CN219775506U - 检测光源装置及样本分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种检测光源装置及样本分析仪，检测光源装置包括光源模块、准直模块、合光组件和第一壳体；光源模块包括多个能产生不同波段的光束的LED光源；准直模块包括多个与LED光源一一对应的第一准直镜，每一第一准直镜分别设置于每一LED光源的前方，第一准直镜用于将LED光源产生的发散光束整形成平行光束；合光组件包括多个设置于第一准直镜前方的分色镜，合光组件用于将多束不同的平行光束合束为一束复色光束；光源模块、准直模块和合光组件均设置于第一壳体内。该检测光源装置通过设置合光组件改变平行光束的方向，减少空间结构的占用，从而在能够设置更多的不同波段的LED光源，具有减少了占用空间、增加了检测光源装置覆盖波段的优点。

Description

检测光源装置及样本分析仪

技术领域

本实用新型涉及样本分析仪技术领域，尤其涉及一种检测光源装置及样本分析仪。

背景技术

目前，样本分析仪器中的光学检测系统传统地采用卤素灯作为光源，后端使用滤光及分光元件或光栅作为单色器，配合光电探测器的方式实现不同波段的光信号采集。卤素灯作为光源，其寿命一般在500h～2000h，寿命较短，需定时更换光源，仪器的维护性成本较高。

现有技术中有使用发光二极管(简称LED，Light Emitting Diode)替代卤素灯作为光源的方案，采用前分光方式在每个LED上方关联一个带通滤波器以获得适合的单色性光束，各波段LED依次横向排布，利用光束分离器使光束朝向样品单元发射，后端采用光电二极管进行接收，但该结构占用的空间结构大，可覆盖的波段较少。

鉴于此，有必要提供一种新的检测光源装置及样本分析仪，以解决或至少缓解上述技术缺陷。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种检测光源装置及样本分析仪，旨在解决现有技术中样本分析仪的光源装置占用空间大，可覆盖波段较少的技术问题。

为实现上述目的，根据本实用新型的一方面，本实用新型提供一种检测光源装置，用于为样本分析仪提供检测光源，其包括：

光源模块，包括多个能产生不同波段的光束的LED光源；

准直模块，包括多个与所述LED光源一一对应的第一准直镜，每一所述第一准直镜分别设置于每一LED光源的前方，所述第一准直镜用于将所述LED光源产生的发散光束整形成平行光束；

合光组件，包括多个设置于所述第一准直镜前方的分色镜，所述合光组件用于将多束不同的所述平行光束合束为一束复色光束；

第一壳体，所述光源模块、所述准直模块和所述合光组件均设置于所述第一壳体内。

在一实施例中，所述检测光源装置还包括光阑，所述复色光束经所述光阑截光后，用于入射至所述样本分析仪的反应杯中。

在一实施例中，所述检测光源装置还包括光纤和准直系统；所述准直系统包括第二壳体和设置于所述第二壳体内的第二准直镜，所述光阑安装于所述第二壳体，经所述合光组件合束后的所述复色光束依次经过所述光纤、所述第二准直镜和所述光阑传输，用于入射至所述反应杯中。

在一实施例中，所述准直系统还包括安装于所述第二壳体内的反光镜，所述反光镜设置于所述第二准直镜和所述光阑之间，以改变从所述第二准直镜射出的所述复色光束的方向。

在一实施例中，所述检测光源装置还包括第一光纤座、第二光纤座和安装于所述第一壳体内的耦合镜，所述第一光纤座安装于所述第一壳体，所述第二光纤座安装于所述第二壳体，所述光纤的两端分别与所述第一光纤座和所述第二光纤座连接，所述耦合镜设置于所述合光组件和所述第一光纤座之间，合束后的所述复色光束经所述耦合镜耦合入所述光纤。

在一实施例中，所述分色镜为二向色镜，所述二向色镜通过长波段高透射、短波段高反射的方式将不同方向的所述平行光束进行合束。

在一实施例中，所述LED光源包括：波长为340nm的第一单色LED、波长为375nm～405nm的第一复色LED、波长为450nm～735nm的宽光谱白光LED、波长为765nm的第二单色LED、以及波长为800nm～850nm的第二复色LED。

