立体结构示意图；

图6是本公开实施例提供的光谱仪的剖视示意图；

图7是图6所示的光谱仪的局部放大示意图。

附图标记说明

1-面扫探头系统，10-第一壳体，101-定位柱，102-连接孔，11-反射元件， 12-准直透镜，13-MEMS模块，131-MEMS反射镜，14-检测帽，15-固定支架，16-保持支架，161-第一调节凹槽，17-安装支架，171-外端面，172-第二调节凹槽，173-连接耳，174-紧固件，18-导光孔，19-锁止件；

2-拉曼检测系统，20-第二壳体，21-异型孔，22-通光孔，23-激光发射器， 241-滤光片，242-二向色片，243-准直元件，244-狭缝，245-第一准直镜头， 246-色散元件，247-第二准直镜头，25-光感元件；

3-连接模块，31-连接杆，310-主体段，311-第一端部，312-第二端部， 313-中心轴孔，314-抵接面，315-退刀槽，316-内六角扳手配合部，32-锁紧套，321-台阶面，33-限位垫片。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，所使用的“内、外”是相对于对应的部件自身轮廓而言的“内、外”。此外，本公开所使用的术语“第一、第二”等是为了区分一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。此外，在下面的描述中，当涉及到附图时，除非另有解释，不同的附图中相同的附图标记表示相同或相似的要素。上述定义仅用于解释和说明本公开，不应当理解为对本公开的限制。

根据本公开的具体实施方式，参考图1至图7中所示，提供一种面扫探头系统1，该面扫探头系统1包括：第一壳体10，第一壳体10设置有导光孔18，以供激发光束照入到第一壳体10中，激发光束来自光谱仪的拉曼检测系统2的通光孔22；面扫光学模块，面扫光学模块安装于第一壳体10，并且包括反射元件11；MEMS模块13(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)，MEMS模块13固定于第一壳体10，并且包括MEMS 驱动器和MEMS反射镜131，MEMS驱动器驱动MEMS反射镜131运动；以及，物镜模块，该物镜模块固定于第一壳体10，并且包括准直透镜12，该准直透镜12具有物侧面和像侧面，所述物侧面为平面或凹面，所述像侧面为凸面，因此，准直透镜12能够将平行的激发光束聚焦于待测物质上，并且能够将待测物质受到激发光束照射所激发的拉曼光谱信号准直为平行光束。其中，从导光孔18照入的激发光束经反射元件11反射后朝向MEMS 反射镜131照射，并之后被MEMS反射镜131反射为朝向准直透镜12的像侧面照射的角度不同的多个平行光束。

通过上述技术方案，本公开提供的面扫探头系统1通过MEMS模块13 中的MEMS反射镜131能够使得来自拉曼检测系统的激发光束沿不同的角度朝向准直透镜12照射，之后激发光束由准直透镜12聚焦于待测物质上，这里，不同角度的平行的激发光束经准直透镜12后聚焦于不同的点，达到分散激发光束能量的效果，因此能够有效地避免激发光束的能量集中而引燃易燃易爆物质，以提高光谱仪的操作安全性。之后，待测物质受到激发光束照射激发的拉曼光谱信号经准直透镜12折射变成平行信号，经MEMS反射镜131和反射元件11反射后朝向通光孔22入射，并之后由光谱仪的拉曼检测系统2进行处理和分析。其中，MEMS模块13在MEMS驱动器的驱动下， MEMS反射镜131的姿态角度(也可以理解为MEMS反射镜131的反射角度)的改变使得激发光束的反射角也随之变化，因此，同一平行激发光束经准直透镜12折射后在不同时刻的焦点不同，焦点不断变化使得激发的拉曼光谱信号来自不同的采样点，对于混合物质来说采样更加全面，能够有效地提高光谱仪的检测精度。这里，可以通过改变MEMS反射镜131的姿态角度使得焦点按某一规律的图形变化，例如莉萨如曲线，也可以按照4*4矩形点阵单点扫描，对此本公开不做具体限制。

在此需要解释的是，激发光束是一种用于激发拉曼光谱信号的光，可以是例如激光光束等，对此本公开不做具体限定。其中，拉曼光谱是一种指纹光谱，能够反映出分子的转动和震动方面的信息。当光束穿过分子结构不同的物质时，会散射出不同的拉曼光谱，因此通过对拉曼光谱的分析，可以实现鉴别不同的物质的目的。

