TW201934985A - 紅外線光譜儀 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種紅外光譜儀，包括光源、透鏡陣列及衰減陣列。光源用於發出紅外線。透鏡陣列包括多個以陣列排序的透鏡單元。衰減陣列包括多個以陣列排序衰減單元，衰減單元能夠吸收或反射具有第一指定波長的紅外線，多個衰減單元具有至少兩個不同的厚度。其中，透鏡陣列位於光源與衰減陣列之間，紅外線依次穿透透鏡陣列和衰減陣列。
Description
本發明屬於發光元件領域，特別涉及一種紅外線光譜儀。
紅外光譜儀是利用物質對不同波長的紅外輻射的吸收特性，進行分子結構和化學組成分析的儀器。紅外光譜儀的工作原理是利用紅外線發射源，發射一段寬頻譜的紅外線光源，靠著特定物質對紅外線頻譜有吸收作用進而判斷該物質所含的成分，因此吸收頻譜的強弱是一個非常重要的判斷依據。
一般而言，紅外光譜儀發射的光源希望是平穩的光線(第1A圖中所圈出的部分)，因此每一個波段的光強度將會是一致的，使用者在作演算法的計算相對比較容易。然而，當光譜高低起伏變化極大時(第1B圖中所圈出的部分)，使用者則必須特別花心思重新校正每一個波段的光強度使其歸一化，此過程非常複雜，且極容易出錯。
因此，當發射源的光譜波形高低起伏落差極大時，將很容易導致錯誤的判讀。
因此，如何對現有的紅外光譜儀進行改進，以提高分析精度，實為本領域極待解決的技術問題。
基於上述問題，本發明提供了一種紅外光譜儀進行改進，以提高分析精度。
為達成上述目的，本發明提供一種紅外光譜儀，包括光源、透鏡陣列及衰減陣列。光源用於發出紅外線。透鏡陣列包括多個以陣列排序的透鏡單元。衰減陣列包括多個以陣列排序衰減單元，衰減單元能夠吸收或反射具有第一指定波長的紅外線，多個衰減單元具有至少兩個不同的厚度。其中，透鏡陣列位於光源與衰減陣列之間，紅外線依次穿透透鏡陣列和衰減陣列。
根據一實施例，還包括濾鏡陣列，其包括多個以陣列排序濾鏡單元；濾鏡陣列和衰減陣列位於透鏡陣列的同一側。
根據一實施例，濾鏡單元允許具有第二指定波長的紅外線穿過。
根據一實施例，衰減單元和濾鏡單元的材料選自TiO、TiO2、Ti2O3、Ti3O5、Ti4O7、Al2O3、MgF2、SiO2、CeO2、HfO2、Pr2O3、Sc2O3、Tb2O3、Nb2O5、Ta2O5、Y2O3、ZnO、ZnO2中的一種或多種。
根據一實施例，衰減單元為衰減性濾鏡。濾鏡單元為帶通濾鏡。
根據一實施例，還包括第一承載機構，用於承載衰減陣列及/或濾鏡陣列。
根據一實施例，第一承載機構包括相對的第一表面和第二表
面，衰減陣列和濾鏡陣列均位於第一表面或第二表面；或者，衰減陣列位於第一表面和第二表面的其中一表面，濾鏡陣列位於第一表面和第二表面的其中另一表面。
根據一實施例，衰減陣列及/或濾鏡陣列的數量為多層，其位於第一表面及/或第二表面。
根據一實施例，第一承載機構為玻璃基板。
根據一實施例，紅外光譜儀還包括多個陣列排序的第二承載機構，用於承載衰減陣列及/或濾鏡陣列。
根據一實施例，第二承載機構為光線接收器，第二承載機構包括相對的第三表面和第四表面，衰減陣列和濾鏡陣列均位於第三表面或第四表面；或者，衰減陣列位於第三表面和第四表面的其中一表面，濾鏡陣列位於第三表面和第四表面的其中另一表面。
根據一實施例，紅外光譜儀還包括第一承載機構和第二承載機構，第一承載機構為玻璃基板，第二承載機構為光線接收器，第一承載機構和第二承載機構的其中之一用於承載衰減陣列，第一承載機構和第二承載機構的其中另一用於承載濾鏡陣列。
根據一實施例，第二承載機構相比於第一承載機構靠近光源。
