[发明专利]光学头及使用其的光学系统

说明书

技术领域

本发明关于一种光学元件，特别是关于一种收光用的光学头及使用其的光学系统。

背景技术

光谱仪（spectrometer）及照度仪（lux meter）等光学系统已广泛地应用于许多产业，包括：生物技术、环境科技、电子、食品/饮料、工业化学、材料及制药等。而随着光电技术的发展，光学系统有逐渐微型化的趋势。相对于实验室易损坏且需经常校准的传统光学系统而言，微型化技术更使光学系统可以走出实验室，成为可携的泛用检验仪器，并产生各种创新的应用，如在居家、外出、田野调查、现场验货、产线验料等场合里，检验血液、尿液、农药残留、水质、紫外线强度、水果甜度、假酒、伪钞、伪药、珠宝、空气品质、料件色差、光电产品品质等等，其应用相当广泛地涵盖各个生活环节及产业领域。

上述光学系统通常具有收集散射光的光学头以及量测光学头所收集的散射光光的测光装置。在照度计中，测光装置可仅为一感光元件（photo sensor），而在光谱仪中，测光装置则利用光栅等技术将成分复杂的光分离为分色光（dispersed light），并以感光元件将分色光转为电信号以供使用者进行进一步的分析。光学头所收集的光量可影响到光学系统整体的感度（sensitivity），因此需要一种较有效率的光学头。目前的光学头多仅使用余弦校正器（cosine corrector），如此虽可使不同角度射入光学头的入射光皆有实质上相同的穿透率（transmission rate），但无法有效提高进入测光装置的光线。

发明内容

实施例提供一种光学头，用以接收一入射光，光学头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径上（optical path），入射光在射入穿透式余弦校正元件后被转换为朗伯光形（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对穿透式余弦校正元件具有实质上相同的穿透率。反射元件具有至少一光学输出区与一反光区，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对反射元件遮蔽入射光，其中部分来自穿透式余弦校正元件的散射光射入光学输出区，未射入光学输出区的散射光则射入反光区，而射入反光区的散射光被反射至穿透式余弦校正元件及/或反光区的其他部分。

在此实施例中，其中至少一光学输出区可为多个光学输出区，而这些光学输出区可相对于反射元件的中心轴对称配置，这些光学输出区的面积可实质上相同。此外，反射元件可为凹面镜、具回反射结构的平面镜、具回反射结构的凹面镜、具扩散结构的平面或具扩散结构的凹面其中之一。另外，穿透式余弦校正元件上可配置有多个反射器，连接穿透式余弦校正元件，其朝向反射元件设置，且与穿透式余弦校正元件实质上共平面，将来自反射元件的散射光反射至光学输出区及/或反光区。

另一实施例提供一种光学头，用以接收一入射光，光学头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学输出区以及一反光散射区，反射式余弦校正元件配置于入射光的一光径上。反射元件朝向反射式余弦校正元件设置，而收光元件配置于光学输出区以接收来自反射式余弦校正元件的散射光，且收光元件的收光范围在将来自反射式余弦校正元件的散射光反射至光学输出区的部分的反射元件内。从另一角度来看，收光元件的收光范围通过反射元件的映射会落在反射式余弦校正元件内。其中入射光射入反光散射区，并被反射式余弦校正元件转换为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对反射式余弦校正元件具有实质上相同的反射率，散射光入射反射元件及/或反光散射区的其他部分。

在此实施例中，反射式余弦校正元件可为平面或凹面，而反射元件可为凸面镜、平面镜、凹面镜、具扩散结构的平面或具扩散结构的凹面其中之一。另外，光学头更可包含一管状反射壁，其环绕反射式余弦校正元件与反射元件，且形成一光通道使入射光通过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。

在上述各实施例的光学头中可有一快门装置，用以控制散射光是否可通过光学输出区。快门装置可包含快门元件与致动元件，快门元件配置于光学输出区处，而致动元件可控制快门元件是否使散射光通过。