专利名称：球面布局的光斑位置恒定的发光二极管光源结构的制作方法
技术领域：
本发明属于近红外光谱分析用光源的技术领域，特别涉及一种球面布局的光 斑位置恒定的发光二极管光源。
背景技术：
光源系统是光谱仪器中最重要的部分。无论是应用于现场分析的滤光片型近 红外光谱仪，还是应用于实验室的高档FT-NIR光谱仪，它们一般均采用钨灯作 为仪器的光源。钨灯作为光源的主要优点是其辐射的光谱可以覆盖整个可见至近 红外区域，并且是连续光谱，这为色散型和傅立叶变换型近红外光谱仪实现连续 扫描，以及得到比较高的分辨率提供了可能。但是钨灯作为光源也有着诸多的缺 点，例如功耗太大、发热量高、使用寿命短、光学元器件与钨灯间需要有效的隔 热或散热装置等等，釆用钨灯作光源的仪器光学部分结构比较复杂，并且仪器体 积大，重量重，因此，钨灯不适合便携式仪器作为光源使用。
近年来，随着半导体工艺的不断发展和逐渐成熟，髙亮、超高亮发光二极管 (LED)开始大规模生产，使得人们在近红外光谱区域可以获得响应速度快、辐 射功率大、使用寿命长的优质廉价的光源。此外，从仪器的小型化方面来讲，发 光二极管也是一个很好的选择，因为发光二极管恰好能够克服钨灯的缺点。近红 外发光二极管的使用寿命一般达到几十年以上，功耗也比较小，并且容易利用微 处理器进行驱动电流大小的控制，若经过严格的挑选，发光二极管具有作为一种 新型光谱光源的潜力。
目前常见的采用多个发光二极管的光源结构是将多个发光二极管发出的光 利用短焦距菲涅尔透镜(亦称螺纹透镜)汇聚到样品池中心点的方法。但由于不 同波长的发光二极管在空间排列的位置差异，造成不同波长的发光二极管所发射 的光形成的光斑位置不同，很难使所有波长的发光二极管发出的光都汇聚到样品 池中心点上，降低了仪器测量的精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种球面布局的光斑位置恒定的发光二极管光源结构，使所有波长的发光二极管发出的光都汇聚到光电检测器的感光面上，光斑位 置恒定，可提高仪器测量的精度；并且结构简单实用，寿命长，耗能低，适合作 便携式仪器的光源。
本发明的技术方案是(可参见图1):
一种球面布局的光斑位置恒定的发光二极管光源结构，包括结构件l、发光 二极管衬套5、发光二极管6;结构件l上有安装在样品池外框上用的内螺纹； 发光二极管6安装在发光二极管衬套5内；所述的结构件1开有光出射孔2，各 光出射孔2的轴线在靠近样品池的一边汇聚于一点；光出射孔2由两个同轴线的 相通的圆洞构成，两圆洞相接处具有台阶，在光出射孔2内向着靠近样品池的方 向顺序装有螺纹压圈7、发光二极管6、滤光片4和垫圈3，垫圈3卡位于台阶 处，通过螺纹压圈7与光出射孔2内壁的内螺纹配合，紧固发光二极管衬套5 和滤光片4。
本发明的结构件1最好是球面圆台形状，该球面圆台的两底面为同一球心的 球面，结构件1可以为表面染黑处理金属材料(如铝、铜、钢)或避光材料(如 黑色ABS、灰色塑料)制作；结构件1为球面圆台形状时，光出射孔2的轴线 就在内外球面的法线方向上。
所述的结构件1的内外球面的球心为光斑汇聚点；在结构件1的内球面的边 缘设有内螺纹，使该结构件连接到样品池外框后与内球面成为密闭的空间，且结 构件l的内外球面的球心(即光斑汇聚点)落在样品池中心点上。
所述的垫圈3材料可以为聚四氟乙烯材料，发光二极管衬套5和螺纹压圈7 可以为黑色塑料。
所述的滤光片的透过波长与发光二极管发射的光波长相近。
本发明的有益效果在于本发明的光源结构使得任何波长的光均与发光位置 无关地、均匀地照射到样品池中心点上。该光源体具有新颖、小巧等特点，利用 此光源结构可以研制整机体积小、结构简单、光通量大、成本低、坚固耐用、光 斑位置恒定的近红外光谱仪。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
实施例1:
图1给出本发明的一种球面布局的光斑位置恒定的发光二极管光源结构，图 1中，1为结构件、2为光出射孔、3为垫圈、，为滤光片、5为发光二极管衬套、 6为发光二极管、7为螺纹压圈。发光二极管6可以在结构件1上安装4~100个， 可以涵盖可见光至近红外的波长范围。安装后，发光二极管6置于衬套5内部， 滤光片4、发光二极管衬套5通过垫圈3和螺纹压圈7压紧定位。
所述的结构件1为表面经过染黑处理的球面圆柱，该球面圆柱的内、外两底 面为同一球心的球面，在圆柱内球面一侧有与球面圆柱相接的圆环体，并与球面 圆柱构成一体，该圆环体的内表面有螺纹用于与样品池外框旋接，并使得该结构 件1连接到样品池后成为密闭的空间；所述的光出射孔2的轴线在内外球面的法 线方向上，该光出射孔2的中间部位具有台阶，出射孔2在靠近球面圆柱外球面 的一端设有与螺纹压圈7相配合的内螺纹；在光出射孔2内，自结构件l外球面 至光出射孔2中间部位台阶顺次安装螺纹压圈7、发光二极管衬套5、滤光片4 和垫圈3;并通过螺纹压圈7同时紧固发光二极管6和滤光片4。