在本公开提供具体实施方式中，MEMS反射镜131的姿态角度或反射角度可以通过以合适的方式改变。可选择地，MEMS模块13具有由相垂直的 X轴(参考图2中所示)和Y轴(参考图2中所示)限定的基准平面，MEMS 驱动器驱动MEMS反射镜131绕X轴和Y轴转动，以改变MEMS反射镜 131的姿态角度，使得被MEMS反射镜131反射后的激发光束沿不同的角度朝向准直透镜12照射。参考图2能够看出，经反射元件11反射的角度相同的平行光束被MEMS反射镜131反射后变为沿不同的角度朝向准直透镜12 照射的多个平行光束。此外，在图3中能够看出，同一平行光束在不同时刻具有不同的焦点，即激发光束在T1时刻具有第一焦点，在T2时刻具有第二焦点。

其中，X轴和Y轴的交点位于MEMS反射镜131的中心处，以能够精准地控制MEMS反射镜131绕X轴和Y轴转动的角度。

在本公开提供的具体实施方式中，面扫探头系统1包括连接模块3，连接模块3包括连接杆31，连接杆31构造有中心轴孔313并且具有彼此相对的第一端部311和第二端部312，第一端部311和第二端部312中的一者用于与拉曼检测系统2可拆卸地连接，第一端部311和第二端部312中的另一者可拆卸地连接于第一壳体10，并且使得通光孔22、导光孔18与中心轴孔 313同轴设置并连通，以使得激发光束从通光孔22、经中心轴孔313照入导光孔18中。面扫探头系统1和拉曼检测系统2之间的可拆卸地连接能够使用其它的探头系统例如普通物镜替换面扫探头系统，从而使得光谱仪在例如普通拉曼检测仪和MEMS面扫拉曼检测仪之间进行切换，以扩大光谱仪的使用范围，避免光谱仪的应用场景单一。若需将光谱仪从例如普通拉曼检测仪切换为MEMS面扫拉曼检测仪，则在将普通拉曼检测仪的物镜模块拆卸下后，通过连接杆31将面扫探头系统1连接于拉曼检测系统2后即可使用，从而使得光谱仪具有面扫功能。相反，若需将光谱仪从MEMS面扫拉曼检测仪切换为例如普通拉曼检测仪，则将连接杆31从拉曼检测系统2中拆卸，并将上述普通物镜安装到拉曼检测系统2上，即可切换为普通拉曼检测仪。

其中，为了保证面扫探头系统1和拉曼检测系统2之间相对位置的精度，第一壳体10设置有定位部，该定位部用于与拉曼检测系统2的第二壳体20 的定位配合部相接合，以限制面扫探头系统1相对于拉曼检测系统2的姿态。

其中，在本公开提供的具体实施方式中，定位部和定位配合部可以以任意合适的方式构造。可选择地，定位部构造为从第一壳体10向外延伸的定位柱101，该定位柱101具有异型截面，定位配合部构造为供定位柱101插入的异型孔21。在另一些实施例中，定位配合部可以构造为从第一壳体10 向外延伸的定位柱101，定位部可以构造为供定位柱101插入的异形孔21，对此，本公开不做具体限制。

其中，参考图3中所示，拉曼检测系统2的第二壳体20上构造有供滤光片241插入的装配孔，该装配孔用作异型孔21。在此需要说明的是，在定位柱101插入到上述装配孔中时，以限制面扫探头系统1相对于拉曼检测系统2在横向方向和纵向方向上移动，并且定位柱101插入到装配孔中的部分不会影响滤光片241的使用。

其中，在本公开提供的具体实施方式中，连接模块3包括锁紧套32，连接杆31包括位于第一端部311和第二端部312之间的主体段310，参考图6 和图7中所示，锁紧套32具有中心沉孔，该中心沉孔具有大径孔段和小径孔段，第一端部311构造有径向凸缘部，径向凸缘部间隙配合于大径孔段中，主体段310的一部分间隙配合于小径孔段中。其中，锁紧套32的外周构造有第一外螺纹，第一壳体10或第二壳体20构造有连接孔102，该连接孔102 构造有能够与第一外螺纹配合的第一内螺纹。其中，连接孔102与导光孔18 或通光孔22一起构造为沉孔结构，且连接孔102的孔径大于导光孔18或通光孔22的孔径，径向凸缘部具有抵接面314，该抵接面314用于抵顶于大径孔段和小径孔段之间的台阶面321，抵接面314与第一端部311的端面在轴向上的距离不小于大径孔段在轴向上的尺寸，以使得第一端部311的端面抵接于连接孔102的底壁。