在一实施例中，所述LED光源包括9种单色LED和一种复色LED，每种所述LED光源产生的光束分别经不同的所述第一准直镜和所述分色镜后合束为一束复色光束。

在一实施例中，所述检测光源装置还包括散热器，所述散热器安装在所述第一壳体的外壁，所述散热器用于为所述LED光源散热。

根据本实用新型的另一方面，本实用新型还提供一种样本分析仪，所述样本分析仪包括如上所述的检测光源装置，还包括反应杯和接收模块，所述接收模块用于接收透过所述反应杯后的光束。

本实用新型技术方案中，光源模块设置在第一壳体中，每个LED光源经准直模块整形后的多道平行光束在空间内可以不相互平行，从而可以在空间的多个方位设置不同波段的LED光源，相对地减少了结构所占用的空间，方向不同的多道平行光束经过设置在光路上的合光组件时，分色镜通过反射或者透射的合光方式，将多束方向不同或者方向相同的平行光束整合合束为一束复色光束(即可以选择性改变光束的传播方向，从而将不同波段的光束进行空间整合，最终合成一束宽光谱(复色)光束)。该实用新型通过设置合光组件改变平行光束的方向，减少空间结构的占用，从而在能够设置更多的不同波段的LED光源，具有减少了占用空间、增加了检测光源装置覆盖波段的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施条例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型第一实施例样本分析仪的结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例第一壳体的外部立体结构示意图；

图3为本实用新型第一实施例第一壳体的内部结构俯视图；

图4为本实用新型第一实施例第二壳体和反应杯的立体结构示意图；

图5为本实用新型第一实施例第二壳体和反应杯的内部结构俯视图；

图6为本实用新型第二实施例检测光源装置和反应杯的内部结构俯视图；

图7为本实用新型第三实施例第一壳体的内部结构俯视图；

图8为图7中光源模块的光路方向示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施条例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两组，例如两组，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两组元件内部的连通或两组元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

请参照图1、图2、图3和图6，根据本实用新型的一方面，本实用新型提供一种检测光源装置100，用于为样本分析仪提供检测光源。检测光源装置100包括：

光源模块，包括多个能产生不同波段的光束的LED光源11；

准直模块2，包括多个与LED光源11一一对应的第一准直镜21，每一第一准直镜21分别设置于每一LED光源11的前方，第一准直镜21用于将LED光源11产生的发散光束整形成平行光束；

合光组件3，包括多个设置于第一准直镜21前方的分色镜31，合光组件3用于将多束不同的平行光束合束为一束复色光束；

第一壳体4，光源模块、准直模块2和合光组件3均设置于第一壳体4内。

上述实施例中，光源模块设置在第一壳体4中，每个LED光源11经准直模块2整形后的多道平行光束在空间内可以不相互平行，从而可以在空间的多个方位设置不同波段的LED光源11，相对地减少了结构所占用的空间，方向不同的多道平行光束经过设置在光路上的合光组件3时，分色镜31通过反射或者透射的合光方式，将多束方向不同或者方向相同的平行光束整合合束为一束复色光束(即可以选择性改变光束的传播方向，从而将不同波段的光束进行空间整合，最终合成一束宽光谱(复色)光束)。该实施例通过设置合光组件3改变平行光束的方向，减少空间结构的占用，从而在能够设置更多的不同波段的LED光源11，具有减少了占用空间、增加了检测光源装置100覆盖波段的优点。其中，第一准直镜21可以选用数值孔径(NA)较大的聚光透镜，用于最大程度收集LED光源11的发散光，并将各波段的发散光束整形成平行光束，减小各LED光源11发射的波段因光程不同影响合束后的能量。第一壳体4具体可以包括第一外壳41、第二外壳42和底板43，第一外壳41和第二外壳42用于固定光学元件和LED光源11，两个外壳由底板43连接，保证模块在同一水平面上。

