專(zhuān)利名稱(chēng)：光機(jī)械轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光機(jī)械轉(zhuǎn)換器，以及一種用于借助這個(gè)光機(jī)械轉(zhuǎn)換器分析流體的測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已知例如具有可調(diào)節(jié)的、特別是可轉(zhuǎn)動(dòng)的光學(xué)元件的如鏡子的不同的光學(xué)裝置， 所述光學(xué)裝置用于將通過(guò)光導(dǎo)纖維引導(dǎo)的光線輸入耦合到第二或由多個(gè)可能的其它光導(dǎo)纖維組成的另一光導(dǎo)纖維中。在此，所有待相互連接的光路段通常位于共同的平面中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種緊湊的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其將光路段相互光學(xué)地連接，所述光路段位于相同的或不同的平面中，并且因此是非常柔性的。本發(fā)明的目的通過(guò)如下所述的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器得以實(shí)現(xiàn)。在下面的說(shuō)明中獲得其它有利的實(shí)施形式。所述光機(jī)械轉(zhuǎn)換器具有光學(xué)組件，以用于產(chǎn)生分別由多個(gè)光路段中的兩個(gè)組成的不同的光路，每個(gè)光路段的一個(gè)端部面向所述光學(xué)組件。所述光學(xué)組件橫向于光路段，并且可在不同的轉(zhuǎn)換位置之間沿運(yùn)動(dòng)方向直線移動(dòng)。多個(gè)光路段中的兩個(gè)光路段分別可選地相互光耦合，所述光路段沿不同的空間方向定向。有利地設(shè)有光學(xué)組件的至少三個(gè)轉(zhuǎn)換位置，并且所述光機(jī)械轉(zhuǎn)換器的每個(gè)轉(zhuǎn)換位置與光學(xué)組件的沿運(yùn)動(dòng)方向的一個(gè)不連續(xù)的位置相關(guān)聯(lián)，其中，所述光路段在不同的轉(zhuǎn)換位置中，在沿運(yùn)動(dòng)方向不同的位置上面向光學(xué)組件的不同的區(qū)域，并且所述不同的區(qū)域具有光學(xué)的功能元件，所述功能元件在相互連接的光路段之間分別產(chǎn)生光學(xué)功能，如透射或反射。特別是在每個(gè)轉(zhuǎn)換位置中由第一光路段引導(dǎo)的光線通過(guò)光學(xué)組件的位置進(jìn)一步引導(dǎo)到所選的第二光路段中。所述光學(xué)組件有利地具有包括光學(xué)的功能元件的多個(gè)不同地構(gòu)成的區(qū)域，所述功能元件沿光學(xué)組件的直線運(yùn)動(dòng)的方向上下重疊地設(shè)置。作為光學(xué)的功能組件可考慮具有或不具有至少部分鏡化的表面的透明體，如透鏡、棱鏡或衍射光學(xué)元件(DOE)?；谄浔馄降慕Y(jié)構(gòu)，菲涅爾透鏡也是特別有利的。如果應(yīng)選擇確定的波長(zhǎng)，那么使用光柵或棱鏡。因此， 多個(gè)光束的分割和傳輸也是可能的。在所述光機(jī)械轉(zhuǎn)換器中，每個(gè)轉(zhuǎn)換位置與能夠可選地控制的區(qū)域中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)。在所述光機(jī)械轉(zhuǎn)換器中，在第一平面中優(yōu)選存在至少兩個(gè)光路段，其中，所述第一平面垂直于光學(xué)組件的運(yùn)動(dòng)方向延伸。特別是兩個(gè)光路段可以在第一平面中相對(duì)置。