根據一實施例，濾鏡單元的材料包括第一折射材料和第二折射材料，濾鏡單元包括第一厚度單元、第二厚度單元及第三厚度單元，第一厚度單元包括成對堆疊的第一材料層和第二材料層，第一材料層和第二材料層的折射率不同；第二厚度單元包括成對堆疊的第三材料層和第四材
料層，第三材料層的厚度大於第四材料層的厚度，第三材料層的折射率小於第四材料層的折射率；第三厚度單元包括成對堆疊的第五材料層和第六材料層，第五材料層和第六材料層的折射率不同；第一厚度單元的厚度大於第二厚度單元的厚度，第二厚度單元的厚度大於第三厚度單元的厚度。
根據一實施例，第一材料層、第三材料層及第五材料層的材料相同，第二材料層、第四材料層及第六材料層的材料相同。
根據一實施例，第一材料層和第二材料層、第三材料層和第四材料層及第五材料層和第六材料層均為多對。
本發明相較於現有技術的有益效果在於：本發明的紅外光譜儀在使用過程中，由光源發射一段寬頻譜的紅外線，經過透鏡陣列匯聚，調控光線集中程度，隨後穿過衰減陣列。由於衰減單元具有至少兩個不同的厚度，較厚部分對於光強度的吸收或反射的程度較大，較薄部分對於光強度的吸收或反射的程度較小。因此，當光源所發射的光譜的波形落差極大時，通過不同厚度的衰減單元的吸收或反射，使得穿過的光的強度較為均勻，有利於實現均一化，從而提高分析精度。
1‧‧‧透鏡陣列
2‧‧‧孔洞濾片
3‧‧‧濾鏡陣列
10‧‧‧透鏡陣列
20‧‧‧衰減陣列
21‧‧‧衰減單元
30‧‧‧濾鏡陣列
31‧‧‧濾鏡單元
40‧‧‧第一承載機構
50‧‧‧第二承載機構
60‧‧‧孔洞濾片
311‧‧‧第一材料層
312‧‧‧第二材料層
313‧‧‧第三材料層
314‧‧‧第四材料層
315‧‧‧第五材料層
316‧‧‧第六材料層
A1‧‧‧第一厚度單元
A2‧‧‧第二厚度單元
A3‧‧‧第三厚度單元
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
S3‧‧‧第三表面
S4‧‧‧第四表面
第1A圖和第1B圖為紅外光譜儀發射的不同波長的光源的示意圖；第2圖為相關技術中的紅外光譜儀的分解示意圖；第3圖為根據本發明第一實施例的紅外光譜儀的分解示意圖；第4A圖至第4D圖分別為濾鏡陣列結構的不同實施例的示意圖；
第5圖為根據本發明第二實施例的紅外光譜儀的分解示意圖；第6圖為根據本發明第三實施例的紅外光譜儀的分解示意圖；第7圖為根據本發明第四實施例的紅外光譜儀的分解示意圖；第8圖為根據本發明第五實施例的紅外光譜儀的分解示意圖；第9圖為根據本發明一實施例的衰減單元的結構示意圖；第10圖為根據本發明一實施例的濾鏡單元的結構示意圖。
現在將參考圖式更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限於在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本發明更全面和完整，並將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。在圖中，為了清晰，可能誇大了區域和層的厚度。在圖中相同的圖式標號(元件符號)表示相同或類似的結構，因而將省略它們的詳細描述。
此外，所描述的特徵、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施例中。在下面的描述中，提供許多具體細節從而給出對本發明的實施例的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以實踐本發明的技術方案而沒有所述特定細節中的一個或更多，或者可以採用其它的方法、組成、材料等。在其它情況下，不詳細示出或描述公知結構、材料或者操作以避免模糊本發明的主要技術創意。
如第2圖所示，相關技術中提出一種紅外光譜儀，其包括透鏡陣列1、孔洞濾片2及濾鏡陣列3，孔洞濾片開設多個具有不同大小的孔
