CN216208714U

CN216208714U - 一种电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置

Info

Publication number: CN216208714U
Application number: CN202122586270.3U
Authority: CN
Inventors: 王贺; 刘亚琪; 魏倩; 何超
Original assignee: Beijing Jinjing Science And Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Jinjing Science And Technology Co ltd
Priority date: 2021-10-20
Filing date: 2021-10-26
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2031-10-26

Abstract

本实用新型公开了一种电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置。本实用新型包括二维转接板、PMT探头、转接模块外罩、立装模块、侧装模块、透镜组合、通讯模块和计算机；在立装模块的反射镜架上设置反射镜，反射镜架连接至第二舵机，计算机通过通讯模块驱动第二舵机使得反射镜退出光轴时，阴极荧光经透镜组合直接传输至光谱仪，得到光谱数据；当驱动第二舵机使得反射镜位于光轴上时，阴极荧光由反射镜反射经侧装模块聚焦和滤光后到达PMT探头，最终得到全谱图像；本实用新型能够在电子激发的阴极荧光进入光谱仪前进入PMT探头用于全谱成像，减少反射镜带来的损失；另一优点在于实现光路控制，一方面光路切换简便，另一方面切换稳定，重复性好。

Description

一种电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置

技术领域

本实用新型涉及电子束激发阴极荧光技术，具体涉及一种电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置。

背景技术

电子束激发的阴极荧光信号，是指当电子束轰击在材料表面，除了二次电子、背散射电子、俄歇电子和X射线外，所发射出的频率在紫外、红外或可见光波段的电磁波；其基本原理为材料内部的电子被入射电子激发至高能态，经过一定的弛豫时间跃迁回低能态，并释放能量，其中一部分能量以电磁辐射形式发射出来。材料在电子束激发下产生阴极荧光的物理过程由其电子结构决定，而电子结构同元素成分，晶格结构和缺陷，以及所处的力学、热学、电磁学环境等因素相关。因此，电子束激发的阴极荧光光谱能够通过材料电子结构反映材料本身物理特性。

电子束激发阴极荧光信号的探测和处理通常与扫描或透射电子显微镜相结合，能够实现形貌观察、结构和成分分析同电子束激发阴极荧光光谱的结合研究。电子束激发阴极荧光所用的电子束束斑非常小，能量高；相比于光致发光，电子束激发阴极荧光信号具有空间分辨率高、激发能量高、光谱范围宽、激发深度大等特点，并能够实现全光谱或单光谱阴极荧光扫描成像。电子束激发阴极荧光信号可以应用于微米、纳米尺度的半导体量子点、量子线等阴极荧光物质的发光性质的研究。

阴极荧光成像和光谱系统是获取该种阴极荧光信号的主要方法。针对该系统的阴极荧光传导部分，即传递和分配电子束激发的阴极荧光信号的中间装置；阴极荧光信号由光纤传导到该中间装置，该中间装置通常为光谱仪，该中间装置通过无损反射技术和无损聚焦技术以最大效率传递极其微小的光信号；由光纤出射后光会发散，进入光谱仪后光通常需要经过第一次反射为凹面镜反射将发散光变为平行光，第二次反射为光栅反射将平行光反射为不同角度的单谱光，第三次反射为凹面镜反射将特定角度的单谱光聚焦到探测器上，探测器通常为两种，一种为用于光谱显示成像的探测器，另一种为用于光谱采集谱图的探测器；为获得不同波长或能量的光谱图和单谱成像，使用光谱仪是常用方法，然而在获取全谱成像时使用光谱仪就会有一些问题，虽然光谱仪也可以得到全谱成像，但是会把原有光信号进行衰减，通常光经多次反射和聚焦后，光信号的强度会有不同程度的衰减，一次反射的通过率大约在80％，光信号通过三次反射后将降到原来强度的一半，在用于全谱显示成像时会出现无法获取信噪比强的图像情况。

发明内容

为了提高阴极荧光系统中用于全谱成像的光强信息，本实用新型提出了一种电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置，通过改变光纤与光谱仪的连接方式，实现阴极荧光信号进入光谱仪前的光路折转过程，并实现软件控制，该装置不仅可以提高用于全谱成像的光强，而且可以实现快速切换。