如图4、图6和图7所示的实施例中，第一壳体10构造有连接孔102，该连接孔102构造有能够与锁紧套32的外周上的第一外螺纹配合的第一内螺纹，连接孔102与导光孔18一起构造为沉孔结构，且连接孔102的孔径大于导光孔18的孔径，径向凸缘部具有抵接面314，该抵接面314用于抵顶于大径孔段和小径孔段之间的台阶面321，抵接面314与第一端部311的端面在轴向上的距离不小于大径孔段在轴向上的尺寸，以使得第一端部311的端面抵接于连接孔102的底壁，从而将连接杆31的第一端部311紧固连接于第一壳体10。

其中，第二端部312可以构造有第二外螺纹，通光孔22或导光孔18中构造有第二内螺纹，第二外螺纹和第二内螺纹能够相互配合，以使得连接杆 31与相应的拉曼检测系统2或面扫探头系统1连接。

如图4、图6和图7所示的实施例中，通光孔22中构造有第二内螺纹，该第二内螺纹与第二端部312的第二外螺纹相互配合，以将连接杆31的第二端部312与拉曼检测系统2连接。

其中，连接模块3包括套设在连接杆31上的限位垫片33，且第二端部 312与主体段310之间设置有退刀槽315，限位垫片33部分容纳于退刀槽 315，以避免连接杆31的第二端部312连接到拉曼检测系统2中的部分的长度过长而影响拉曼检测系统2的内部部件的使用，从而起到限制尺寸的作用。

其中，中心轴孔313在第一端部311构造为内六角扳手配合部316，该内六角扳手配合部316与内六角扳手相配合，以将连接杆31的第二端部312 连接于拉曼检测系统2。

在本公开提供的具体实施方式中，物镜模块包括物镜筒体，该物镜筒体具有彼此相对的安装端和自由端，准直透镜12固定于安装端，物镜筒体在自由端构造有检测窗口，并且准直透镜12的光轴中心到自由端的端面之间的距离等于准直透镜12的焦距，因此，在检测待测物质组成时，只需将自由端的端面与待测物质齐平(即相互接触且贴合)，就能够使得待测物质位于准直透镜12的焦平面内，从而实现对焦。其中，物镜筒体可以通过安装端可拆卸地连接于第一壳体10或拉曼检测系统2，即可以将物镜筒体设计为适于连接于第一壳体10和拉曼检测系统2。那么可以的是，对于面扫探头系统1来说，可以方便地更换不同规格的物镜模块，以满足不同的检测需求。对于拉曼检测系统2来说，物镜模块可以作为备用物镜，在一些情景下，用作普通物镜并进而组装到拉曼检测系统2上，由此可以通过简单的操作将 MEMS面扫拉曼检测仪改装为普通拉曼检测仪，这可以满足用户的多种检测需求。当然也可以的是，为了减少在普通拉曼检测仪和MEMS面扫拉曼检测仪之间切换时的操作步骤，可以根据实际需求，设计不同的物镜模块，以分别用于面扫探头系统1和拉曼检测系统2。

其中，参考图4中所示，物镜筒体包括检测帽14和固定支架15，检测窗口形成于检测帽14的一端，检测帽14的另一端与固定支架15可拆卸地连接，准直透镜12固定于固定支架15，固定支架15可拆卸地连接于第一壳体10或拉曼检测系统2。

在本公开提供的具体实施方式中，参考图1、图4和图6中所示，面扫光学模块包括保持支架16和安装支架17，反射元件11固定在保持支架16 上且具有反射面，反射面限定有相垂直的第一旋转轴线和第二旋转轴线，保持支架16支撑在安装支架17上，并且能够绕第一旋转轴线转动，安装支架 17安装在第一壳体10上，并且能够绕第二旋转轴线转动，第一旋转轴线平行于反射面，第二旋转轴线垂直于第一旋转轴线且垂直于导光孔18的轴线。通过绕第一旋转轴线转动保持支架16，以调节反射元件11的俯仰角度；通过绕第二旋转轴线转动安装支架17，并带动保持支架16转动，从而调节反射元件11的偏转角度，以调节反射元件11与MEMS反射镜131之间的相对位置，从而能够获得更准确、精确的检测效果。

