TWM645160U - 拉曼量測裝置 - Google Patents

Abstract

一種拉曼量測裝置具有一殼體、一光學模組及一量測探頭，量測探頭和光學模組連接，光學模組設置於殼體內，量測探頭的一部分凸出於殼體外。量測探頭的一開放端輸出設置於光學模組內一雷射光源的出射光以及接收自一待測表面激發的拉曼散射光。量測探頭的軸向中心線和殼體的長度方向上的任一平行線夾一15度至50度的角度且量測探頭的開放端和待測表面之間的有效對焦距離為7mm至9mm。

Description

拉曼量測裝置

本創作是關於一種量測裝置，特別是關於一種拉曼量測裝置。

已知的拉曼光譜儀(Raman Spectrometer)是以雷射光投射在包含固體、液體及粉末的待測表面上，使待測表面激發出散射光，進而對散射光的拉曼光譜(Raman Spectra)進行量測。既有技術中，利用拉曼光譜儀對待測表面進行光譜量測時，是透過一探頭來進行遠端取樣。然而，利用拉曼光譜儀進行光譜量測時，量測的品質及效果會因為待測表面或表面底下所含物質的不同而有差異。本創作所欲解決的技術課題是如何將拉曼光譜儀的光譜量測原理應用在含有各種不同物質的表面例如塗層表面的量測上，以及如何獲致最佳的量測效果。

有鑒於上述問題，本創作提出一種新型的拉曼量測裝置，可對表面例如塗層表面進行拉曼光譜量測且能獲致最佳的量測效果。

一實施例中，所提出的拉曼量測裝置具有一殼體、一光學模組及一量測探頭。光學模組至少有一部分被包覆於殼體內，光學模組內設置有一雷射光源。量測探頭和光學模組連接，量測探頭之一部分凸出於殼體外，量測探頭的軸向中心線和殼體的長度方向上的任一平行線夾一第一角度。雷射光源的出射光自量測探頭的一開放端輸出而聚焦於一待測表面上，開放端和待測表面之間的有效對焦距離為7mm至9mm，第一角度介於5度至60度之間，且開放端還接收自待測表面激發的拉曼散射光。較佳地，第一角度為15度至50度。

一實施例中，所提出的拉曼量測裝置還包含一遮光罩，連接於殼體上，遮光罩在量測探頭的開放端的對面形成一擋牆，擋牆至開放端的距離大於開放端和待測表面之間的有效對焦距離。

一實施例中，光學模組及量測探頭組成一探頭裝置，探頭裝置被置放於殼體的一容置空間內且鎖固於殼體上。

一實施例中，光學模組沿著殼體的長度方向配置。

一實施例中，殼體內形成一傾斜面，傾斜面和量測探頭的軸向中心線平行。

一實施例中，殼體的傾斜面的兩側分別形成二支撐牆體，支撐牆體在垂直於殼體的長度方向的縱向方向上延伸而將光學模組置放於由傾斜面及支撐牆體包圍出的一容置空間內，各個支撐牆體上具有一通孔，通孔的貫通方向和支撐牆體的法線方向平行，通孔供一鎖固件穿過而將光學模組及量測探頭其中之一固定於殼體上。

一實施例中，所提出的拉曼量測裝置還包含一Ｌ字型固定座，具有相互垂直的一第一牆體及一第二牆體，第一牆體上具有一第一通孔，第二牆體上具有一第二通孔，第一通孔供量測探頭穿過，第二通孔供一鎖固件穿過而將第二牆體固定於傾斜面上。

一實施例中，量測探頭的軸向中心線和待測表面所在區域的法線方向夾一第二角度，第二角度和第一角度的總和為90度。

各實施例中，光學模組具有一光源模組、一分光模組及一聚焦模組。光源模組具有雷射光源，分光模組和光源模組耦接，聚焦模組和分光模組耦接。雷射光的出射光通過聚焦模組後聚焦於待測表面上。

綜上所述，利用本創作各實施例的拉曼量測裝置，待測表面所在區域的法線方向（正向垂直於待測表面所在區域的方向）和拉曼量測裝置的量測探頭的軸向中心線夾一第二角度，第二角度不為零度且和上述的第一角度的總和為90度，這使得拉曼量測裝置內部的雷射光自量測探頭出射後投射在待測表面上的面積變大，有助於量測探頭接收待測表面上的更多光學信號，且能降低量測探頭對於自待測表面本身或待測表面底下各種物質例如聚合物所激發的干擾光的接收，進而提升表面量測的準確度以及量測效率。實驗數據顯示這種傾斜式量測探頭對於任何表面尤其是塗層表面的量測可獲致良好的量測效果。