阴极荧光系统的阴极荧光探头的出光口通过光纤连接至光谱仪，阴极荧光通过光纤传输至光谱仪，本实用新型的电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置设置在光纤进入光谱仪之前，连接阴极荧光探头的出光口的光纤末端与光谱仪之间的连线为光轴。

本实用新型的电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置包括：二维转接板、PMT(光电倍增管)探头、转接模块外罩、立装模块、侧装模块、透镜组件、通讯模块和计算机；其中，模块壳体的侧壁上且位于光轴的位置分别开设有入光孔和出光孔，入光孔对着阴极荧光探头的出光口，出光孔正对光谱仪的入口；二维转接板安装在转接模块外罩面对阴极荧光探头的外侧壁上，中心开设有光纤固定通孔，光纤固定通孔正对模块壳体的入光孔，连接阴极荧光探头的光纤末端固定在光纤固定通孔上；PMT探头安装在转接模块外罩既不面对阴极荧光探头也不面对光谱仪的侧壁上；立装模块、侧装模块和透镜组件位于转接模块外罩内且分别安装在转接模块外罩的内底板上，透镜组件靠近二维转接板，侧装模块靠近PMT探头，立装模块位于与侧装模块相对的位置；通讯模块安装在转接模块外罩外；

透镜组件包括可调支架和透镜组合；其中，可调支架安装在转接模块外罩的内底板上；在可调支架上安装透镜组合，透镜组合位于光轴上；

侧装模块包括侧装透镜架、侧装透镜、侧装舵机固定架、第一舵机、第一联轴器、侧装底座、滤光片轮和滤光片；其中，侧装底座固定安装在转接模块外罩的内底板上；第一舵机通过侧装舵机固定架固定安装在侧装底座上；在侧装舵机固定架上安装侧装透镜架，在侧装透镜架上安装侧装透镜；第一联轴器的一端套住第一舵机的旋转轴并刚性锁紧，另一端刚性固定在滤光片轮的中心；滤光片轮为圆盘状，在圆盘的平面上以圆心为轴均匀开设有多个沉孔，在每个沉孔内配有不同波长的滤光片；第一舵机通过第一联轴器能够带动滤光片轮转动，从而使得相应沉孔内的滤光片与侧装透镜共轴，PMT探头位于滤波片和侧装透镜的轴的延长线上；

立装模块包括反射镜架、反射镜、旋转臂、第二舵机、第二联轴器和立装舵机支架；其中，第二舵机通过立装舵机支架固定安装在转接模块外罩的内底板上；第二联轴器的一端套住第二舵机的旋转轴并刚性锁紧，另一端固定在旋转臂的一端；旋转臂为长条板，另一端的上表面固定安装反射镜架；在反射镜架上安装反射镜；

第一舵机和第二舵机分别连接至通讯模块；通讯模块通过网络连接至计算机。

二维转接板包括：安装板以及第一和第二调节杆；其中，安装板为板状，安装板的中间具有光纤固定通孔，安装板上安装有第一和第二调节杆，分别用来调节二维转接板的上下和左右移动，从而通过调节二维转接板来调节光纤的出光位置，使光纤出射的光束能够到达光谱仪的入射狭缝，即光谱仪的入口。

透镜组件的可调支架包括：调节支柱、支架夹具、镜架支柱和第一透镜架和第二透镜架，透镜组合包括第一透镜和第二透镜；其中，调节支柱能够沿竖直方向调节高度；在竖直的调节支柱上安装水平的支架夹具；互相平行且位于竖直面的第一透镜架和第二透镜架通过水平的多根镜架支柱固定连接为一个整体；镜架支柱的底部固定安装在支架夹具上；第一透镜和第二透镜分别安装在第一透镜架和第二透镜架内。

立装模块的立装舵机支架包括：两个立装支架，两个立装支架对称安装在第二舵机的两侧的内底板上，第二舵机分别与两个立装支架的上表面做刚性固定。

侧装模块的侧装舵机固定架包括：固定连接为一体的固定底脚、立柱和横梁，两个固定底脚固定在转接模块外罩的内底板上且分别位于第一舵机的两侧，在两个固定底脚上分别设置竖直的立柱，两个立柱的顶端通过横梁连接固定；第一舵机限定在固定底脚、立柱和横梁围成的空间内从而固定在侧装底座上。

