CN215598988U - 取样模块 - Google Patents

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Abstract

一种取样模块，用以对待测物提供照明光束并收集待测物所反射出的量测光束至至少一量测装置。取样模块包括至少一照明模块、集光元件、至少一收光模块。至少一照明模块提供照明光束。集光元件具有第一开口以及内部空间，且至少一照明模块配置于第一开口中。照明光束在内部空间中传递至待测物。至少一收光模块连接于集光元件。至少一收光模块包括壳体以及配置于壳体内的透镜组，其中取样模块与待测物的距离大于0毫米，量测光束由待测物传递通过透镜组以射入至少一量测装置，上述取样模块可缩小整体体积，同时避免杂散光进入量测装置以获得良好的量测品质。

Description

取样模块
技术领域
本实用新型关于一种光学模块，且特别是关于一种用于光谱仪的取样模块。
背景技术
光谱仪广泛地用于材质分析应用。通常光谱仪引擎可以搭配不同的取样模块，例如穿透式、反射式、或是光纤输入式模块。不同的取样模块与光谱仪引擎构成整体的光谱仪光学系统。然而，现有的漫反射式取样模块的光源尺寸较大(直径约22毫米)，且又与待测样品存在设定角度。因此，对取样模块而言，体积会变得很大，容易占用空间。另一方面，现有的漫反射式取样模块经由漫反射后的收光效率差，进而导致光谱仪的收光效率及信噪比(Signal-to-noise ratio，SNR)降低。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本实用新型内容，因此在“背景技术”段落所公开的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的现有技术。在“背景技术”段落所公开的内容，不代表该内容或者本实用新型一个或多个实施例所要解决的问题，在本实用新型申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
实用新型内容
本实用新型提供一种取样模块，可缩小取样模块的整体体积以及增加取样模块的取样范围，同时避免杂散光进入量测装置以获得良好的量测品质。
本实用新型的其他目的和优点可以从本实用新型所公开的技术特征中得到进一步的了解。
为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型提供一种取样模块，用以对待测物提供照明光束并收集待测物所反射出的量测光束至至少一量测装置。取样模块包括至少一照明模块、集光元件、至少一收光模块。至少一照明模块提供照明光束。集光元件具有第一开口以及内部空间，且至少一照明模块配置于第一开口中。照明光束在内部空间中传递至待测物。至少一收光模块连接于集光元件。至少一收光模块包括壳体以及配置于壳体内的透镜组，其中取样模块与待测物的距离大于0毫米，量测光束由待测物传递通过透镜组以射入至少一量测装置。
基于上述，本实用新型的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本实用新型的取样模块中，借由照明模块与集光源件的搭配，可进一步缩小照明模块的体积，同时提升照明光束的使用效率。如此一来，可进一步达到缩小取样模块的整体体积以及增加取样模块的取样范围。此外，取样模块还可借由集光源件与收光模块的搭配，进一步使得由待测物所反射出的量测光束获得准直的效果，同时避免杂散光进入量测装置。如此一来，可进一步获得良好的量测品质。
为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的取样模块的剖视示意图。
图2为图1的取样模块的立体示意图。
图3为借由现有接触式取样模块与借由图1实施例的取样模块接收光束的效率曲线比较图。
图4为借由现有接触式取样模块与借由图1实施例的取样模块接收光束所量测到的光谱曲线比较图。
图5为本实用新型另一实施例的取样模块的立体示意图。
图6为本实用新型另一实施例的取样模块的立体示意图。
图7为本实用新型另一实施例的取样模块的剖视示意图。
图8为本实用新型另一实施例的取样模块的剖视示意图。
附图标记列表
10:待测物
50,50A,50B量测装置
100,100A,100B,100C,100D:取样模块
110:照明模块
112:发光元件
114:杯状反射件
116:基座
120,120A:集光元件
130:收光模块
132:壳体
134:透镜组
134_1:第一透镜
134_2:第二透镜
140:散热鳍片
150:散热元件
160:传导元件
200,210,220,230,240,250,260,270:曲线
A1:光轴
A2:中心轴
B:角度
D1:距离