其中，第一旋转轴线可以与反射面重合，第一旋转轴线、第二旋转轴线和导光孔18的中心轴线相交于一点，该点位于反射面上，以能够精准地调节反射元件11相对于MEMS反射镜131的姿态。

在本公开提供的一些实施方式中，为了便于反射元件11的设置，保持支架16可以构造为圆柱状结构，第一旋转轴线与圆柱状结构的中心轴线共线，安装支架17构造有保持轴孔且构造有用于暴露部分保持支架16的开口，以暴露反射元件11。在一些实施方式中，保持支架16可以实现无级转动，并且转动至所需位置时保持在该位置。

例如，为了能够实现保持支架16转动操作，保持支架16具有暴露在第一壳体10外的操作端，该操作端的端面构造有第一调节凹槽161，该第一调节凹槽161与第一旋转轴线相垂直，通过例如操作工具插入第一调节凹槽 161可以操作以使得保持支架16绕第一旋转轴线转动，以调节反射元件11 相对于MEMS反射镜131的姿态。这里，第一调节凹槽161可以以任意合适的方式构造，相应的操作工具对应配置即可。例如，第一调节凹槽161可以构造为一字形，由此，可以借助生活中常见的物品用作操作工具，例如硬币等，这样可以免去特殊工具的配备，从而节省成本，也可以提高操作的便利性，避免操作工具丢失而带来的不便。

其中，面扫光学模块可以包括锁止件19，用于限制保持支架16相对于安装支架17的位置和姿态。在锁止件19松解时允许保持支架16相对于安装支架17沿上述圆柱状结构的中心轴线移动，以用于将保持支架16安装在安装支架17上或从安装支架17上拆卸下；在锁止件19拧紧时限制保持支架16相对于安装支架17沿上述圆柱状结构的中心轴线移动和径向晃动，以将保持支架16固定在安装支架17上。

其中，锁止件19可以以任意合适的方式构造。可选择地，锁止件19构造为顶丝，该顶丝螺纹配合于安装支架17并伸入到保持轴孔中。当然，在本公开的其它实施例中，可以有其它的构造方式实现保持支架16的无级转动调节和位置保持，对此，本公开不作具体限制。

在本公开提供的一些具体实施方式中，参考图1中所示，安装支架17 可以构造为具有柱状的支撑主体以及固定部，支撑主体插入第二壳体20中且具有暴露的外端面171，该外端面171上构造有第二调节凹槽172，支撑主体的中心轴线与第二旋转轴线共线，固定部通过紧固件174与第二壳体20 连接，并且构造为在紧固件174松解时允许支撑主体转动、在紧固件174拧紧时限制支撑主体的转动。在紧固件174松解时，通过操作第二调节凹槽172能够使得安装支架17绕第二旋转轴线转动，并带动保持支架16转动，以调节反射元件11相对于MEMS反射镜131的姿态。在一些实施方式中，安装支架17可以实现无级转动，并且转动至所需位置时保持在该位置。这里，第二调节凹槽172可以以任意合适的方式构造，相应的操作工具对应配置即可。例如，第二调节凹槽172可以构造为一字形，由此，可以借助生活中常见的物品用作操作工具，例如硬币等，这样可以免去特殊工具的配备，从而节省成本，也可以提高操作的便利性，避免操作工具丢失而带来的不便

例如，为了实现安装支架17的转动，固定部包括从支撑主体的外端部分径向地向外延伸的多个连接耳173，多个连接耳173在关于支撑主体的中心轴线的周向上间隔设置，每个连接耳173均构造有弧形通孔，且每个弧形通孔的圆心重合且位于支撑主体的中心轴线上，每个弧形通孔对应设置有紧固件174，以用于将安装支架17连接于第一壳体10，第二调节凹槽172的深度方向以及弧形通孔的轴线方向与第二旋转轴线平行，圆心位于第二调节凹槽172中且位于第二旋转轴线上。当需要转动安装支架17时，可以松解紧固件(但不需要将紧固件移除)至安装支架17可以相对于第一壳体10活动即可。当需要锁止安装支架17时，拧紧紧固件至安装支架17紧固在第一壳体10上即可。这里，上述的弧形通孔的弧形延伸方向与其自身的轴线方向是相垂直的，弧形形状与紧固件的相互配合用于约束和引导安装支架17 的移动。当然，在本公开的其它实施例中，可以有其它的构造方式实现安装支架17的无级转动调节和位置保持，对此，本公开不作具体限制。