因此， 所述第一光路段借助于光學(xué)組件穿過(guò)與其相對(duì)置的第二光路段直線地被繼續(xù)引導(dǎo)，由此對(duì)于第一光路段而言形成延長(zhǎng)段。在另一實(shí)施形式中，在所述光機(jī)械轉(zhuǎn)換器中，至少四個(gè)光路段十字形地、優(yōu)選相互成90°的角度設(shè)置在所述第一平面中。因此，所述光線由第一光路段輸入耦合到第二光路段中，所述第二光路段位于第一光路段的左邊或右邊。當(dāng)然，所述角也可以具有任意其它的不等于90°的值，并且可根據(jù)光機(jī)械轉(zhuǎn)換器的幾何形狀的安裝情況適配于特殊的環(huán)境和應(yīng)用。至少另一光路段可設(shè)置在第二平面中，所述第二平面垂直于在光機(jī)械轉(zhuǎn)換器中的第一平面，并且與所述光學(xué)組件相交。因此，在橫向于光學(xué)組件的第一光路段中引導(dǎo)的光線可以沿光學(xué)組件的直線運(yùn)動(dòng)的方向輸入耦合到另一光路段中。這具有的優(yōu)點(diǎn)是，光線不僅能夠在二維的區(qū)域內(nèi)部傳輸，而是也能夠在三維的網(wǎng)路中傳輸，所述三維的網(wǎng)路由多個(gè)光路段形成。光學(xué)組件的構(gòu)成為光學(xué)功能元件的區(qū)域有利地具有正方形的基面，并且優(yōu)選構(gòu)成立方體形，其中，至少一個(gè)區(qū)域構(gòu)成為透明體，以便透射光線，并且使相對(duì)置的光路段相互光耦合，并且/或者其中，構(gòu)成具有反射面、特別是鏡面的用于反射光線的至少一個(gè)區(qū)域， 所述區(qū)域使相互成角度地設(shè)置的光路段相互光耦合，其中，所述光學(xué)組件優(yōu)選包括用于反射的至少兩個(gè)區(qū)域，所述區(qū)域具有沿運(yùn)動(dòng)方向重疊地放置的反射面，所述反射面相互形成角度，特別是90°的角度。正方形的基面且特別是立方體形狀具有的優(yōu)點(diǎn)是，由于高對(duì)稱(chēng)性，所述光路段的端部全部能夠以相同的方式朝光學(xué)組件引導(dǎo)，并且能夠在平坦的且在相對(duì)置上平行的側(cè)面內(nèi)以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)光線的輸入耦合和輸出耦合。在第一光路段中引導(dǎo)的光線能夠通過(guò)所述光學(xué)組件的透射區(qū)域到達(dá)第二光路段中。在這種情況下特別有利的是，這個(gè)過(guò)程是雙向的。所述光學(xué)組件設(shè)計(jì)成，使得所有光路段同樣適用于光線輸入耦合或輸出耦合。用于反射光線的區(qū)域具有反射面作為反射機(jī)構(gòu)，例如鏡面或鏡化的表面。所述鏡化的表面例如可以是三角棱鏡的鏡化的斜邊面。所述光學(xué)組件的區(qū)域優(yōu)選具有反射面，所述表面通過(guò)鏡化的斜邊面構(gòu)成兩個(gè)在這個(gè)表面上組合而成的三角棱鏡，其中，所述斜邊面相對(duì)于彼此垂直的第一或第二光路段以 45°和135°的角度設(shè)置，并且所述光學(xué)組件的區(qū)域使第一光路段與第二光路段光耦合。這可實(shí)現(xiàn)下述結(jié)構(gòu)類(lèi)型，在所述結(jié)構(gòu)類(lèi)型中，兩個(gè)棱鏡分別在它們的斜邊面上組合，使得它們形成立方體或具有正方形基面的至少一個(gè)長(zhǎng)方體，所述基面有利地具有與透射立方體的側(cè)面相同的尺寸。所述反射立方體在一個(gè)側(cè)面與一個(gè)側(cè)面被完全覆蓋的所述透射立方體連接，以至于所述鏡化的斜邊面垂直于相互連接的側(cè)面。