洞。光線依次穿過透鏡陣列1、孔洞濾片2及濾鏡陣列3。在經過孔洞濾片2時，利用不同大小的孔洞來控制光強度，以希望實現光強度一致化的目的。
然而，當光源所發射的光譜的波形落差極大時，上述相關技術對於光強度歸一化的改善非常有限。
為此，本發明提供一種紅外光譜儀，包括光源(未示出)、透鏡陣列10及衰減陣列20。光源用於發出紅外線。透鏡陣列10包括多個以陣列排序的透鏡單元11。衰減陣列20包括多個以陣列排序的衰減單元21，衰減單元21能夠吸收和反射具有第一指定波長的紅外線，從而通過吸收和反射的結合來達到使光衰減的目的，多個衰減單元21具有至少兩個不同的厚度。其中，透鏡陣列10位於光源與衰減陣列20之間，紅外線依次穿透透鏡陣列10和衰減陣列20。
其中，第一指定波長例如為在一指定範圍內的波長。本實施例中，透鏡陣列10及衰減陣列20均以3乘3排序，然而，其僅為示意性說明，其排序方式、數量不以此為限。
使用過程中，由光源發射一段寬頻譜的紅外線，經過透鏡陣列10匯聚，調控光線集中程度，隨後穿過衰減陣列20。由於衰減單元21具有至少兩個不同的厚度，較厚部分對於光強度的吸收或反射的程度較大，較薄部分對於光強度的吸收或反射的程度較小。因此，當光源所發射的光譜的波形落差極大時，通過不同厚度的衰減單元21的吸收或反射，使得穿過的光的強度較為均勻，有利於實現均一化，從而提高分析精度。本發明的一個方面還提供上述奈米複合螢光粉的製備方法，包括：以下，通過多個實施例，對紅外光譜儀的結構進行詳細說明。
第一實施例
如第3圖所示，本實施例中，紅外光譜儀還可包括濾鏡陣列30，其包括多個以陣列排序第一濾鏡單元31；濾鏡陣列30和衰減陣列20位於透鏡陣列10的同一側。
濾鏡單元31允許具有第二指定波長的紅外線穿過。其中，第二指定波長例如為在一指定範圍內的波長。
因此，通過衰減陣列20對於光線強度的吸收作用及濾鏡陣列30對於光線的透過作用，使得特定波長範圍的光以較均勻的強度穿過。
本實施例中，衰減單元21為衰減性(neutral density)濾光片。第一濾鏡單元31為帶通(band-pass)濾鏡。
本實施例中，如第3圖所示，還包括第一承載機構40，用於承載衰減陣列20及/或濾鏡陣列30。第一承載機構40可為玻璃基板。衰減單元21和濾鏡單元31均可設置於第一承載機構40的表面。
第一承載機構40包括相對的第一表面S1和第二表面S2，如第4A圖所示，衰減陣列20和濾鏡陣列30均位於第一表面S1或第二表面S2。如第4B圖所示，衰減陣列20位於第一表面S1，濾鏡陣列30位於第二表面S2。或者，衰減陣列20及/或濾鏡陣列30的數量可為多層，其位於第一表面S1及/或第二表面S2，如第4C圖、第4D圖所示。
本實施例中，衰減單元21和濾鏡單元31的材料可選自TiO、TiO2,Ti2O3、Ti3O5、Ti4O7、Al2O3、MgF2、SiO2、CeO2、HfO2、Pr2O3、Sc2O3、Tb2O3、Nb2O5、Ta2O5、Y2O3、ZnO、ZnO2中的一種或多種。例如，TiO2與SiO2的組合。
其中，如第9圖所示，衰減單元21的材料包括成對堆疊的TiO2材料層與SiO2材料層，各材料的厚度相同，可根據需要選擇相應數量的材料層，以形成相應厚度的衰減單元21。衰減單元21可具有三個或更多不同的厚度，例如，各個衰減單元21可均不相同。衰減單元21的厚度可根據光強度的大小而不同，厚度例如在500μm以內。
本實施例中，濾鏡單元31也可具有至少兩個不同的厚度，從而針對多種指定波長，允許其穿透。