D2:直径
E:内部空间
L1:照明光束
L2:量测光束
O1:第一开口
O2:第二开口
O3:第三开口
P:承载平台
S1,S3:内壁
S2:外壁
S4:第一平面
S5:第二平面。
具体实施方式
有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本实用新型。
图1为本实用新型一实施例的取样模块的剖视示意图。图2为图1的取样模块的立体示意图。请参考图1及图2。本实施例提供一种取样模块100，用以对待测物10提供照明光束L1并收集待测物10所反射出带有待测物10特性的量测光束L2，以传递至至少一量测装置50。在本实施例中，量测装置50的数量为单一个，且例如为光谱仪本体，以对取样模块100所接收到的量测光束L2进行光学分析。此外，取样模块100与待测物10的距离D1大于0毫米。换句话说，本实施例所提供的取样模块100为非接触式装置。在优选的实施例中，取样模块100与待测物10的距离D1大于5毫米。
详细而言，取样模块100包括至少一照明模块110、集光元件120、至少一收光模块130，其中照明模块110配置于集光元件120，且照明光束L1由照明模块110传递至集光元件120以进一步传递至待测物10。而待测物10反射量测光束L2至收光模块130，以进一步传递至量测装置50。
照明模块110用以提供照明光束L1至待测物10。在本实施例中，照明模块110的数量为一个，但本实用新型并不限于此。集光元件120具有第一开口O1以及内部空间E。照明模块110配置在第一开口O1，且照明光束L1在内部空间E中传递至待测物10。具体而言，照明模块110包括发光元件112、杯状反射件114以及基座116。其中，发光元件112用以提供出照明光束L1。在本实施例中，发光元件112例如为发光二极管(Light EmittingDiode，LED)，照明光束L1的波长可介于400纳米(nm)至2500纳米(nm)之间，但本实用新型并不限于此。基座116配置于集光元件120的顶部，用以承载发光元件112以及杯状反射件114。基座116具有第二开口O2，且发光元件112与杯状反射件114配置在第二开口O2。杯状反射件114具有第三开口O3，且发光元件112配置在第三开口O3。因此，由于发光元件112所发出的照明光束L1向任一方向发射，可借由杯状反射件114的反射导向效果，提高照明指向性。在本实施例中，发光元件112的光轴A1与杯状反射件114的中心轴A2共轴，以达到精准的组装，但本实用新型不限于此。
在一不同实施例中，照明模块110的数量可为多个。具体而言，可同时设置多个发光元件112、杯状反射件114以及基座116的组合于集光元件120的顶部。或者是，可同时设置多个发光元件112以及杯状反射件114的组合于一个基座116中，而基座116设置于集光元件120的顶部。借此，可进一步增强照明光束L1的照明强度或均匀度。在另一不同的实施例中，上述的发光元件112可选用提供不同波长光束的光源，以利不同波段的量测，但本实用新型并不限于此。
集光元件120为中空圆柱壳体，其顶端连接照明模块110的基座116。在本实施例中，集光元件120具有高度低于外壁S2的承载平台P，用以承载基座116的底部。换句话说，发光元件112位于杯状反射件114内部，且杯状反射件114位于集光元件120内部，因此可使发光元件112以及杯状反射件114有更佳的位置以产生优选的发光效果。此外，集光元件120的内壁S1为光滑反射表面，故可提高照明光束L1的使用效率。集光元件120具有相对于第一开口O1的出光口O4，出光口O4的直径D2小于25毫米(mm)。在本实施例中，集光元件120的直径为16毫米(mm)，且与待测物10之间的距离D1为8毫米(mm)。因此，可增加取样模块100的取样范围。
收光模块130连接于集光元件120。在本实施例中，集光元件120与收光模块130的壳体132为一体成形，但本实用新型并不限于此。收光模块130的延伸轴向(与光轴A1相同)与集光元件120的延伸轴向夹有角度B，且此角度B大于等于25度及小于等于65度。在本实施例中，角度B为45度。
具体而言，收光模块130包括壳体132以及配置于壳体132内的透镜组134。其中，壳体132的内壁S3为吸光表面，且吸光度大于或等于2。举例而言，内壁S3表面可由表面阳极处理而制成。因此，当量测光束L2由待测物10传递进入收光模块130时，壳体132的内壁S3可吸收杂散光，以避免杂散光进入量测装置50。
量测光束L2由待测物10反射并通过透镜组134以射入量测装置50。详细而言，透镜组134包括第一透镜134_1以及第二透镜134_2，第一透镜134_1位于第二透镜134_2与集光元件120之间。在本实施例中，第一透镜134_1为凹凸透镜，凹面朝向第二透镜134_2，且第二透镜134_2为双凸透镜。在本实施例中，第一透镜134_1及第二透镜134_2的可接收波长范围介于400纳米至2500纳米之间。