具体地，检测光源装置100可以设置光阑5，复色光束经光阑5截光后，用于入射至样本分析仪的反应杯110中。光阑5用于去除复色光束中的杂散光，实现入射到反应杯110上的光斑尺寸满足于最小反应体积要求。光阑5的结构具体呈方型，复色光束经光阑5截除杂散光，形成一束均匀的、满足能量要求及最小反应体积要求的方形光斑出射。最后方形光斑经反应杯110透射至后光路系统的单色器(即接收模块120)进行分光传输至光电探测器中完成光学检测。

若空间足够，能够直接将检测光源装置100整体靠近反应杯110设置，可以直接将光阑5设置于第一壳体4，如图6所示；若反应杯110处的空间结构不足，在另一实施例中，请参照图1～图5，检测光源装置100还可以设置光纤6和准直系统；准直系统包括第二壳体71和设置于第二壳体71内的第二准直镜72，光阑5安装于第二壳体71，经合光组件3合束后的复色光束依次经过光纤6、第二准直镜72和光阑5传输，用于入射至反应杯110中。该实施例中，光阑5设置于第二壳体71，通过光纤6传导将第一壳体4内经合光组件3合束后的复色光束传输至第二壳体71内，然后通过第二准直镜72用于将光纤6出射的具有一定发散角的复色光束整形为平行的光束，再通过光阑5截光后射入反应杯110。本实施例多种LED光源11能同时持续工作，设计紧凑，体积小且空间灵活性高，在满足检测波段的同时，采用光纤6作为传导元件，解决了空间尺寸限制问题；将检测光源装置100分成两个分开的部件后，减小了空间体积的限制，第一壳体4和设置在第一壳体4内的光源模块、准直模块2和合光组件3均能够放置在任何合适的位置，更有利于模块散热的设计，同时增加了空间灵活性，更易维护。

具体地，检测光源装置100还包括第一光纤座81、第二光纤座82和安装于第一壳体4内的耦合镜83，第一光纤座81安装于第一壳体4，第二光纤座82安装于第二壳体71，光纤6的两端分别与第一光纤座81和第二光纤座82连接，耦合镜83设置于合光组件3和第一光纤座81之间，合束后的复色光束经耦合镜83耦合入光纤6。其中，两个光纤6座分别用于固定光纤6的两端，耦合镜83主要作用是将LED光源11组合形成的宽光谱复色光束耦合入光纤6，实现最大能量利用率，保证入射至光纤6中的耦合光束能量最大。

第二准直镜72除了正对光阑5的设置方式之外，参照图5，准直系统还可以通过设置一个安装于第二壳体71内的反光镜73，反光镜73设置于第二准直镜72和光阑5之间，以改变从第二准直镜72射出的复色光束的方向，使复色光束经反光镜73反射后再从光阑5射出，最大化利用空间，减小模块尺寸。第二壳体71具体可以包括上外壳711和下外壳712，用于固定第二准直镜72、反光镜73及光阑5，起到零件固定的作用，保证系统光轴在同一水平线上。

分色镜31具体可以为二向色镜，二向色镜通过长波段高透射、短波段高反射的方式将不同方向的平行光束进行合束，即长波段的平行光束经过二向色镜后光路径直透过不改变光路方向，短波段的平行光束经过二向色镜后光路不能透过，而进行反射，实现合束的效果。

检测光源装置100还可以设置散热器84，散热器84安装在第一壳体4的外壁，散热器84用于为LED光源11散热，减小LED光源11由于温度升高而产生波谱漂移及寿命缩短问题，保证使用过程中的稳定性及寿命。

本实用新型中的光源模块具体可实现340nm、375nm、405nm、450nm、475nm、505nm、540nm、572nm、605nm、635nm、670nm、700nm、735nm、765nm、800nm、850nm的检测波段，且入射至反应杯110处的光斑尺寸满足最小反应体积的要求。