在上述技术方案的基础上，本公开还提供一种光谱仪，该光谱仪包括拉曼检测系统2和上述的面扫探头系统1，面扫探头系统1和拉曼检测系统2 相连接且使得导光孔18与通光孔22同轴设置并且相互连通。该光谱仪包括上述面扫探头系统1，因此同样具有上述特点，为了避免重复，在此不再赘述。

其中，拉曼检测系统2包括激发模块、光学模块和检测模块，激发模块包括激光发射器23，光学模块限定有光路，光学模块包括沿光路由前向后依次设置的二向色片242、狭缝244、色散元件246，检测模块包括位于第一准直镜头245后方的光感元件25。其中，光学模块还包括：位于激光发射器 23和二向色片242之间的滤光片241，在二向色片242和狭缝244之间的准直元件243，位于狭缝244和色散元件246之间的第一准直镜头245，以及位于色散元件246和光感元件25之间的第二准直镜头247。

这里，在本公开提供的光谱仪的一种实施方式中，面扫探头系统1的第一壳体和拉曼检测系统2的第二壳体可以集成为一个整体部件，因此，以这种方式构造的光谱仪的检测模式是特定的，并且由面扫探头系统1决定。在本公开提供的光谱仪的另一种实施方式中，面扫探头系统1的第一壳体10 和拉曼检测系统2的第二壳体20是彼此独立的部件，这样，面扫探头系统1 和拉曼检测系统2可以分别独立地组装，这种分体式的壳体使得面扫探头系统1和拉曼检测系统2在各自装配时互不影响，在制造光谱仪时只需要将两者组装在一起即可，能够有效地减少装配时间且同时降低装配难度。另外，分体式的两个壳体在加工过程中，所需工序、夹具和加工时间明显少于整体式的壳体，且分体式的壳体的生产成本也显著少于整体式的壳体。

在光谱仪的工作过程中，激光发射器23所发出的激发光束通过滤光片 241滤光后，将激光发射器23发出的多余波长的光滤掉，激发光束经二向色片242反射后沿光路朝向通光孔22传播，并穿过连接杆31的中心轴孔313 经导光孔18入射到面扫探头系统1中，激发光束经反射元件11反射后朝向 MEMS反射镜131照射，通过MEMS反射镜131能够使得激发光束沿不同的角度朝向准直透镜12照射，之后激发光束由准直透镜12聚焦于待测物质；之后，待测物质受到激发光束照射激发的拉曼光谱信号经准直透镜12准直成平行信号，经MEMS反射镜131和反射元件11反射后，穿过导光孔18、连接杆31的中心轴孔313和通光孔22后入射到拉曼检测系统2中；该平行信号穿过二向色片242经准直元件243后入射到狭缝244后转换为发散光，该发散光再由第一准直镜头245准直为平行光到达色散元件246，经过色散元件246衍射后，不同波长的光衍射向不同的方向，所有波长的衍射光经过第二准直镜头247传播到光感元件25(例如光感元件CCD)上，由光感元件25将光信号转换为电信号，从而形成光谱数据输出，以识别待测物质。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (20)

1.一种面扫探头系统，其特征在于，所述面扫探头系统(1)包括：

第一壳体(10)，所述第一壳体(10)设置有导光孔(18)，以供激发光束照入到所述第一壳体(10)中，所述激发光束来自光谱仪的拉曼检测系统(2)的通光孔(22)；

面扫光学模块，所述面扫光学模块安装于所述第一壳体(10)，并且包括反射元件(11)；

MEMS模块(13)，所述MEMS模块(13)固定于所述第一壳体(10)，并且包括MEMS驱动器和MEMS反射镜(131)，所述MEMS驱动器驱动所述MEMS反射镜(131)运动；以及，

