一种光学检测系统
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202410420259.5 | 申请日 | 2024-04-09 |
| 公开(公告)号 | CN118190885A | 公开(公告)日 | 2024-06-14 |
| 申请人 | 苏州纬旭智能装备有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 陈守恒; | 第一发明人 | 陈守恒 |
| 权利人 | 苏州纬旭智能装备有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 苏州纬旭智能装备有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：江苏省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：江苏省苏州市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：江苏省苏州市高新区五台山路189号5幢5楼 | 邮编 | 当前专利权人邮编：215000 |
| 主IPC国际分类 | G01N21/63 | 所有IPC国际分类 | G01N21/63 ; G01N21/64 ; G01N21/88 ; G01N21/01 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京超凡宏宇知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 杨萌; |
| 摘要 | 本 发明 涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种光学检测系统。该系统包括 光源 、第一旋转棱镜装置、载物平台和识别装置；第一旋转棱镜装置包括可旋转的第一棱镜；载物平台用于承载待检测样本；光源发出的光经过第一棱镜照射到待检测样本上；识别装置用于对待检测样本被激发后的光进行识别分析。上述结构中，可旋转的第一棱镜能够对光源发出的光进行 角 度的变化，使光线可进行单一轴向高速扫描，从而以线扫描的模式对待检测样本进行扫描。采用可旋转的第一棱镜的扫描方式能够维持光源的特性,不会去分化光源强度以及后续激发光的品质；并且，扫描的角度范围更大且扫描速度更高，能够提高系统的检测范围及检测效率。 | ||
| 权利要求 | 1.一种光学检测系统，其特征在于，包括光源(1)、第一旋转棱镜装置(3)、载物平台(7)和识别装置(8)； |
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| 说明书全文 | 一种光学检测系统技术领域[0001] 本发明涉及光学检测技术领域，尤其是涉及一种光学检测系统。 背景技术[0002] 光学检测系统能够通过检测物质被激发后的光，来判断物质的形态。有些光学检测系统利用2D振镜改变光线的传播方向，来实现不同程度的光线弯曲，从而满足光线在一定范围内角度的扫描。 发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种光学检测系统，以解决现有的光学检测系统存在的检测范围小及检测效果低的技术问题。 [0005] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案： [0007] 所述第一旋转棱镜装置包括可旋转的第一棱镜；所述载物平台用于承载待检测样本；所述光源发出的光经过所述第一棱镜照射到所述待检测样本上；所述识别装置用于对所述待检测样本被激发后的光进行识别分析。 [0008] 进一步地，还包括光斑整形装置，所述光斑整形装置设置于所述光源和所述第一旋转棱镜装置之间，包括依次设置于所述光源的光线路径上的第一透镜、第一狭缝过滤片和第二透镜。 [0009] 进一步地，还包括F‑θ透镜，所述F‑θ透镜设置于所述光源的光线路径上且位于所述第一棱镜的下游。 [0010] 进一步地，还包括第一分光片和/或聚焦物镜，所述第一分光片和/或所述聚焦物镜设置于所述光源的光线路径上且位于所述第一棱镜和所述载物平台之间。 [0011] 进一步地，所述识别装置包括第二分光片，所述第二分光片将所述待检测样本被激发后的光分为第一光束和第二光束； [0012] 所述识别装置包括第一识别通道和第二识别通道，其中：所述第一识别通道用于接收并识别所述第一光束；所述第二识别通道用于接收并识别所述第二光束。 [0013] 进一步地，所述第一识别通道包括光谱仪。 [0014] 进一步地，所述第一识别通道还包括第二狭缝过滤片，所述第二狭缝过滤片设置于第一光束的路径上且位于所述第二分光片和所述光谱仪之间。 [0015] 进一步地，所述第二识别通道包括扫描相机。 [0016] 进一步地，所述第二识别通道还包括过滤片，所述过滤片设置于所述第二光束的路径上且位于所述第二分光片和所述扫描相机之间。 [0017] 进一步地，所述第二识别通道还包括旋转器，所述旋转器用于驱动所述过滤片旋转。 [0018] 进一步地，所述载物平台可在平面内沿任意方向移动； [0019] 或，所述第一棱镜具有两个相互垂直的旋转轴线； [0020] 或，所述光学检测系统还包括第二旋转棱镜装置，所述第二旋转棱镜装置设置在所述第一旋转棱镜装置的下游，其包括可旋转的第二棱镜；所述第一棱镜具有一个旋转轴线，且所述第一棱镜的旋转轴线和所述第二棱镜的旋转轴线相垂直。 [0021] 本发明的有益效果： [0022] 本发明提供的光学检测系统，包括光源、第一旋转棱镜装置、载物平台和识别装置；第一旋转棱镜装置包括可旋转的第一棱镜；载物平台用于承载待检测样本；光源发出的光经过第一棱镜照射到待检测样本的表面上；识别装置用于对待检测样本被激发后的光进行识别分析。上述结构中，可旋转的第一棱镜能够对光源发出的光进行角度的变化，使光线可进行单一轴向高速扫描，从而以线扫描的模式对待检测样本进行扫描。相比使用振镜转换光线的扫描方式，采用可旋转的第一棱镜的扫描方式能够维持光源的特性,不会去分化光源强度以及后续激发光的品质；并且，扫描的角度范围更大且扫描速度更高，能够提高系统的检测范围及检测效率。附图说明 [0023] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。 [0024] 图1为本发明实施例一提供的光学检测系统的结构示意图； [0025] 图2为本发明实施例一提供的第一棱镜的一种结构示意图； [0026] 图3为本发明实施例四提供的光学检测系统的结构示意图； [0027] 图4为本发明实施例五提供的第一旋转棱镜装置、第二旋转棱镜装置和驱动组件的连接结构示意图； [0028] 图5为图4在A‑A处的剖视图； [0029] 图6为本发明实施例五提供的第一旋转棱镜装置、第二旋转棱镜装置和驱动组件当第一棱镜和第一传动轴连接时的结构示意图； [0030] 图7为本发明实施例五提供的第一旋转棱镜装置、第二旋转棱镜装置和驱动组件当第二棱镜和第二传动轴连接时的结构示意图。 [0031] 图标： [0032] 1‑光源； [0033] 2‑光斑整形装置；21‑第一透镜；22‑第一狭缝过滤片；23‑第二透镜； [0034] 3‑第一旋转棱镜装置；31‑第一棱镜； [0035] 4‑F‑θ透镜； [0036] 5‑第一分光片； [0037] 6‑聚焦物镜； [0038] 7‑载物平台； [0039] 8‑识别装置；81‑第二分光片；82‑第二狭缝过滤片；83‑光谱仪；84‑旋转器；85‑过滤片；86‑扫描相机； [0040] 9‑第二旋转棱镜装置；91‑第二棱镜；92‑第三驱动源； [0041] 10‑驱动组件；101‑第四驱动源；102‑主动轮；103‑第一从动轮；104‑第二从动轮；105‑旋转板；1051‑弧形齿；106‑第一传动轴；107‑第二传动轴；108‑齿条；109‑第五驱动源； 1010‑锥形齿轮；1011‑齿轮。 具体实施方式[0042] 下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0043] 需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0044] 需要说明的是，在本发明的描述中，术语“连接”和“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介相连；可以是机械连接，也可以是电连接。