光出射孔2按照内外球面的法线方向分布，在球面的球心投影面上，光出射 孔按照多个圆周均匀排列，其中圆心一个孔，第一个(距离球心最近的)圆周8 个孔，第二个圆周16个孔，……。滤光片4可以经聚四氟乙烯垫圈3和发光二 极管衬套5压紧，防止滤光片4松动；所用滤光片4可以为圆片状的不同中心波 长的带通窄带干涉滤光片；滤光片的透过波长与发光二极管发射的光波长相近； 发光二极管引脚连线采用排线进行焊接。
本发明的工作原理如下
发光二极管6通过排线与控制电路相逢，按照仪器设定的工作时序、驱动 电流顺序发光，其所发出的光经滤光片4后变成带宽更窄的单色光或所需波长的 单色光，该单色光按照结构件1内外球面的法线方向照射到样品池中心点上。这 样，任何波长的光均与发光位置无关地、均匀地照射到被测样品上面。被测样品 被一系列不同波长的单色光照射，经光电检测器接收、电路处理，就得到了被测 样品在多个分立波长处的近红外光谱。
本发明的关键在于光出射孔的轴线必须在球面体的法线方向上，才能保证各 个出射孔发出的光均能汇聚到球心位置，进而得到位置恒定的照射光斑，光线汇聚的点也就是样品池的中心点时效果最佳。发光二极管6与滤光片4的波长配合 同样重要，否则光源无法正常工作；发光二极管6作为冷光源，具有发热量少、 恒流驱动发光稳定、使用寿命长、节能环保等特点；滤光片4的直径与发光二极 管6的尺寸相匹配，加之省去了多个发光二极管共用的聚光透镜，因此该光源结 构件的结构小巧、坚固。
上述结构中发光二极管6和滤光片4的波长范围不限，既可以在近红外区域， 也可以在可见光区域。
上述结构中通过调整结构体1的球面圆柱半径或球面大小就可以改变光出 射孔2的数量和分布。发光二极管6和滤光片4的数量不限，可以根据测量需要 对发光二极管6的数量进行调整，很方便得到不同波长系列的光源系统，满足不 同的需要。
上述结构中结构体1最好使用金属材料并进行表面染黑处理，这样有利于发 光二极管6的散热；当然，如果仪器要求不高或发光二极管6的驱动电流较小， 结构体1也可以使用黑色的ABS塑料等材料进行加工。
上述结构经合理的变化，也可以用于近红外光谱漫反射测量模式。
权利要求
1、一种球面布局的光斑位置恒定的发光二极管光源结构，包括结构件(1)、发光二极管衬套(5)、发光二极管(6)；结构件(1)上有安装在样品池外框上用的内螺纹；发光二极管(6)安装在发光二极管衬套(5)内；其特征在于所述的结构件(1)开有光出射孔(2)，各光出射孔(2)的轴线在靠近样品池的一边汇聚于一点；光出射孔(2)由两个同轴线的相通的圆洞构成，两圆洞相接处具有台阶，在光出射孔(2)内向着靠近样品池的方向顺序装有螺纹压圈(7)、发光二极管(6)、滤光片(4)和垫圈(3)，垫圈(3)卡位于台阶处，通过螺纹压圈(7)与光出射孔(2)内壁的内螺纹配合，紧固发光二极管衬套(5)和滤光片(4)。
2、 根据权利要求1所述的球面布局的光斑位置恒定的发光二极管光源结构， 其特征在于所述结构件(1)为球面圆台形状，该球面圆台的两底面为同一球 心的球面，结构件(1)为表面染黑处理金属材料或避光材料制作；所述的光出 射孔(2)的轴线在内外球面的法线方向上。
3、 根据权利要求1或2所述的球面布局的光斑位置恒定的发光二极管光源 结构，其特征在于所述的结构件(1)的内球面的球心为光斑汇聚点，在内球面的边缘设有与样品池外框连接的内螺纹。
4、 根据权利要求1或2或3所述的球面布局的光斑位置恒定的发光二极管 光源结构，其特征在于所述的光出射孔(2)在结构件(1)上按照圆周排列。
5、 根据权利要求1所述的球面布局的光斑位置恒定的发光二极管光源结构， 其特征在于所述的垫圈(3)材料为聚四氟乙烯材料，发光二极管衬套(5)和 螺纹压圈(7)均为黑色塑料。
6、 根据权利要求1或2所述的球面布局的光斑位置恒定的发光二极管光源 结构，其特征在于每个光出射孔(2)中的滤光片(4)透过波长与发光二极管(6)发射的光波长相近。
全文摘要
本发明的球面布局的光斑位置恒定的发光二极管光源结构，属于光学领域。其包括结构件(1)和在该结构件内设置的光出射孔(2)，光出射孔(2)内安装有垫圈(3)、滤光片(4)、发光二极管衬套(5)、发光二极管(6)及螺纹压圈(7)；所述结构件(1)为表面经过染黑处理的球面圆台，该球面圆台的两底面为同一球心；所述的光出射孔(2)的轴线在内外球面体的法线方向上，该光出射孔的底部具有台阶，顶部设有与螺纹压圈相配合的内螺纹。本发明使得任何波长的光均与发光位置无关地、均匀地照射到被测样品上面；利用此光源结构可以研制整机体积小、结构简单、光通量大、成本低、坚固耐用、光斑位置恒定的近红外光谱仪。
文档编号G01N21/35GK101576411SQ200910067059
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月4日 优先权日2009年6月4日
发明者永 于, 宋大千, 曹彦波, 王兴华, 强 费 申请人:吉林大学