物镜模块，该物镜模块固定于所述第一壳体(10)，并且包括准直透镜(12)，该准直透镜(12)具有物侧面和像侧面，所述物侧面为平面或凹面，所述像侧面为凸面，

其中，从所述导光孔(18)照入的所述激发光束经所述反射元件(11)反射后朝向所述MEMS反射镜(131)照射，并之后被所述MEMS反射镜(131)反射为朝向所述准直透镜(12)的像侧面照射的角度不同的多个平行光束。

2.根据权利要求1所述的面扫探头系统，其特征在于，所述MEMS模块(13)具有由相垂直的X轴和Y轴限定的基准平面，所述MEMS驱动器驱动所述MEMS反射镜(131)绕所述X轴和所述Y轴转动。

3.根据权利要求1所述的面扫探头系统，其特征在于，所述面扫探头系统(1)包括连接模块(3)，所述连接模块(3)包括连接杆(31)，所述连接杆(31)构造有中心轴孔(313)并且具有彼此相对的第一端部(311)和第二端部(312)，所述第一端部(311)和所述第二端部(312)中的一者用于与所述拉曼检测系统(2)可拆卸地连接，所述第一端部(311)和第二端部(312)中的另一者可拆卸地连接于所述第一壳体(10)，并且使得所述通光孔(22)、所述导光孔(18)与所述中心轴孔(313)同轴设置并连通，以使得所述激发光束从所述通光孔(22)、经所述中心轴孔(313)照入所述导光孔(18)中。

4.根据权利要求3所述的面扫探头系统，其特征在于，所述第一壳体(10)设置有定位部，该定位部用于与所述拉曼检测系统(2)的第二壳体(20)的定位配合部相接合，以限制所述面扫探头系统(1)相对于所述拉曼检测系统(2)的姿态。

5.根据权利要求4所述的面扫探头系统，其特征在于，所述定位部构造为从所述第一壳体(10)向外延伸的定位柱(101)，该定位柱(101)具有异型截面，所述定位配合部构造为供所述定位柱(101)插入的异型孔(21)。

6.根据权利要求5所述的面扫探头系统，其特征在于，所述拉曼检测系统(2)的所述第二壳体(20)上构造有供滤光片(241)插入的装配孔，该装配孔用作所述异型孔(21)。

7.根据权利要求4所述的面扫探头系统，其特征在于，所述连接模块(3)包括锁紧套(32)，所述连接杆(31)包括位于所述第一端部(311)和所述第二端部(312)之间的主体段(310)，

所述锁紧套(32)具有中心沉孔，该中心沉孔具有大径孔段和小径孔段，所述第一端部(311)构造有径向凸缘部，所述径向凸缘部间隙配合于所述大径孔段中，所述主体段(310)的一部分间隙配合于所述小径孔段中，

所述锁紧套(32)的外周构造有第一外螺纹，所述第一壳体(10)或所述第二壳体(20)构造有连接孔(102)，该连接孔(102)构造有能够与所述第一外螺纹配合的第一内螺纹，

所述连接孔(102)与所述导光孔(18)或所述通光孔(22)一起构造为沉孔结构，且所述连接孔(102)的孔径大于所述导光孔(18)或所述通光孔(22)的孔径，所述径向凸缘部具有抵接面(314)，该抵接面(314)用于抵顶于所述大径孔段和所述小径孔段之间的台阶面(321)，所述抵接面(314)与所述第一端部(311)的端面在轴向上的距离不小于所述大径孔段在所述轴向上的尺寸，以使得所述第一端部(311)的端面抵接于所述连接孔(102)的底壁。

8.根据权利要求7所述的面扫探头系统，其特征在于，所述第二端部(312)构造有第二外螺纹，所述通光孔(22)或所述导光孔(18)中构造有第二内螺纹，所述第二外螺纹和所述第二内螺纹能够相互配合，以使得所述连接杆(31)与相应的所述拉曼检测系统(2)或所述面扫探头系统(1)连接。

9.根据权利要求8所述的面扫探头系统，其特征在于，所述连接模块(3)包括套设在所述连接杆(31)上的限位垫片(33)，且所述第二端部(312)与所述主体段(310)之间设置有退刀槽(315)，所述限位垫片(33)部分容纳于所述退刀槽(315)。