為讓本創作的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A係本創作第一實施例之拉曼量測裝置的整體立體示意圖。圖1B係本創作第一實施例之拉曼量測裝置的光學模組的組成示意圖。如圖1A及1B所示，一第一實施例中，拉曼量測裝置10具有一殼體11以及由一光學模組121及一量測探頭122組成的探頭裝置12，量測探頭122和光學模組121連接，光學模組121包覆於殼體11內（圖中以虛線表示）且較佳地沿著殼體11的長度方向（殼體11的三個維度方向中尺寸較大的方向）設置，量測探頭122的一部分凸出於殼體11外。光學模組121具有一光源模組1211、一分光模組1212及一聚焦模組1213，光源模組1211具有一雷射光源12111，分光模組1212和光源模組1211耦接，聚焦模組1213和分光模組1212耦接。光學模組121內部各模組之間的運作原理已為所屬技術領域的通常知識者所熟知，故不在此描述。雷射光源12111的出射光通過聚焦模組1213後自量測探頭122的一開放端1221輸出而聚焦於一待測表面T上，而自待測表面T激發的拉曼散射光再被量測探頭122的開放端1221接收。本實施例中，量測探頭122較佳為一圓形柱體且其軸向中心線(通過量測探頭的中心位置且和量測探頭的軸向平行的虛擬線)120和殼體11的長度方向上的任一平行線110（虛擬線，圖中以虛線表示）夾一第一角度Ɵ1，第一角度Ɵ1介於5度至60度之間，較佳為15度至50度，且開放端1221和待測表面T之間的有效對焦距離D1為7mm至9mm。

圖2A係本創作第二實施例之拉曼量測裝置的整體立體示意圖。圖2B係本創作第二實施例之拉曼量測裝置的量測探頭結合至一殼體的組合示意圖。圖2C係本創作第二實施例之拉曼量測裝置的殼體的立體示意圖。如圖2A及2B所示，一第二實施例中，拉曼量測裝置20仍然具有一殼體21以及由一光學模組221及一量測探頭222組成的探頭裝置22，量測探頭222和光學模組221連接，光學模組221的一部分包覆於殼體21內，量測探頭222的一部分凸出於殼體21外。本實施例中，光學模組221和第一實施例中的光學模組121具有相同的組成，不再贅述。同第一實施例，本實施例中的光學模組221內的雷射光源的出射光通過聚焦模組後自量測探頭222的一開放端2221輸出而聚焦於一待測表面T上，而自待測表面T激發的拉曼散射光再被量測探頭222的開放端2221接收。此外，量測探頭222較佳為一圓形柱體且其軸向中心線(通過量測探頭的中心位置且和量測探頭的軸向平行的虛擬線)220和殼體21的長度方向（殼體21的三個維度方向中尺寸較大的方向）上的任一平行線210夾一第一角度Ɵ1，第一角度Ɵ1介於5度至60度之間，較佳為15度至50度，且開放端2221和待測表面T之間的有效對焦距離D1為7mm至9mm。相比於第一實施例，如圖2B所示，本實施例的拉曼量測裝置20是將探頭裝置22以圖2B中箭頭所示方向結合至殼體21上而被置放於殼體21的一容置空間內，而如圖2A至2C所示，本實施例中的殼體21具有一傾斜面211，傾斜面211和量測探頭222的軸向中心線220平行，俾探頭裝置22和殼體21結合後，量測探頭222的的軸向中心線220和殼體21的長度方向上的任一平行線210夾上述第一角度Ɵ1，且光學模組221較佳地沿著殼體21的長度方向放置或配置。傾斜面211的兩側分別形成二在殼體21的縱向方向（和殼體21的長度方向垂直）上延伸的支撐牆體212及213而將傾斜面211夾於中間而得將光學模組221或者包含光學模組221及量測探頭222的整個探頭裝置22置放於由傾斜面211及支撐牆體212及213所包圍出的一容置空間內，支撐牆體212及213上分別具有一通孔214，通孔214的貫通方向和支撐牆體212及213的法線方向平行，各個通孔214供一鎖固件（圖未示）穿過而將光學模組221或量測探頭222固定於殼體21上。鎖固件可以是螺栓、螺絲或鉚釘，本創作不在此限。依此方式，在拉曼量測裝置20的初始使用前，使用者可利用傾斜面211滑動探頭裝置22來預先校正量測探頭222的開放端2221和待測表面T之間的有效對焦距離D1並待對焦距離D1校正好後再將探頭裝置22鎖固在殼體21上，或者，也可在拉曼量測裝置20使用一段時間後，重新校正對焦距離D1。本實施例中，只要支撐牆體212及213可以將整個探頭裝置22夾持在傾斜面211上，支撐牆體212及213的幾何形狀不在此限。