侧装模块的侧装透镜架采用侧装方形架。

转接模块外罩包括：模块壳体、内底板、上盖板、下盖板、USB(通用串行总线)转接头和DC(直流)电源接头；其中，模块壳体由四面侧壁围成，内部具有空腔，在壳体的侧壁上且位于光轴的位置分别开设有入光孔和出光孔，入光孔正对光纤固定通孔，出光孔正对光谱仪的入口，阴极荧光通过入光孔进入模块壳体内并从出光孔进入光谱仪；在壳体内设置有内底板，并且在上面和下面分别设置有上盖板和下盖板；在壳体的侧壁上分别设置有USB转接头和DC电源接头；在模块壳体安装PMT探头的侧壁上开设有探头通孔，阴极荧光通过探头通孔传输至PMT探头。

通讯模块包括：通讯板、DC电源线、USB通信线和舵机控制线；其中，通讯板分别连接DC电源线、USB通信线和舵机控制线；DC电源线的另一头与转接模块外罩的DC电源接头做焊接连接；USB通信线的另一头与转接模块外罩的USB转接头做插入连接；第一舵机和第二舵机分别通过舵机控制线连接至通讯板。

计算机发送信号经通讯模块的通讯板至第二舵机，驱动立装模块的第二舵机转动，使得立装模块中的反射镜退出光轴，发散的阴极荧光通过透镜组合的第一透镜变成平行光，再经过透镜组合的第二透镜聚焦，直接传输至光谱仪，最终得到光谱数据；当驱动立装模块的第二舵机转动，使得立装模块中的反射镜位于光轴上时，计算机发送信号经通讯模块的通讯板至第一舵机，驱动第一舵机带动滤光片轮转动，使得设定波长的滤光片位于PMT探头与侧装透镜之间，阴极荧光通过透镜组合后经反射镜反射穿过侧装模块的侧装透镜聚焦和滤光片滤光到达PMT探头，最终得到全谱图像。

进一步，包括探头外罩；探头外罩正对转接模块外罩上的探头通孔的位置具有开口，探头外罩固定安装在转接模块外罩的外侧壁上；PMT探头固定安装在筒形的探头外罩内。探头外罩的顶部设置有BNC(刺刀螺母连接器)接头，为供电和信号接口，PMT探头通过信号线连接至BNC接头，从而对PMT探头供电并传输信号。

本实用新型的优点：

本实用新型巧妙地设计了一种折转装置和一种电器控制装置，上述两种装置最大优点在于能够在电子激发的阴极荧光进入光谱仪前进入PMT探头用于全谱成像，减少反射镜带来的损失；另一优点在于实现光路控制，一方面光路切换简便，另一方面切换稳定，重复性好。

附图说明

图1为本实用新型的电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置的一个实施例的示意图，其中，(a)为俯视图，(b)为仰视图；

图2为本实用新型的电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置的一个实施例的转接模块外罩内部的俯视图；

图3为本实用新型的电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置的一个实施例的透镜组件的示意图，其中，(a)为斜视图，(b)为正视图；

图4为本实用新型的电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置的一个实施例的侧装模块的示意图，其中，(a)为斜视图，(b)为正视图；

图5为本实用新型的电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置的一个实施例的立装模块的示意图，其中，(a)为正视图，(b)为斜视图；

图6为本实用新型的电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置的一个实施例的转接模块外罩块的示意图，其中，(a)为爆炸图，(b)为组装后的示意图；

图7为本实用新型的电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置的阴极荧光传输的原理图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本实用新型。

如图1和2所示，本实施例的电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置包括：二维转接板1、PMT探头6、转接模块外罩5、立装模块4、侧装模块3、透镜组件2、通讯模块7和计算机8；其中，二维转接板1安装在转接模块外罩5面对阴极荧光探头的外侧壁上，中心有光纤固定通孔，连接阴极荧光探头的光纤末端固定在光纤固定通孔上；PMT探头6安装在探头外罩61内，探头外罩61安装在转接模块外罩5既不面对阴极荧光探头也不面对光谱仪的外侧壁上；立装模块4、侧装模块3和透镜组件2分别安装在转接模块外罩5的内底板上，透镜组件2靠近二维转接板1的一侧，侧装模块3靠近PMT探头6，立装模块4位于与侧装模块3相对的位置；通讯模块7安装在转接模块外罩5的内底板的背面；