如果來(lái)自第一光路段端部的光線射到反射區(qū)域內(nèi)的光學(xué)組件上，那么該光線在鏡面上反射，并且根據(jù)相應(yīng)于第二光路段的入射角偏轉(zhuǎn)。所述光線優(yōu)選以90°角偏轉(zhuǎn)，并且然后輸入耦合到第二光路段端部中，所述第二光路段端部與第一光路段端部同樣形成90° 角。在光學(xué)組件的反射區(qū)域中，所述光輸入耦合或輸入耦合也在兩個(gè)方向上起作用。在光學(xué)組件中可沿著它的直線運(yùn)動(dòng)的方向上下重疊地設(shè)置任意多的反射區(qū)域，它們的反射面相對(duì)于第一光路段以不同的角度設(shè)置。因此，光線輸入耦合到相應(yīng)的第二光路段中，所述第二光路段相對(duì)于第一光路段具有相應(yīng)的角度。在優(yōu)選的實(shí)施形式中，兩個(gè)反射區(qū)域的反射面形成直角，以至于來(lái)自第一光路段的光線輸入耦合到與第一光路段成直角的、相反定向的并且共同設(shè)置在第一平面中的光路段中。特別有利的是，所述光路段和所述光學(xué)組件的區(qū)域在相應(yīng)的轉(zhuǎn)換位置中相互固定，并且因此全部的光學(xué)功能元件也在限定的空間結(jié)構(gòu)中相互固定，所述空間結(jié)構(gòu)在所述光學(xué)組件垂直運(yùn)動(dòng)的情況下從一個(gè)轉(zhuǎn)換位置到下一個(gè)轉(zhuǎn)換位置保持不變。因此借助單獨(dú)的調(diào)節(jié)過(guò)程，即光學(xué)組件在光機(jī)械轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部的定向，所有組件具有功能性地相互定位。當(dāng)所述光路段不僅位于垂直于光學(xué)組件的運(yùn)動(dòng)方向的平面中，而且也位于運(yùn)動(dòng)方向上時(shí)，能夠提高可相互耦合的光路段的數(shù)量。因此，所述光路段以三維定向。這由此實(shí)現(xiàn)， 所述光學(xué)組件具有用于反射光線的區(qū)域，所述區(qū)域使至少一個(gè)側(cè)向于運(yùn)動(dòng)方向延伸的光路段與沿運(yùn)動(dòng)方向延伸的光路段相互耦合。在另一實(shí)施形式中，所述光學(xué)組件具有用于反射光線的區(qū)域，所述區(qū)域構(gòu)成為具有鏡化的三角面的棱錐。這個(gè)區(qū)域可實(shí)現(xiàn)垂直的光路段的相互光耦合。所述棱錐形成光學(xué)組件的在它的延伸部方面沿它的直線運(yùn)動(dòng)方向在一側(cè)或兩側(cè)上的末端。因此，所述棱錐的正方形的基面鄰接光學(xué)組件的具有透射或反射區(qū)域的側(cè)面。如果光線從位于與使區(qū)域相互連接的側(cè)面平行的平面中的光路段的一個(gè)中射到所述棱錐的鏡化的三角面上，那么，所述光線沿相應(yīng)于光學(xué)組件的直線運(yùn)動(dòng)方向與這些光路段垂直的方向偏轉(zhuǎn)，并且輸入耦合到為其設(shè)有的光路段中。因此，所述光機(jī)械轉(zhuǎn)換器使水平和垂直的光路段相互連接。這里也有利的是，通過(guò)相互光學(xué)連接的光路段，雙向地光導(dǎo)是可能的?？蓪?shí)現(xiàn)所述光學(xué)組件的精確的位置改變，即通過(guò)所述光學(xué)組件耦聯(lián)在直線電動(dòng)機(jī)上，優(yōu)選耦聯(lián)在主軸驅(qū)動(dòng)裝置上。特別是其中，所述光學(xué)組件具有保持機(jī)構(gòu)，優(yōu)選為基座，所述保持機(jī)構(gòu)特別是借助于主軸耦聯(lián)在直線電動(dòng)機(jī)上。所述保持機(jī)構(gòu)例如可以構(gòu)成為長(zhǎng)方體，其側(cè)向設(shè)置在光學(xué)組件上。