圖3A係本創作第三實施例之拉曼量測裝置的立體剖面示意圖。圖3B係圖3A中A區域的放大立體示意圖。如圖3A及3B所示，一第三實施例中，拉曼量測裝置30仍然具有一殼體31以及由一光學模組321、一量測探頭322及一光纖管323組成的探頭裝置32，量測探頭322和光學模組321連接，光學模組321包覆於殼體31內且較佳地沿著殼體31的長度方向（殼體31的三個維度方向中尺寸較大的方向）設置，量測探頭322的一部分凸出於殼體31外，光纖管323凸出於殼體31外而具有連接至一光學信號分析裝置例如是拉曼光譜分析儀的光纖。本實施例中，光學模組321和第一實施例中的光學模組121具有相同的組成，不再贅述。同第一及第二實施例，本實施例中的光學模組321內的雷射光源的出射光通過聚焦模組後自量測探頭322的一開放端3221輸出而聚焦於一待測表面T上，而自待測表面T激發的拉曼散射光再被量測探頭322的開放端3221接收。此外，本實施例的量測探頭322較佳為一圓形柱體且其軸向中心線(通過量測探頭322的中心位置且和量測探頭322的軸向平行的虛擬線)320和殼體31的長度方向上的任一平行線310夾一第一角度Ɵ1，第一角度Ɵ介於5度至60度之間，較佳為15度至50度，且開放端3221和待測表面T之間的有效對焦距離D1為7mm至9mm。相比於第二實施例，如圖3A及3B所示，本實施例中的殼體31依然具有一傾斜面311，傾斜面311和量測探頭322的軸向中心線320平行，俾探頭裝置32可以貼附在傾斜面311上而和殼體31結合，且量測探頭322的軸向中心線320和殼體31的長度方向上的任一平行線310夾上述第一角度Ɵ1。此外，如圖3A及3B所示，本實施例中的拉曼量測裝置30進一步具有一遮光罩313，其可以是連接於殼體31上的另一組件或者是和殼體31一體成形的一部分，遮光罩313在量測探頭322的開放端3221的對面形成一擋牆3131，擋牆3131至開放端3221的距離大於待測表面T和量測探頭322的開放端3221之間的有效對焦距離D1，俾外部環境光被擋牆3131阻擋在外而不會進入量測探頭322的和待測表面T之間的對焦範圍內，以避免對量測過程造成干擾。又，本實施例的拉曼量測裝置30還可以具有一Ｌ字型固定座33，具有相互垂直的一第一牆體331及一第二牆體332，第一牆體上331具有一第一通孔3311，第二牆體332上具有一第二通孔3321，第一通孔3311供量測探頭322穿過，第二通孔3321供一鎖固件80穿過而將第二牆體332固定於傾斜面311上。鎖固件80可以是螺栓、螺絲或鉚釘，本創作不在此限。相同於第二實施例，本實施例的拉曼量測裝置30在初始使用前，使用者可利用傾斜面311滑動探頭裝置32來預先校正量測探頭322的開放端3221和待測表面T之間的有效對焦距離D1並待對焦距離D1校正好後再將探頭裝置32鎖固在殼體31上，或者，也可在拉曼量測裝置30使用一段時間後，重新校正對焦距離D1。

綜上所述，利用本創作各實施例的拉曼量測裝置，待測表面T所在區域的法線方向（正向垂直於待測表面T所在區域的方向）和拉曼量測裝置的量測探頭的軸向中心線夾一第二角度，第二角度不為零度且和上述的第一角度的總和為90度，這使得拉曼量測裝置內部的雷射光自量測探頭出射後投射在待測表面T上的面積變大，有助於量測探頭接收待測表面T上的更多光學信號，且因自待測表面本身或待測表面底下各種物質例如聚合物(polymer)所激發或散射的干擾光並非正對量測探頭，因而可降低量測探頭對於這些干擾光的接收，進而提升表面量測的準確度以及量測效率。各實施例的待測表面T例如是一塗層表面。實驗數據顯示這種傾斜式量測探頭對於任何表面尤其是塗層表面的量測可獲致良好的量測效果。此外，上述各實施例中，儘管量測探頭122、222及322較佳為圓形柱體，但其他實施例中也可以是其他形狀的柱體，只要這些量測探頭的軸向中心線和殼體的長度方向上的任一平行線夾一角度而使得待測表面T所在區域的法線方向（正向垂直於待測表面T所在區域的方向）和拉曼量測裝置的量測探頭的軸向中心線之間存在一非零度傾角，本創作不在此限制量測探頭的形狀。