在具体的第一实施例中，参照图3，LED光源11的数量可以为5种，分别为波长为340nm的第一单色LED12、波长为375nm～405nm的第一复色LED13、波长为450nm～735nm的宽光谱白光LED14、波长为765nm的第二单色LED15、以及波长为800nm～850nm的第二复色LED16。如图所示，二向色镜的数量为四个，分别为第一色镜311、第二色镜312、第三色镜313和第四色镜314，每一色镜相对于光路反射或透射的光路呈45°设置。本实用新型中每个二向色镜的对透射波段和反射波段的限定均不一样，具体根据实际情况适应性选择。

光源模块工作方式：使用驱动电路同时点亮5种LED光源11，并能够调节各LED光源11的电流大小，以控制其发光强度避免影响信号检测。五种LED分别通过其前方的第一准直镜21整形成平行光束。在两个LED光源11整形出的平行光束经一个长波通的二向色镜完成复色光束的整合，即第二单色LED15和宽光谱白光LED14的整形准直光束经第二色镜312整合，第一单色LED12和第一复色LED13的整形准直光束经第一色镜311整合，第二单色LED15和宽光谱白光LED14合束后的复色光束与第二复色LED16的整形准直光束经第三色镜313再次整合后，经第四色镜314与第一单色LED13和第一复色LED14合束后的复色光束进行整合，完成340～850nm宽光谱复色光束的合成，最后宽光谱复色光束经耦合镜83耦合至光纤6中。

检测光源装置100采用5种波段的LED及二向色镜组合提供340～850nm宽光谱光束，实现了卤素灯宽光谱的替代，延长了光源寿命，且利用了空间合光的方式减小了体积。检测光源装置100采用光纤6进行导光，实现光源模块作为一个独立的模块，可自由放置在空间任意位置处，充分利用空间，并有利于散热，提高寿命，降低维护频次。宽光谱光束经光阑5截光后可实现各波段的入射能量及最小反应体积要求。本实施例可提供与卤素灯光源激发的检测系统相当的光能量，且在340nm测试波段处，能提供比卤素灯光源激发下更高的接收光能量，减小在后端放大电路中引起的噪声影响。

在具体的第二实施例中，如若空间尺寸满足，可以省去光纤6进行传导，只需将LED光源11发射出的光束整形成平行光束后，利用二向色镜合光，再用光阑5将杂散光去除，截取的方形光斑直接入射至反应杯110中。如图6所示，是第二实施例的结构俯视图。与第一实施例相同的部分是每个LED光源11分别通过第一准直镜21及二向色镜，完成平行光束的需求，并进行合光，之后经光阑5截光后入射至反应杯110中。此实施例既能满足检测波段要求，也满足最小反应体积的要求，但对于系统的空间尺寸要求较高。

在具体的第三实施例中，LED光源11包括9种单色LED和一种复色LED，每种LED光源11产生的光束分别经不同的第一准直镜21和分色镜31后合束为一束复色光束。10种LED光源11分别为第一光源11a、第二光源11b、第三光源11c、第四光源11d、第五光源11e、第六光源11f、第七光源11g、第八光源11h、第九光源11i和第十光源11j。如图7所示，为第一壳体的内部结构俯视图，第一光源11a、第二光源11b和第三光源11c分别提供340nm、375nm、405nm的单色光，第四光源11d可提供450～635nm的复色光，第五光源11e、第六光源11f、第七光源11g、第八光源11h、第九光源11i和第十光源11j分别提供670nm、700nm、735nm、765nm、800nm、850nm的单色光，实现各波段单独激发；具体地，每个LED光源的传播光路如图8所示。单色LED激发波段入射至反应杯110处的能量较复色LED在单波段下激发的能量高。本实施例提供与卤素灯光源激发的检测系统相当的光能量，且在340nm、375nm、405nm测试波段处，能提供比卤素灯光源激发下更高的接收光能量，减小在后端放大电路中引起的噪声影响。

每个二向色镜均采用长波段高透射，短波段高反射的方式将不同波段合束在一起，本实用新型中每个二向色镜的对透射波段和反射波段的限定均不一样，具体根据实际情况适应性选择。第一壳体4包括第一固定座46和第二固定座47，用于固定二向色镜。本实施例还提供有三个预留通道，提供了系统的可拓展性，可实现更多波段的检测。