但是同樣可能的是，所述光學(xué)組件在它的底側(cè)上與基座連接，所述基座又再借助于如主軸的固定機(jī)構(gòu)與所述直線電動(dòng)機(jī)共同作用。如所述保持機(jī)構(gòu)安裝在所述光學(xué)組件的一側(cè)上，那么可以省去可能的光線偏轉(zhuǎn)或傳輸裝置。有利的是，可以為將保持機(jī)構(gòu)安裝在光學(xué)組件上僅需要唯一的側(cè)面，以至于在所述光機(jī)械轉(zhuǎn)換器中的所有其它側(cè)面保持空著，并且光路段的端部可面向那里。借助于直線電動(dòng)機(jī)可以可選地控制所述光學(xué)組件的區(qū)域之一。因此，在所述光機(jī)械轉(zhuǎn)換器中，光路段相互光學(xué)連接，所述光路段全部位于第一平面中，或者在第一平面中的光路段與在垂直于第一平面的平面中的光路段光學(xué)連接。優(yōu)選設(shè)有外殼，光學(xué)組件和直線電動(dòng)機(jī)設(shè)置在所述外殼中，其中，所述外殼可實(shí)現(xiàn)所述光學(xué)組件的調(diào)節(jié)，優(yōu)選通過(guò)在外殼中可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置光學(xué)組件和直線電動(dòng)機(jī)的單元。這可實(shí)現(xiàn)所述光學(xué)組件的簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)。有利的是，所述外殼構(gòu)成為，以便容納光路段，其中，所述光路段和所述光學(xué)組件的區(qū)域相互固定在限定的空間結(jié)構(gòu)中且固定在相應(yīng)的轉(zhuǎn)換位置中。以這種方式，不需要光路段相互的單獨(dú)調(diào)節(jié)，因?yàn)樗鼈兊亩ㄎ煌ㄟ^(guò)所述外殼規(guī)定。為了實(shí)現(xiàn)光線的良好且明確限定的傳導(dǎo)，所述光路段可以通過(guò)光導(dǎo)纖維端形成。為了能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的光學(xué)功能，所述光學(xué)組件可以包括構(gòu)成為光學(xué)功能元件的區(qū)域，所述區(qū)域具有下述光學(xué)元件中的一個(gè)或多個(gè)衍射光學(xué)元件，特別是光柵，折射光學(xué)元件，特別是透鏡或棱鏡，偏振元件和/或分光鏡。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)轉(zhuǎn)換器可有利地用于光線在三維空間中的轉(zhuǎn)向或傳輸，并且出色地適于用于分析流體的測(cè)量系統(tǒng)，在所述測(cè)量系統(tǒng)中確定流體特性，所述流體特性基于光學(xué)測(cè)量原理，例如吸收、透射、濁度或熒光，其中，在測(cè)量系統(tǒng)中并排地且重疊地設(shè)置多個(gè)測(cè)量站。所選的測(cè)量站借助于閥和泵以流體的方式控制，并且因此在光學(xué)上，光路段借助于所述光機(jī)械轉(zhuǎn)換器可選地相互耦合。所述光學(xué)轉(zhuǎn)換器特別適于應(yīng)用于小型的光學(xué)分析系統(tǒng)。所述轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施形式具有約20mmX IOmmX IOmm的尺寸；但是也可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)小的實(shí)施形式，例如IOmmX5mmX5mm。