10.根据权利要求8所述的面扫探头系统，其特征在于，所述中心轴孔(313)在所述第一端部(311)构造为内六角扳手配合部(316)。

11.根据权利要求1所述的面扫探头系统，其特征在于，所述物镜模块包括物镜筒体，该物镜筒体具有彼此相对的安装端和自由端，所述物镜筒体通过所述安装端可拆卸地连接于所述第一壳体(10)或所述拉曼检测系统(2)，所述准直透镜(12)固定于所述安装端，所述物镜筒体在所述自由端构造有检测窗口，并且所述准直透镜(12)的光轴中心到所述自由端的端面之间的距离等于所述准直透镜(12)的焦距。

12.根据权利要求11所述的面扫探头系统，其特征在于，所述物镜筒体包括检测帽(14)和固定支架(15)，所述检测窗口形成于所述检测帽(14)的一端，所述检测帽(14)的另一端与所述固定支架(15)可拆卸地连接，所述准直透镜(12)固定于所述固定支架(15)，所述固定支架(15)可拆卸地连接于所述第一壳体(10)或所述拉曼检测系统(2)。

13.根据权利要求1所述的面扫探头系统，其特征在于，所述面扫光学模块包括保持支架(16)和安装支架(17)，所述反射元件(11)固定在所述保持支架(16)上且具有反射面，所述保持支架(16)支撑在所述安装支架(17)上，并且能够绕第一旋转轴线转动，所述安装支架(17)安装在所述第一壳体(10)上，并且能够绕第二旋转轴线转动，所述第一旋转轴线平行于所述反射面，所述第二旋转轴线垂直于所述第一旋转轴线且垂直于所述导光孔(18)的轴线。

14.根据权利要求13所述的面扫探头系统，其特征在于，所述第一旋转轴线与所述反射面重合，所述第一旋转轴线、所述第二旋转轴线和所述导光孔(18)的中心轴线相交于一点，该点位于所述反射面上。

15.根据权利要求13所述的面扫探头系统，其特征在于，所述保持支架(16)构造为圆柱状结构，所述第一旋转轴线与所述圆柱状结构的中心轴线共线，所述安装支架(17)构造有保持轴孔且构造有用于暴露部分所述保持支架(16)的开口，以暴露所述反射元件(11)；

所述保持支架(16)具有暴露在所述第一壳体(10)外的操作端，该操作端的端面构造有第一调节凹槽(161)，该第一调节凹槽(161)与所述第一旋转轴线相垂直。

16.根据权利要求15所述的面扫探头系统，其特征在于，所述面扫光学模块包括锁止件(19)，用于限制所述保持支架(16)相对于所述安装支架(17)的位置和姿态。

17.根据权利要求16所述的面扫探头系统，其特征在于，所述锁止件(19)构造为顶丝，该顶丝螺纹配合于所述安装支架(17)并伸入到所述保持轴孔中。

18.根据权利要求13所述的面扫探头系统，其特征在于，所述安装支架(17)具有柱状的支撑主体以及固定部，所述支撑主体插入所述拉曼检测系统(2)的第二壳体(20)中且具有暴露的外端面(171)，该外端面(171)上构造有第二调节凹槽(172)，所述支撑主体的中心轴线与所述第二旋转轴线共线，所述固定部通过紧固件(174)与所述第二壳体(20)连接，并且构造为在所述紧固件(174)松解时允许所述支撑主体转动、在所述紧固件(174)拧紧时限制所述支撑主体的转动。

19.根据权利要求18所述的面扫探头系统，其特征在于，所述固定部包括从所述支撑主体的外端部分径向地向外延伸的多个连接耳(173)，多个所述连接耳(173)在关于所述支撑主体的中心轴线的周向上间隔设置，每个所述连接耳(173)均构造有弧形通孔，且每个所述弧形通孔的圆心重合且位于所述支撑主体的中心轴线上，每个弧形通孔对应设置有紧固件(174)，以用于将所述安装支架(17)连接于所述第一壳体(10)，所述第二调节凹槽(172)的深度方向以及所述弧形通孔的轴线方向与所述第二旋转轴线平行，所述圆心位于所述第二调节凹槽(172)中且位于所述第二旋转轴线上。

20.一种光谱仪，包括拉曼检测系统(2)，其特征在于，所述光谱仪还包括根据权利要求1-19中任意一项所述的面扫探头系统(1)，所述面扫探头系统(1)和所述拉曼检测系统(2)相连接且使得所述导光孔(18)与所述通光孔(22)同轴设置并且相互连通。

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