因此，相较于现有的取样模块，本实施例的取样模块100借由照明模块110与集光元件120的搭配，可进一步缩小照明模块110的体积，同时提升照明光束L1的使用效率。如此一来，可进一步达到缩小取样模块100的整体体积以及增加取样模块100的取样范围。此外，本实施例的取样模块100还可借由集光元件120与收光模块130的搭配，进一步使得由待测物10所反射出的量测光束L2获得准直的效果，同时避免杂散光进入量测装置50。如此一来，可进一步获得良好的量测品质。
图3为借由现有接触式取样模块与借由图1实施例的取样模块接收光束的效率曲线比较图。请参考图3。其中，曲线200代表使用现有接触式取样模块(即采用接触量测)进入量测装置的光强度对波长曲线图。而曲线210代表使用图1实施例的取样模块100进入量测装置的光强度对波长曲线图。由图3中可以看出，使用图1实施例的取样模块100进行非接触式量测，仍然可以得到比现有接触式取样模块高出约15％的强度。因此，利用图1实施例的取样模块100可以超过接触式量测的收光效率。
图4为借由现有接触式取样模块与借由图1实施例的取样模块接收光束所量测到的光谱曲线比较图。请参考图4。其中，曲线230代表使用现有接触式取样模块(即采用接触量测)进入量测装置的吸光度对波长曲线图。而曲线220、230、240、250、260、270分别代表使用图1实施例的取样模块100以距离8毫米为基准，且误差-2毫米、-1毫米、0毫米、+1毫米以及+2毫米时进入量测装置的吸光度对波长曲线图。由图3中可以看出，使用图1实施例的取样模块100进行非接触式量测，即使在景深中有误差(±2毫米以内)，所量测到的待测物10光谱皆重叠在一起，且与现有接触式取样模块所量测到的物质光谱也重叠在一起。换句话说，表示尽管取样模块100与待测物10距离8毫米，仍可以在此距离且偏离±2毫米的范围内取得有效的待测物10的光谱。
图5为本实用新型另一实施例的取样模块的立体示意图。请参考图5。本实施例的取样模块100A类似于图2所显示的取样模块100。两者不同之处在于，在本实施例中，取样模块100A还包括散热鳍片140，散热鳍片140承靠于集光元件120与收光模块130的壳体132以及量测装置50的上盖处。散热鳍片140的材料例如为高传导系数的铝合金，且具有阳极处理的黑色吸光表面，其吸光度达2以上，避免外界光线进入量测装置50。具体而言，散热鳍片140具有第一平面S4以及第二平面S5，其中第一平面S4承靠至照明模块110，且第二平面S5承靠至收光模块130。因此，可提升照明模块110及收光模块130的散热效果，以避免热能传递至量测装置50。如此一来，除了可提升整体散热效果，发光元件112也可另选用高瓦数的灯泡，进而提升量测装置50的信噪比。在本实施例中，散热鳍片140作为量测装置50的一部分壳体，如图5所显示。因此，可进一步避免外界光线进入量测装置50，同时保护量测装置50不受灰尘污染。
图6为本实用新型另一实施例的取样模块的立体示意图。请参考图6。本实施例的取样模块100B类似于图5所显示的取样模块100A。两者不同之处在于，在本实施例中，取样模块100B还包括散热元件150，配置于散热鳍片140。在本实施例中，散热元件150例如为散热风扇，利用强制对流的方式将照明模块110产生的热能快速散出，避免影响量测装置50的效能。在另一实施例中，散热元件150可以致冷晶片取代散热风扇，以减少气流扰动对量测环境的影响，但本实用新型并不限于此。
图7为本实用新型另一实施例的取样模块的剖视示意图。请参考图7。本实施例的取样模块100C类似于图1所显示的取样模块100。两者不同之处在于，在本实施例中，收光模块130的数量为多个，且量测装置50A、50B的数量相同于收光模块130的数量。举例而言，收光模块130的数量为两个，且量测装置50A、50B的数量也为两个。两收光模块130在集光元件120A上呈对称分布，且两个量测装置50A、50B分别连接于两收光模块130。此外，两个量测装置50A、50B所量测的光束波段为不同。举例而言，量测装置50A的量测波段为900纳米至1700纳米，而量测装置50B的量测波段为1350纳米至2150纳米，但本实用新型并不限于此。如此一来，可进一步增加量测的多样性。
图8为本实用新型另一实施例的取样模块的剖视示意图。请参考图8。本实施例的取样模块100D类似于图7所显示的取样模块100C。两者不同之处在于，在本实施例中，取样模块100D还包括多个传导元件160，分别连接于相对应的收光模块130与量测装置50A、50B之间。传导元件160例如是光纤，并利用可SMA转接头连接于收光模块130与量测装置50A、50B。如此一来，可进一步配置量测装置50A、50B以远离取样模块100D，进而应用于不同的环境中。