例如，如第10圖所示，濾鏡單元31的材料可包括第一折射材料和第二折射材料，濾鏡單元31包括第一厚度單元A1、第二厚度單元A2及第三厚度單元A3，第一厚度單元A1包括成對堆疊的第一材料層311和第二材料層312，第一材料層311和第二材料層312的折射率不同；第二厚度單元A2包括成對堆疊的第三材料層313和第四材料層314，第三材料層313的厚度大於第四材料層314的厚度，第三材料層313的折射率小於第四材料層314的折射率；第三厚度單元A3包括成對堆疊的第五材料層315和第六材料層316，第五材料層315和第六材料層316的折射率不同；第一厚度單元A1的厚度大於第二厚度單元A2的厚度，第二厚度單元A2的厚度大於第三厚度單元A3的厚度。
其中：第一材料層311、第三材料層313及第五材料層315的材料相同，第二材料層312、第四材料層314及第六材料層316的材料相同。
其中：第一材料層311和第二材料層312、第三材料層313和第四材料層314及第五材料層315和第六材料層316均為多對。
也就是說，在第一厚度單元A1中，使用厚度相對較厚且折
射率不同的兩種材料作為一對疊層，多對疊層疊加後，可適於具有較短波長的光線的穿透；在第二厚度單元A2中，使用折射率較低且厚度較厚的材質搭配折射率較高且厚度較薄的材質作為一對疊層，亦或使用折射率較高且厚度較厚的材質搭配折射率較低且厚度較厚的材質作為一對疊層；在第三厚度單元A3中，使用厚度相對較薄且折射率不同的兩種材料作為一對疊層，多對疊層疊加後，可適於具有較長波長的光線的穿透。
上述厚度單元的各層之間皆有干涉效應，各層可為鍍膜形式。
第二實施例
第5圖示出了本公開第二實施例，其與第一實施例的主要區別在於承載機構，以下僅對不同之處進行說明，二者相同的部分不再贅述。
本實施例中，還包括多個陣列排序的第二承載機構50，用於承載衰減陣列20及/或濾鏡陣列30。
其中：第二承載機構50為光線接收器，例如光電二極體(Photo-Diode)或光敏三極體(Phototransistor)。第二承載機構50包括相對的第三表面S3和第四表面S4，衰減陣列20和濾鏡陣列30均位於第三表面S3或第四表面S4；或者，衰減陣列20位於第三表面S3和第四表面S4的其中一表面，濾鏡陣列30位於第三表面S3和第四表面S4的其中另一表面。
第三實施例
第6圖示出了本公開第三實施例，其與第一實施例的主要區別在於承載機構，以下僅對不同之處進行說明，二者相同的部分不再贅述。
本實施例中，還包括第一承載機構40和第二承載機構50，第
一承載機構40為玻璃基板，第二承載機構50為光線接收器，第一承載機構40用於承載濾鏡陣列30，第二承載機構50用於承載衰減陣列20，第一承載機構40位於透鏡陣列10與衰減陣列20之間。
第四實施例
第7圖示出了本公開第四實施例，其與第三實施例的主要區別在於：第一承載機構40用於承載衰減陣列20，第二承載機構50用於承載第一濾鏡陣列30。
第五實施例
第8圖示出了本公開第五實施例，其包括透鏡陣列10、孔洞濾片60、第一濾鏡陣列30及第二承載機構50。第二承載機構50可為光線接收器。本實施例以孔洞濾片60代替衰減陣列20，通過孔洞濾片60上設置的大小不同的孔洞調控光強度，此結構主要適用於發射源的光譜波形高低起伏落差不大的情況。
綜上所述，本發明的紅外光譜儀在使用過程中，由光源發射一段寬頻譜的紅外線，經過透鏡陣列匯聚，調控光線集中程度，隨後穿過衰減陣列。由於衰減單元具有至少兩個不同的厚度，較厚部分對於光強度的吸收或反射的程度較大，較薄部分對於光強度的吸收或反射的程度較小。因此，當光源所發射的光譜的波形落差極大時，通過不同厚度的衰減單元的吸收或反射，使得穿過的光的強度較為均勻，有利於實現均一化，從而提高分析精度。
雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形