如图3所示，透镜组件包括可调支架和透镜组合；其中，可调支架包括调节支柱21、支架夹具22、镜架支柱23和第一透镜架24和第二透镜架25，透镜组合包括第一和第二透镜；其中，调节支柱21能够沿竖直方向调节高度；在竖直的调节支柱21上安装水平的支架夹具22；互相平行且位于竖直面的第一透镜架24和第二透镜架25通过水平的四根镜架支柱23固定连接为一个整体；两根位于底部的镜架支柱23固定安装在支架夹具22上；第一透镜和第二透镜分别安装在第一透镜架24和第二透镜架25内；

如图4所示，侧装模块包括侧装透镜架31、侧装透镜、侧装舵机固定架32、第一舵机33、第一联轴器、侧装底座34、滤光片轮35和滤光片；其中，侧装底座34固定安装在转接模块外罩的内底板上；第一舵机33通过侧装舵机固定架32固定安装在侧装底座34上；在侧装舵机固定架32上安装侧装透镜架31，侧装透镜架31采用侧装方形架，在侧装透镜架31上安装侧装透镜；第一联轴器的一端套住第一舵机33的旋转轴并刚性锁紧，另一端刚性固定在滤光片轮35的中心；滤光片轮35为圆盘状，在圆盘的平面上以圆心为轴均布多个沉孔，在每个沉孔内配有不同波长的滤光片；第一舵机33通过第一联轴器能够带动滤光片轮35转动，从而使得相应沉孔内的滤波片与侧装透镜共轴，PMT探头位于滤波片和侧装透镜的轴的延长线上；侧装舵机固定架32包括固定底脚321、立柱322和横梁323，两个固定底脚固定在转接模块外罩的内底板上且分别位于第一舵机33的两侧，在两个固定底脚上分别设置竖直的立柱，两个立柱的顶端通过横梁连接固定；第一舵机33限定在固定底脚、立柱和横梁围成的空间内从而固定在侧装底座34上；

如图5所示，立装模块包括反射镜架41、反射镜、旋转臂43、第二舵机44、第二联轴器和立装舵机支架42；其中，第二舵机44通过立装舵机支架42固定安装在转接模块外罩5的内底板上；立装舵机支架42包括两个立装支架，两个立装支架对称安装在第二舵机44的两侧的内底板上，第二舵机44分别与两个立装支架的上表面做刚性固定；第二联轴器的一端套住第二舵机44的旋转轴并刚性锁紧，另一端固定在旋转臂43的一端；旋转臂43为长条板，另一端的上表面固定安装反射镜架41；反射镜安装在反射镜架41内；

如图6所示，转接模块外罩包括：模块壳体57、上盖板56、下盖板55、USB转接头59和DC电源接头58；其中，模块壳体57由四面侧壁围成，内部具有空腔，在壳体的侧壁上且位于光轴的位置分别开设有入光孔和出光孔，入光孔正对光纤固定通孔，出光孔正对光谱仪的入口，阴极荧光通过入光孔进入模块壳体57内并从出光孔进入光谱仪；在壳体内设置有内底板，并且在上面和下面分别设置有上盖板56和下盖板55；在壳体的侧壁上分别设置有USB转接头59和DC电源接头58；模块壳体57的一侧开有长方形沉孔和圆形沉孔，长方形沉孔上安装USB转接头59，圆形沉孔上安装DC电源接头58；在模块壳体安装PMT探头的侧壁上开设有探头通孔，阴极荧光通过探头通孔传输至PMT探头。

通讯模块包括：通讯板、DC电源线、USB通信线和舵机控制线；其中，通讯板分别连接DC电源线、USB通信线和舵机控制线；DC电源线的另一头与DC电源接头做焊接连接；USB通信线的另一头与USB转接头做插入连接；第一舵机和第二舵机分别通过舵机控制线连接至通讯板。

如图7所示，计算机8发送信号经通讯模块7的通讯板至第二舵机，驱动立装模块的第二舵机转动，使得立装模块中的反射镜45退出光轴，发散的阴极荧光通过透镜组合26准直并聚焦，直接传输至光谱仪9，最终得到光谱数据；当驱动立装模块的第二舵机转动，使得立装模块中的反射镜位于光轴上时，计算机发送信号经通讯模块的通讯板至第一舵机，驱动第一舵机带动滤光片轮35转动，使得设定波长的滤光片位于PMT探头与侧装透镜之间，阴极荧光通过透镜组合26后经反射镜反射穿过侧装模块的侧装透镜和滤光片到达PMT探头6，最终得到全谱图像。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本实用新型，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本实用新型不应局限于实施例所公开的内容，本实用新型要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims

1.一种电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置，阴极荧光系统的阴极荧光探头的出光口通过光纤连接至光谱仪，阴极荧光通过光纤传输至光谱仪，所述电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置设置在光纤进入光谱仪之前，连接阴极荧光探头的出光口的光纤末端与光谱仪之间的连线为光轴，其特征在于，所述电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置包括：二维转接板、PMT探头、转接模块外罩、立装模块、侧装模块、透镜组件、通讯模块和计算机；其中，模块壳体的侧壁上且位于光轴的位置分别开设有入光孔和出光孔，入光孔对着阴极荧光探头的出光口，出光孔正对光谱仪的入口；二维转接板安装在转接模块外罩面对阴极荧光探头的外侧壁上，中心开设有光纤固定通孔，光纤固定通孔正对模块壳体的入光孔，连接阴极荧光探头的光纤末端固定在光纤固定通孔上；PMT探头安装在转接模块外罩既不面对阴极荧光探头也不面对光谱仪的侧壁上；立装模块、侧装模块和透镜组件位于转接模块外罩内且分别安装在转接模块外罩的内底板上，透镜组件靠近二维转接板，侧装模块靠近PMT探头，立装模块位于与侧装模块相对的位置；通讯模块安装在转接模块外罩外；

2.如权利要求1所述的电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置，其特征在于，所述二维转接板包括：安装板以及第一和第二调节杆；其中，安装板为板状，安装板的中间具有光纤固定通孔，安装板上安装有第一和第二调节杆。

3.如权利要求1所述的电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置，其特征在于，所述透镜组件的可调支架包括：调节支柱、支架夹具、镜架支柱和第一透镜架和第二透镜架，透镜组合包括第一透镜和第二透镜；其中，调节支柱能够沿竖直方向调节高度；在竖直的调节支柱上安装水平的支架夹具；互相平行且位于竖直面的第一透镜架和第二透镜架通过水平的多根镜架支柱固定连接为一个整体；镜架支柱的底部固定安装在支架夹具上；第一透镜和第二透镜分别安装在第一透镜架和第二透镜架内。

4.如权利要求1所述的电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置，其特征在于，所述侧装模块的侧装舵机固定架包括：固定连接为一体的固定底脚、立柱和横梁，两个固定底脚固定在转接模块外罩的内底板上且分别位于第一舵机的两侧，在两个固定底脚上分别设置竖直的立柱，两个立柱的顶端通过横梁连接固定；第一舵机限定在固定底脚、立柱和横梁围成的空间内从而固定在侧装底座上。

5.如权利要求1所述的电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置，其特征在于，所述立装模块的立装舵机支架包括：两个立装支架，两个立装支架对称安装在第二舵机的两侧的内底板上，第二舵机分别与两个立装支架的上表面做刚性固定。

6.如权利要求1所述的电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置，其特征在于，所述转接模块外罩包括：模块壳体、内底板、上盖板、下盖板、USB转接头和DC电源接头；其中，模块壳体由四面侧壁围成，内部具有空腔，在壳体的侧壁上且位于光轴的位置分别开设有入光孔和出光孔，入光孔正对光纤固定通孔，出光孔正对光谱仪的入口，阴极荧光通过入光孔进入模块壳体内并从出光孔进入光谱仪；在壳体内设置有内底板，并且在上面和下面分别设置有上盖板和下盖板；在壳体的侧壁上分别设置有USB转接头和DC电源接头；在模块壳体安装PMT探头的侧壁上开设有探头通孔。

7.如权利要求6所述的电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置，其特征在于，所述通讯模块包括：通讯板、DC电源线、USB通信线和舵机控制线；其中，通讯板分别连接DC电源线、USB通信线和舵机控制线；DC电源线的另一头与转接模块外罩的DC电源接头做焊接连接；USB通信线的另一头与转接模块外罩的USB转接头做插入连接；第一舵机和第二舵机分别通过舵机控制线连接至通讯板。

8.如权利要求6所述的电子束激发阴极荧光光谱系统的折转装置，其特征在于，还包括探头外罩；所述探头外罩正对转接模块外罩上的探头通孔的位置具有开口，探头外罩固定安装在转接模块外罩的外侧壁上；所述PMT探头固定安装在筒形的探头外罩内。