本創作的各種實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作的精神和範圍內，當可作些許的更動和潤飾，故本創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10, 20, 30:拉曼量測裝置 11, 21, 31:殼體 110, 210, 310:殼體的長度方向上的平行線 12, 22, 32:探頭裝置 120, 220, 320:軸向中心線 121, 221, 321:光學模組 1211:光源模組 12111:雷射光源 1212:分光模組 1213:聚焦模組 122, 222, 322:量測探頭 1221, 2221, 3221:開放端 211, 311:傾斜面 212, 213:支撐牆體 214:通孔 313:遮光罩 3131:擋牆 323:光纖管 33:L字型固定座 331:第一牆體 3311:第一通孔 332:第二牆體 3321:第二通孔 80:鎖固件 T:待測表面 Ɵ1:第一角度 D1:有效對焦距離

圖1A係本創作第一實施例之拉曼量測裝置的整體立體示意圖。 圖1B係本創作第一實施例之拉曼量測裝置的光學模組的組成示意圖。 圖2A係本創作第二實施例之拉曼量測裝置的整體立體示意圖。 圖2B係本創作第二實施例之拉曼量測裝置的量測探頭結合至一殼體的組合示意圖。 圖2C係本創作第二實施例之拉曼量測裝置的殼體的立體示意圖。 圖3A係本創作第三實施例之拉曼量測裝置的立體剖面示意圖。 圖3B係圖3A中A區域的放大立體示意圖。

311:傾斜面

313:遮光罩

3131:擋牆

322:量測探頭

3221:開放端

33:L字型固定座

331:第一牆體

3311:第一通孔

332:第二牆體

3321:第二通孔

80:鎖固件

T:待測表面

D1:有效對焦距離

Claims (10)

1. 一種拉曼量測裝置，包含： 一殼體； 一光學模組，至少有一部分被包覆於該殼體內，一雷射光源設置於該光學模組內；及 一量測探頭，和該光學模組連接，該量測探頭之一部分凸出於該殼體外，該量測探頭的軸向中心線和該殼體的長度方向上的任一平行線夾一第一角度； 其中，該雷射光源的出射光自該量測探頭的一開放端輸出而聚焦於一待測表面上，該開放端和該待測表面之間的有效對焦距離為7mm至9mm，該第一角度介於5度至60度之間，且該開放端還接收自該待測表面激發的拉曼散射光。
2. 如請求項1的拉曼量測裝置，其中該第一角度為15度至50度。
3. 如請求項1的拉曼量測裝置，更包含： 一遮光罩，連接於該殼體上，該遮光罩在該量測探頭的該開放端的對面形成一擋牆，該擋牆至該開放端的距離大於該有效對焦距離。
4. 如請求項1的拉曼量測裝置，其中該光學模組及該量測探頭組成一探頭裝置，該探頭裝置被置放於該殼體的一容置空間內且鎖固於該殼體上。
5. 如請求項1的拉曼量測裝置，其中該光學模組沿著該殼體的該長度方向配置。
6. 如請求項1的拉曼量測裝置，其中該殼體內形成一傾斜面，該傾斜面和該量測探頭的該軸向中心線平行。
7. 如請求項6的拉曼量測裝置，其中該傾斜面的兩側分別形成二支撐牆體，該些支撐牆體在垂直於該殼體的該長度方向的縱向方向上延伸而將該光學模組置放於由該傾斜面及該些支撐牆體包圍出的一容置空間內，各個該些支撐牆體上具有一通孔，該通孔的貫通方向和該些支撐牆體的法線方向平行，該通孔供一鎖固件穿過而將該光學模組及該量測探頭其中之一固定於該殼體上。
8. 如請求項6的拉曼量測裝置，更包含： 一Ｌ字型固定座，具有相互垂直的一第一牆體及一第二牆體，該第一牆體上具有一第一通孔，該第二牆體上具有一第二通孔，該第一通孔供該量測探頭穿過，該第二通孔供一鎖固件穿過而將該第二牆體固定於該傾斜面上。
9. 如請求項1的拉曼量測裝置，其中該量測探頭的該軸向中心線和該待測表面所在區域的法線方向夾一第二角度，該第二角度和該第一角度的總和為90度。
10. 如請求項1至9中任一項的拉曼量測裝置，其中該光學模組包含： 一光源模組，具有該雷射光源； 一分光模組，和該光源模組耦接；及 一聚焦模組，和該分光模組耦接，該雷射光的該出射光通過該聚焦模組後聚焦於該待測表面上。