式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入申請專利範或其等效範圍內的全部變化和改型都應為隨附申請專利範所涵蓋。
Claims (14)
- 一種紅外光譜儀，包括：一光源，用於發出一紅外線；一透鏡陣列，包括以陣列排序的複數個透鏡單元；以及一衰減陣列，包括以陣列排序複數個衰減單元，該些衰減單元能夠吸收或反射具有一第一指定波長的紅外線，該些衰減單元具有至少兩個不同的厚度；其中，該透鏡陣列位於該光源與該衰減陣列之間，該紅外線依次穿透該透鏡陣列和該衰減陣列。
- 如請求項1所述的紅外光譜儀，其中：紅外光譜儀還包括一濾鏡陣列，其包括以陣列排序之複數個濾鏡單元；該濾鏡陣列和該衰減陣列位於該透鏡陣列的同一側。
- 如請求項2所述的紅外光譜儀，其中，該些濾鏡單元允許具有一第二指定波長的紅外線穿過。
- 如請求項3所述的紅外光譜儀，其中：該些衰減單元和該些濾鏡單元的材料選自TiO、TiO2、Ti2O3、Ti3O5、Ti4O7、Al2O3、MgF2、SiO2、CeO2、HfO2、Pr2O3、Sc2O3、Tb2O3、Nb2O5、Ta2O5、Y2O3、ZnO、ZnO2中的一種或多種。
- 如請求項3所述的紅外光譜儀，其中：該些衰減單元為衰減性濾鏡；該些濾鏡單元為帶通濾鏡。
- 如請求項5所述的紅外光譜儀，其中：紅外光譜儀還包括一第一承載機構，用於承載該衰減陣列及/或該濾鏡陣列。
- 如請求項6所述的紅外光譜儀，其中：該第一承載機構包括相對的一第一表面和一第二表面，該衰減陣列和該濾鏡陣列均位於該第一表面或該第二表面；或者，該衰減陣列位於該第一表面和該第二表面的其中一表面，該濾鏡陣列位於該第一表面和該第二表面的其中另一表面。
- 如請求項7所述的紅外光譜儀，其中：該衰減陣列及/或該濾鏡陣列的數量為多層，其位於該第一表面及/或該第二表面。
- 如請求項5所述的紅外光譜儀，其中：還包括陣列排序之複數個第二承載機構，用於承載該衰減陣列及/或該濾鏡陣列。
- 如請求項9所述的紅外光譜儀，其中：該些第二承載機構為光線接收器，該些第二承載機構包括相對的一第三表面和一第四表面，該衰減陣列和該濾鏡陣列均位於該第三表面或該第四表面；或者，該衰減陣列位於該第三表面和該第四表面的其中一表面，該濾鏡陣列位於該第三表面和該第四表面的其中另一表面。
- 如請求項5所述的紅外光譜儀，其中：還包括該第一承載機構和該第二承載機構，該第一承載機構為玻璃基板，該第二承載機構為光線接收器，該第一承載機構和該第二承載機構的其中之一用於承載該衰減陣列，該第一承載機構和該第二承載機構的其中另一用於承載該濾鏡陣列。
- 如請求項1所述的紅外光譜儀，其中：該些濾鏡單元的材料包括一第一折射材料和一第二折射材料，該些濾鏡單元包括一第一厚度單元、一第二厚度單元及一第三厚度單元，該第一厚度單元包括成對堆疊的一第一材料層和一第二材料層，該第一材料層和該第二材料層的折射率不同；該第二厚度單元包括成對堆疊的一第三材料層和一第四材料層，該第三材 料層的厚度大於該第四材料層的厚度，該第三材料層的折射率小於該第四材料層的折射率；該第三厚度單元包括成對堆疊的一第五材料層和一第六材料層，該第五材料層和該第六材料層的折射率不同；該第一厚度單元的厚度大於該第二厚度單元的厚度，該第二厚度單元的厚度大於該第三厚度單元的厚度。
- 如請求項12所述的紅外光譜儀，其中：該第一材料層、該第三材料層及該第五材料層的材料相同；該第二材料層、該第四材料層及該第六材料層的材料相同。
- 如請求項12所述的紅外光譜儀，其中：該第一材料層和該第二材料層、該第三材料層和該第四材料層及該第五材料層和該第六材料層均為多對。
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