從下述說(shuō)明和相關(guān)的附圖中獲得本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。在圖中示出圖1示出關(guān)學(xué)轉(zhuǎn)換器的實(shí)施形式的立體意圖；圖加-e示出在光學(xué)組件的實(shí)施形式中的光線轉(zhuǎn)向或傳輸；圖3示出具有保持機(jī)構(gòu)的光學(xué)組件的實(shí)施形式；圖4示出具有保持機(jī)構(gòu)和直線電動(dòng)機(jī)的光學(xué)組件的另一實(shí)施形式；圖5示出如圖4的具有外殼的實(shí)施形式。
具體實(shí)施例方式在圖1中示出具有多個(gè)光路段20和光學(xué)組件30的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器10，所述光路段沿不同的空間方向定向，光路段20的內(nèi)端部面向所述光學(xué)組件。所述光學(xué)組件30橫向于所述光路段20可在不同的轉(zhuǎn)換位置之間直線運(yùn)動(dòng)。借助于不同的轉(zhuǎn)換位置能夠選擇，哪些光路段20相互光耦合。在所示出的實(shí)施形式中，在共同的第一平面中設(shè)置有四個(gè)光路段20。所述光學(xué)組件30的運(yùn)動(dòng)方向垂直于第一平面。根據(jù)如圖1的實(shí)施形式，所述光路段20的端部構(gòu)成為光導(dǎo)纖維40的端部，所述光導(dǎo)纖維在保持件50中被引導(dǎo)。這具有的優(yōu)點(diǎn)是，在使光導(dǎo)纖維40穩(wěn)定的同時(shí)，光路段20 相互的且相對(duì)于光學(xué)組件30的所希望的幾何形狀結(jié)構(gòu)能夠以簡(jiǎn)單的方式固定。在所述保持件50中可插入與光學(xué)組件30相對(duì)置的用于光束聚焦的光學(xué)構(gòu)件，如透鏡60。但是，所述光路段20也可以是其它光導(dǎo)體，所述光導(dǎo)體由透明的材料，如玻璃或塑料制成，并且/或者包括自由的光路。有利的是，所述自由的光路最小，以便避免光束的擴(kuò)寬。每?jī)蓚€(gè)光路段20在第一平面中相對(duì)置。借助這個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，由光源輸入耦合到第一光路段中的光線可以在相對(duì)置的光路段中被繼續(xù)引導(dǎo)。在此，所述方向不起作用其可任意選擇，將光線輸入耦合到兩個(gè)相對(duì)置的光路段中的哪一個(gè)中，并且所述光線在哪一個(gè)光路段中繼續(xù)被引導(dǎo)。根據(jù)圖1的實(shí)施形式具有四個(gè)光路段20，所述光路段相互成直角且十字形地設(shè)置在水平定向的第一平面中。所述光學(xué)組件30為此垂直地設(shè)置在十字交點(diǎn)中。因此，所述光路段20十字形地設(shè)置在第一平面中，其中，每?jī)蓚€(gè)光路段20在第一平面中相對(duì)置。在所示出的實(shí)施形式中，在相鄰的光路段20之間的角度分別為90°。所述光機(jī)械轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)允許，光線從位于第一平面中的每個(gè)任意的光路段20 中輸入耦合到每個(gè)其它光路段20中，即通過(guò)所述光線在所述光學(xué)組件中可選地直線傳輸或相應(yīng)地轉(zhuǎn)向。