综上所述，本实用新型的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本实用新型的取样模块中，借由照明模块与集光源件的搭配，可进一步缩小照明模块的体积，同时提升照明光束的使用效率。如此一来，可进一步达到缩小取样模块的整体体积以及增加取样模块的取样范围。此外，取样模块还可借由集光源件与收光模块的搭配，进一步使得由待测物所反射出的量测光束获得准直的效果，同时避免杂散光进入量测装置。如此一来，可进一步获得良好的量测品质。
以上所述，仅为本实用新型的优选实施例，不能以此限定本实用新型实施的范围，即凡是依照本实用新型权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。另外本实用新型的任一实施例或权利要求不须达到本实用新型所公开的全部目的或优点或特点。此外，说明书摘要和实用新型名称仅是用来辅助专利文件检索，并非用来限制本实用新型的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。

Claims (18)

1.一种取样模块，其特征在于，所述取样模块包括：至少一照明模块、集光元件以及至少一收光模块，所述取样模块用以对待测物提供照明光束并收集所述待测物所反射出的量测光束至至少一量测装置，其中
所述至少一照明模块提供照明光束；
所述集光元件具有第一开口以及内部空间，且所述至少一照明模块配置在所述第一开口，所述照明光束在所述内部空间中传递至所述待测物；以及
所述至少一收光模块连接于所述集光元件，所述至少一收光模块包括壳体以及配置于所述壳体内的透镜组，其中所述取样模块与所述待测物的距离大于0毫米，所述量测光束由所述待测物传递通过所述透镜组以射入所述至少一量测装置。
2.根据权利要求1所述的取样模块，其特征在于，所述至少一照明模块包括发光元件、杯状反射件以及基座，所述基座配置于所述集光元件的顶部，所述基座具有第二开口，所述杯状反射件配置于所述第二开口中，所述杯状反射件具有第三开口，所述发光元件配置于所述第三开口，所述发光元件用以提供所述照明光束。
3.根据权利要求2所述的取样模块，其特征在于，所述发光元件的光轴与所述杯状反射件的中心轴共轴。
4.根据权利要求2所述的取样模块，其特征在于，所述至少一照明模块的数量为多个。
5.根据权利要求1所述的取样模块，其特征在于，所述集光元件为中空圆柱壳体，且所述集光元件的内壁为光滑反射表面。
6.根据权利要求1所述的取样模块，其特征在于，所述集光元件具有相对于所述第一开口的出光口，所述出光口的直径小于25毫米。
7.根据权利要求1所述的取样模块，其特征在于，所述取样模块与所述待测物的距离大于5毫米。
8.根据权利要求1所述的取样模块，其特征在于，所述至少一收光模块的所述壳体的内壁为吸光表面，且吸光度大于或等于2。
9.根据权利要求1所述的取样模块，其特征在于，所述集光元件与所述至少一收光模块的所述壳体为一体成形。
10.根据权利要求1所述的取样模块，其特征在于，所述至少一收光模块的延伸轴向与所述集光元件的延伸轴向夹有角度，所述角度大于等于25度且小于等于65度。
11.根据权利要求1所述的取样模块，其特征在于，所述透镜组包括第一透镜以及第二透镜，所述第一透镜位于所述第二透镜与所述集光元件之间。
12.根据权利要求11所述的取样模块，其特征在于，所述第一透镜为凹凸透镜，且所述第二透镜为双凸透镜。
13.根据权利要求1所述的取样模块，其特征在于，所述取样模块还包括散热鳍片，所述散热鳍片具有第一平面以及第二平面，所述第一平面承靠于所述至少一照明模块，且所述第二平面承靠于所述至少一收光模块。
14.根据权利要求13所述的取样模块，其特征在于，所述散热鳍片作为所述至少一量测装置的一部分壳体。
15.根据权利要求13所述的取样模块，其特征在于，所述取样模块还包括散热元件，配置于所述散热鳍片，所述散热元件为散热风扇或致冷晶片。
16.根据权利要求1所述的取样模块，其特征在于，所述至少一收光模块的数量为多个，所述至少一量测装置的数量相同于所述多个收光模块的数量，所述多个收光模块在所述集光元件上呈对称分布，且所述多个量测装置分别连接于所述多个收光模块。
17.根据权利要求16所述的取样模块，其特征在于，所述多个量测装置所量测的光束波段不同。
18.根据权利要求16所述的取样模块，其特征在于，所述取样模块还包括多个传导元件，分别连接于相对应的所述多个收光模块与所述多个量测装置之间。
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