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发明中的具体含义。 [0045] 实施例一 [0046] 现有的光学检测系统利用振镜进行光线扫描，由于振镜的光线投射角度能达到的调整范围有限，且扫描速度较低，导致系统存在检测范围小及检测效率低的缺陷。 [0047] 基于此，本发明实施例一提供了一种光学检测系统，参照图1，该系统包括光源1、第一旋转棱镜装置3、载物平台7和识别装置8； [0048] 第一旋转棱镜装置3包括可旋转的第一棱镜31；载物平台7用于承载待检测样本；光源1发出的光经过第一棱镜31照射到待检测样本的表面上；识别装置8用于对待检测样本被激发后的光进行识别分析。 [0049] 上述结构中，可旋转的第一棱镜31能够对光源1发出的光进行角度的变化,使光线可进行单一轴向高速扫描，从而以线扫描的模式对待检测样本进行扫描。相比使用振镜转换光线的扫描方式，采用可旋转的第一棱镜31的扫描方式能够维持光源的特性,不会去分化光源强度以及后续激发光的品质；并且，扫描的角度范围更大且扫描速度更高，从而能够提高系统的检测范围及检测效率。 [0050] 可选地，第一棱镜31为多面体形式，其可为棱柱状、棱锥状或其他不规则棱形；例如，第一棱镜31可为四面体、五面体、八面体等形状。 [0051] 参照图2，作为一个具体的示例，第一棱镜31可以为菱形柱状或菱形多面体的结构。 [0052] 本发明提供的光学检测系统可应用于有机材料、细胞、生物等样本的检测，例如，本发明提供的光学检测系统可应用于缺陷检测仪或荧光检测仪等仪器。工作时，识别装置8能够对待检测样本被激发后的光进行识别分析，以获取样本的形态和特性，从而能够判断样本的品质。 [0053] 在上述结构的基础上，第一旋转棱镜装置3还包括用于驱动第一棱镜31旋转的第一驱动源。所述第一驱动源可以为电机，电机的输出轴可直接连接或通过齿轮、连杆等结构间接连接于第一棱镜31；当电机工作时，电机的输出轴能够驱动第一棱镜31围绕第一棱镜31的旋转轴线往复转动，使光线可进行单一轴向高速扫描。 [0054] 继续参照图1，该光学检测系统还包括光斑整形装置2，光斑整形装置2设置于光源1和第一旋转棱镜装置3之间，包括依次设置于光源1的光线路径上的第一透镜21、第一狭缝过滤片22和第二透镜23。 [0055] 上述结构中，光斑整形装置2对应主光学波段涵盖激发物质的波长，工作时，光源1发出的光依次经过第一透镜21、第一狭缝过滤片22和第二透镜23；光斑整形装置2将光源整形及扩束，以提供良好光斑品质。 [0056] 进一步地，该光学检测系统还包括F‑θ透镜4，F‑θ透镜4设置于光源1的光线路径上且位于第一棱镜31的下游。F‑θ透镜4在第一棱镜31在扫描的过程中,能够确保光斑大小的一致性以及确保焦点共面。 [0057] 进一步地，该光学检测系统还包括第一分光片5和/或聚焦物镜6，第一分光片5和/或聚焦物镜6设置于光源1的光线路径上且位于第一棱镜31和载物平台7之间。 [0058] 本实施例中，光学检测系统包括第一分光片5和聚焦物镜6，第一分光片5和聚焦物镜6沿光源1的光线路径依次设置。 [0059] 上述结构中，第一分光片5为波长方光片,其允许特定波长以上的光线通过，特定波长以下的光线将反射,反射光将形成入射光扫照射在待检测样本的表面上，待检测样本的表面将入射光吸收后,产生高于入射光波长的激发光(可为光致发光或萤光)，所述激发光能够穿透第一分光片5进入识别装置8。第一分光片5的设置，一方面，能够对照射在待检测样本上的入射光进行筛选；另一方面，能够改变光线的角度，使整个系统的布局更加合理、紧凑。 [0061] 继续参照图1，识别装置8包括第二分光片81，第二分光片81将待检测样本被激发后的光分为第一光束和第二光束； [0062] 识别装置8包括第一识别通道和第二识别通道，其中：第一识别通道用于接收并识别第一光束；第二识别通道用于接收并识别第二光束。 [0063] 上述结构中，第二分光片81为波长方光片,其允许特定波长以上的光线通过，特定波长以下的光线将反射,其中：通过第二分光片81的光线形成第一光束，第一光束进入第一识别通道内；由第二分光片81反射的光线形成第二光束，第二光束进入第二识别通道内。本实施例中，第二分光片81将待检测样本被激发后的光按照设定的波长阈值分为两种光束，通过两个识别通道分别对两种光束进行精准地识别分析，可几乎同时得到双通道的识别分析结果，从而能够提升系统的检测效率和检测精度。 [0064] 进一步地，第一识别通道包括第二狭缝过滤片82和光谱仪83，其中：第二狭缝过滤片82设置于第一光束的路径上且位于第二分光片81和光谱仪83之间，其能够有效减小光的散射和干扰，提高光谱仪83的识别精度；光谱仪83用于对第一光束进行光谱数据的分析。 [0065] 进一步地，第二识别通道包括过滤片85和扫描相机86，其中：过滤片85设置于第二光束的路径上且位于第二分光片81和扫描相机86之间，其用于根据激发光的波长特性进行筛选；扫描相机86可为面阵相机或线阵相机，其能够将得到的激发光进行影像资讯输出。通过对扫描相机86输出的图像或影像进行设别分析，能够得到待检测样本的形态及表面质量。 [0066] 在上述结构的基础上，第二识别通道还包括旋转器84，旋转器84用于驱动过滤片85旋转。旋转器84的设置，使得过滤片85能够根据使用需求进行旋转，针对特定光波段进行切换，使系统能够快速应用在多种激发光谱的需求上，以提高系统的适配度。 [0067] 本发明将相机与光谱仪进行共轴设计,可得到双通道的资讯，其中：相机通道可进行高速的线扫描模式，得到光致发光或萤光的光强讯号分析；光谱仪通道可以进行光谱讯号分析，得到光波长的分布与半高全宽资讯。 [0068] 实施例二 [0069] 本实施例提供了一种光学检测系统，本实施例提供的光学检测系统是在实施例一的基础上进行的扩展方案。 [0070] 本实施例中，载物平台7可在平面内沿任意方向移动。示例性地，载物平台7安装在XY轴移动导轨(即十字形移动导轨)上，载物平台7可沿X轴方向和Y轴方向移动，使线激光能够对待检测样本进行全面的扫描。 [0071] 实施例三 [0072] 本实施例提供了一种光学检测系统，本实施例提供的光学检测系统是在实施例一的基础上进行的扩展方案。 [0073] 本实施例中，第一棱镜31具有两个相互垂直的旋转轴线，第一旋转棱镜装置3还包括用于驱动第一棱镜31旋转的第二驱动源，第一驱动源和第二驱动源分别用于驱动第一棱镜31围绕两个旋转轴线旋转，使线激光能够对待检测样本进行全面的扫描。示例性地，参照图1，其中一个旋转轴线位于第一棱镜31的中心且垂直于纸面，另一个旋转轴线位于第一棱镜31的一侧且平行于纸面，通过使第一棱镜31围绕两个相互垂直的旋转轴线旋转，将线激光转化为面激光，从而能够对待检测样本进行全面的扫描。 [0074] 具体地，第一驱动源和第一棱镜31装设在一安装座上，第二驱动源能够驱动所述安装座旋转，从而，第一驱动源能够驱动第一棱镜31围绕第一旋转轴线转动，第二驱动源能够驱动安装座、第一驱动源和第一棱镜31围绕第二旋转轴线转动；其中，第一旋转轴和第二旋转轴相垂直。 [0075] 实施例四 [0076] 本实施例提供了一种光学检测系统，本实施例提供的光学检测系统是在实施例一的基础上进行的又一扩展方案。 [0077] 参照图3，本实施例提供的光学检测系统还包括第二旋转棱镜装置9，第二旋转棱镜装置9设置在第一旋转棱镜装置3的下游(具体在第一旋转棱镜装置3和F‑θ透镜4之间)，其包括第二棱镜91和用于驱动第二棱镜91旋转的第三驱动源92。本实施例中，第一棱镜31具有一个旋转轴线，且第一棱镜31的旋转轴线和第二棱镜91的旋转轴线相垂直，通过第一棱镜31和第二棱镜91将线激光转化为面激光，从而能够对待检测样本进行全面的扫描。 [0078] 上述结构中，第三驱动源92可以为电机，电机的输出轴连接于第二棱镜91。 [0079] 采用两个可旋转的棱镜来改变光的传播方向，能够显著提高光线角度的调节范围，且调节起来更加方便、准确，使系统具有检测范围大、使用灵活以及可控性高的优势。 [0080] 实施例五 [0081] 本实施例提供了一种光学检测系统，本实施例提供的光学检测系统是在实施例四的基础上进行的扩展方案。 [0082] 参照图4，本实施例中的光学检测系统还包括驱动组件10，驱动组件10包括第四驱动源101、旋转板105、第一传动轴106和第二传动轴107，其中： [0083] 第四驱动源101可以为电机，第四驱动源101的输出轴分别与第一传动轴106和第二传动轴107连接，能够带动第一传动轴106和第二传动轴107旋转； [0084] 第一传动轴106的一端转动连接于旋转板105，另一端能够连接于第一棱镜31； [0085] 第二传动轴107的一端转动连接于旋转板105，另一端能够连接于第二棱镜91； [0086] 旋转板105套设在第四驱动源101的输出轴上，且能够围绕第四驱动源101的输出轴旋转；旋转板105的两端分别连接于第一传动轴106和第二传动轴107，进而能够带动第一传动轴106和第二传动轴107围绕第四驱动源101的输出轴旋转，以改变第一传动轴106与第一棱镜31的连接状态和第二传动轴107与第二棱镜91的连接状态。 [0087] 当第一传动轴106与第一棱镜31连接时，第二传动轴107与第二棱镜91的连接断开，当第二传动轴107与第二棱镜91连接时，第一传动轴106与第一棱镜31的连接断开，使得第一棱镜31和第二棱镜91能够通过同一个驱动源驱动，并能够交替旋转，从而能够对待检测样本进行全面的扫描。 [0088] 在上述结构的基础上，驱动组件10还包括主动轮102、第一从动轮103和第二从动轮104，其中： [0089] 主动轮102套设在第四驱动源101的输出轴上，并与第四驱动源101的输出轴固定连接；主动轮102分别与第一从动轮103和第二从动轮104连接，连接方式可以为齿啮合或皮带连接； [0090] 第一传动轴106远离第一棱镜31的一端固定连接于第一从动轮103，第二传动轴107远离第二棱镜91的一端固定连接于第二从动轮104。 [0092] 参照图5，驱动组件10还包括齿条108和用于驱动齿条108往复移动的第五驱动源109，其中：旋转板105上设置有弧形齿1051，齿条108与弧形齿1051相啮合，齿条108往复移动的过程中，能够带动旋转板105旋转；第五驱动源109可以为气缸，气缸的活塞杆端部连接于齿条108。 [0093] 参照图6，第一棱镜31的旋转轴端部和第一传动轴106的端部分别设置一锥形齿轮1010，通过锥形齿轮1010能够改变力的传动方向。本实施例中，当气缸活塞杆缩回时，旋转板105顺时针旋转，第一棱镜31的旋转轴端部的锥形齿轮1010和第一传动轴106的端部的锥形齿轮1010相啮合，此时，第一传动轴106和第一棱镜31相连接，第二传动轴107和第二棱镜 91的连接断开，第四驱动源101能够驱动第一棱镜31旋转，但无法驱动第二棱镜91旋转。 [0094] 参照图7，第二棱镜91的旋转轴端部和第二传动轴107的端部分别设置一齿轮1011。本实施例中，当气缸活塞杆伸出时，旋转板105逆时针旋转，第二棱镜91的旋转轴端部的齿轮1011和第二传动轴107的端部的齿轮1011相啮合，此时，第二传动轴107和第二棱镜 91相连接，第一传动轴106和第一棱镜31的连接断开，第四驱动源101能够驱动第二棱镜91旋转，但无法驱动第一棱镜31旋转。 [0095] 进一步地，第一棱镜31的旋转轴和第二棱镜91的旋转轴上分别设置有抱紧结构，以防止第一棱镜31和第一传动轴106断开后以及第二棱镜91和第二传动轴107断开后，第一棱镜31和第二棱镜91在惯性作用下旋转。可选地，抱紧结构可以为橡胶块；以第一棱镜31和第一传动轴106的连接方式为例，橡胶块由气缸驱动，当两个锥形齿轮1010啮合时，橡胶块在气缸的驱动下与第一棱镜31的旋转轴间隔设置；当两个锥形齿轮1010分开时，橡胶块在气缸的驱动下抵接在第一棱镜31的旋转轴的周面上。第二棱镜91和第二传动轴107的结构同上，在此不再赘述。 [0096] 为了确保两个锥形齿轮1010和两个齿轮1011能够顺利啮合，锥形齿轮1010和齿轮1011的齿形大致呈三角形，三角形的尖端圆弧过渡。 [0097] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。 |
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