系统工作方式：使用驱动电路同时点亮10种LED光源11，并能够调节每个LED光源11的电流大小，避免LED光源11的光强度过强或过弱影响检测。每个LED光源11分别通过不同的第一准直镜21整形成平行光束后，通过二向色镜将各波段光束合束成一束光束后经耦合镜83耦合进光纤6中，光纤6通过第一光纤座81固定。

请参照图1，根据本实用新型的另一方面，本实用新型还提供一种样本分析仪，样本分析仪包括如上的检测光源装置100，还包括反应杯110和接收模块120，接收模块120用于接收透过反应杯110后的光束。该检测光源装置100的具体结构参照上述实施例，由于样本分析仪采用了上述实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种检测光源装置，用于为样本分析仪提供检测光源，其特征在于，包括：

光源模块，包括多个能产生不同波段的光束的LED光源；

准直模块，包括多个与所述LED光源一一对应的第一准直镜，每一所述第一准直镜分别设置于每一LED光源的前方，所述第一准直镜用于将所述LED光源产生的发散光束整形成平行光束；

合光组件，包括多个设置于所述第一准直镜前方的分色镜，所述合光组件用于将多束不同的所述平行光束合束为一束复色光束；

第一壳体，所述光源模块、所述准直模块和所述合光组件均设置于所述第一壳体内。

2.如权利要求1所述的检测光源装置，其特征在于，所述检测光源装置还包括光阑，所述复色光束经所述光阑截光后，用于入射至所述样本分析仪的反应杯中。

3.如权利要求2所述的检测光源装置，其特征在于，所述检测光源装置还包括光纤和准直系统；所述准直系统包括第二壳体和设置于所述第二壳体内的第二准直镜，所述光阑安装于所述第二壳体，经所述合光组件合束后的所述复色光束依次经过所述光纤、所述第二准直镜和所述光阑传输，用于入射至所述反应杯中。

4.如权利要求3所述的检测光源装置，其特征在于，所述准直系统还包括安装于所述第二壳体内的反光镜，所述反光镜设置于所述第二准直镜和所述光阑之间，以改变从所述第二准直镜射出的所述复色光束的方向。

5.如权利要求3所述的检测光源装置，其特征在于，所述检测光源装置还包括第一光纤座、第二光纤座和安装于所述第一壳体内的耦合镜，所述第一光纤座安装于所述第一壳体，所述第二光纤座安装于所述第二壳体，所述光纤的两端分别与所述第一光纤座和所述第二光纤座连接，所述耦合镜设置于所述合光组件和所述第一光纤座之间，合束后的所述复色光束经所述耦合镜耦合入所述光纤。

6.如权利要求1～5中任意一项所述的检测光源装置，其特征在于，所述分色镜为二向色镜，所述二向色镜通过长波段高透射、短波段高反射的方式将不同方向的所述平行光束进行合束。

7.如权利要求1～5中任意一项所述的检测光源装置，其特征在于，所述LED光源包括：波长为340nm的第一单色LED、波长为375nm～405nm的第一复色LED、波长为450nm～735nm的宽光谱白光LED、波长为765nm的第二单色LED、以及波长为800nm～850nm的第二复色LED。

8.如权利要求1～5中任意一项所述的检测光源装置，其特征在于，所述LED光源包括9种单色LED和一种复色LED，每种所述LED光源产生的光束分别经不同的所述第一准直镜和所述分色镜后合束为一束复色光束。

9.如权利要求1～5中任意一项所述的检测光源装置，其特征在于，所述检测光源装置还包括散热器，所述散热器安装在所述第一壳体的外壁，所述散热器用于为所述LED光源散热。

10.一种样本分析仪，其特征在于，所述样本分析仪包括权利要求1～9中任意一项所述的检测光源装置，还包括反应杯和接收模块，所述接收模块用于接收透过所述反应杯后的光束。