[發明專利]光學頭及使用其的光學系統

有效

• 申請號: 201310432079.0
• 申請日: 2013-09-22
• 公開（公告）號: CN103728015A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 洪健翔
• 申請（專利權）人: 臺灣超微光學股份有限公司
• 主分類號: G01J1/04
• 分類號: G01J1/04;G01J3/02
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 許志勇

技術領域

本發明關于一種光學元件，特別是關于一種收光用的光學頭及使用其的光學系統。

背景技術

光譜儀（spectrometer）及照度儀（lux?meter）等光學系統已廣泛地應用于許多產業，包括：生物技術、環境科技、電子、食品/飲料、工業化學、材料及制藥等。而隨著光電技術的發展，光學系統有逐漸微型化的趨勢。相對于實驗室易損壞且需經常校準的傳統光學系統而言，微型化技術更使光學系統可以走出實驗室，成為可攜的泛用檢驗儀器，并產生各種創新的應用，如在居家、外出、田野調查、現場驗貨、產線驗料等場合里，檢驗血液、尿液、農藥殘留、水質、紫外線強度、水果甜度、假酒、偽鈔、偽藥、珠寶、空氣品質、料件色差、光電產品品質等等，其應用相當廣泛地涵蓋各個生活環節及產業領域。

上述光學系統通常具有收集散射光的光學頭以及量測光學頭所收集的散射光光的測光裝置。在照度計中，測光裝置可僅為一感光元件（photo?sensor），而在光譜儀中，測光裝置則利用光柵等技術將成分復雜的光分離為分色光（dispersed?light），并以感光元件將分色光轉為電信號以供使用者進行進一步的分析。光學頭所收集的光量可影響到光學系統整體的感度（sensitivity），因此需要一種較有效率的光學頭。目前的光學頭多僅使用余弦校正器（cosine?corrector），如此雖可使不同角度射入光學頭的入射光皆有實質上相同的穿透率（transmission?rate），但無法有效提高進入測光裝置的光線。

發明內容

實施例提供一種光學頭，用以接收一入射光，光學頭包含一穿透式余弦校正元件以及一反射元件（partial?reflector）。穿透式余弦校正元件配置于入射光的一光徑上（optical?path），入射光在射入穿透式余弦校正元件后被轉換為朗伯光形（Lambertian）的一散射光，且不同角度射入穿透式余弦校正元件的入射光對穿透式余弦校正元件具有實質上相同的穿透率。反射元件具有至少一光學輸出區與一反光區，反射元件朝向穿透式余弦校正元件配置，而穿透式余弦校正元件對反射元件遮蔽入射光，其中部分來自穿透式余弦校正元件的散射光射入光學輸出區，未射入光學輸出區的散射光則射入反光區，而射入反光區的散射光被反射至穿透式余弦校正元件及/或反光區的其他部分。

在此實施例中，其中至少一光學輸出區可為多個光學輸出區，而這些光學輸出區可相對于反射元件的中心軸對稱配置，這些光學輸出區的面積可實質上相同。此外，反射元件可為凹面鏡、具回反射結構的平面鏡、具回反射結構的凹面鏡、具擴散結構的平面或具擴散結構的凹面其中之一。另外，穿透式余弦校正元件上可配置有多個反射器，連接穿透式余弦校正元件，其朝向反射元件設置，且與穿透式余弦校正元件實質上共平面，將來自反射元件的散射光反射至光學輸出區及/或反光區。

另一實施例提供一種光學頭，用以接收一入射光，光學頭包含一反射式余弦校正元件、一反射元件以及一收光元件。反射式余弦校正元件具有一光學輸出區以及一反光散射區，反射式余弦校正元件配置于入射光的一光徑上。反射元件朝向反射式余弦校正元件設置，而收光元件配置于光學輸出區以接收來自反射式余弦校正元件的散射光，且收光元件的收光范圍在將來自反射式余弦校正元件的散射光反射至光學輸出區的部分的反射元件內。從另一角度來看，收光元件的收光范圍通過反射元件的映射會落在反射式余弦校正元件內。其中入射光射入反光散射區，并被反射式余弦校正元件轉換為朗伯光形的一散射光，而使不同角度射入反射式余弦校正元件的入射光對反射式余弦校正元件具有實質上相同的反射率，散射光入射反射元件及/或反光散射區的其他部分。

在此實施例中，反射式余弦校正元件可為平面或凹面，而反射元件可為凸面鏡、平面鏡、凹面鏡、具擴散結構的平面或具擴散結構的凹面其中之一。另外，光學頭更可包含一管狀反射壁，其環繞反射式余弦校正元件與反射元件，且形成一光通道使入射光通過光通道射入反射式余弦校正元件而提高入射光射入反射式余弦校正元件的比例。

在上述各實施例的光學頭中可有一快門裝置，用以控制散射光是否可通過光學輸出區。快門裝置可包含快門元件與致動元件，快門元件配置于光學輸出區處，而致動元件可控制快門元件是否使散射光通過。