在所有位于第一平面中的光路段20之間的光束方向是可逆的。在另一實(shí)施形式中，至少兩個(gè)光路段20以任意角度相互設(shè)置。所述光學(xué)組件30 使來(lái)自光路段的光線轉(zhuǎn)向，使得所述光線在第二光路段中被繼續(xù)引導(dǎo)。此外，至少另一個(gè)光路段20可設(shè)置在所述光學(xué)組件30的上方或下方且設(shè)置在光學(xué)組件的垂直軸線上，所述軸線延伸穿過(guò)所述十字交點(diǎn)。借助這個(gè)構(gòu)造，來(lái)自光路段20的光線可以沿多個(gè)可能的空間方向中的一個(gè)繼續(xù)被引導(dǎo)其可向右、向左、向上或向下轉(zhuǎn)向， 或者在相對(duì)置的光路段中繼續(xù)筆直地被引導(dǎo)。因此，所述光機(jī)械轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)高度柔性，并且可多方面使用。在圖加到2e中示意地示出可能的光束路徑70 (通過(guò)虛線箭頭標(biāo)識(shí))，其由光路段 20出發(fā)，并且通過(guò)光學(xué)組件30轉(zhuǎn)向或繼續(xù)被弓I導(dǎo)。根據(jù)圖加到2e的光學(xué)組件30具有包括光學(xué)功能元件的多個(gè)不同的區(qū)域80、90、 100和110。這些不同的區(qū)域80、90、100和110垂直地上下重疊設(shè)置。在轉(zhuǎn)換位置中，具有至少一個(gè)光學(xué)功能元件的區(qū)域總是位于第一平面的高度上或在所述光路段的交點(diǎn)上。因此，在所述光學(xué)組件30直線地垂直運(yùn)動(dòng)的情況下，能夠一個(gè)接著一個(gè)地或以任意的所希望的順序控制這些區(qū)域。直線電動(dòng)機(jī)足夠用于使所述光學(xué)組件在它的不同的轉(zhuǎn)換位置之間運(yùn)動(dòng)。通過(guò)在光學(xué)組件的光學(xué)功能元件中的透射、反射或折射實(shí)現(xiàn)所述光線的轉(zhuǎn)向或傳輸。在光路段20的根據(jù)在圖1中示出的實(shí)施形式的十字形結(jié)構(gòu)中，光路段20可以通過(guò)所述光學(xué)組件的簡(jiǎn)單的光學(xué)功能元件與所有其它光路段光耦合，所述功能元件在光學(xué)組件30中可分別實(shí)現(xiàn)所述光束的傳輸或轉(zhuǎn)向。在已示出的實(shí)施形式中，通過(guò)透射進(jìn)行直線的傳輸，并且通過(guò)在所述光學(xué)組件的相應(yīng)的區(qū)域中的反射進(jìn)行轉(zhuǎn)向。當(dāng)逆轉(zhuǎn)在所述光機(jī)械轉(zhuǎn)換器中的所述光束方向時(shí)，兩個(gè)光路段的光耦合保持不變。還可能的是，通過(guò)所述光機(jī)械轉(zhuǎn)換器實(shí)施復(fù)雜的光學(xué)功能，即通過(guò)所述光學(xué)組件包括構(gòu)成為光學(xué)功能元件的區(qū)域，所述區(qū)域具有下述光學(xué)元件中的一個(gè)或多個(gè)衍射光學(xué)元件，特別是光柵，折射光學(xué)元件，特別是透鏡或棱鏡，偏振元件和/或分光鏡。也可設(shè)有光學(xué)功能元件，例如分光鏡，衍射或折射光學(xué)元件，在所述元件中，僅對(duì)于規(guī)定的光束方向確定兩個(gè)光路段的耦合。光學(xué)組件30的在圖加到2d中示出的實(shí)施形式具有正方形的基面，所述基面垂直于所述光學(xué)組件的運(yùn)動(dòng)方向定向。所述光學(xué)組件具有包括不同的光學(xué)功能元件的五個(gè)區(qū)域 80、90、100 和 110。沿在圖加到2d中分別垂直地示出的運(yùn)動(dòng)方向在所述光學(xué)組件30的外端上分別構(gòu)成具有鏡化的側(cè)面的棱錐形的區(qū)域110。此外，所述光學(xué)組件30具有三個(gè)立方體形的區(qū)域80、90、100。所述立方體的側(cè)面垂直于分別相關(guān)聯(lián)的光路段的光學(xué)軸線延伸。具有正方形基面或立方體形狀的區(qū)域的對(duì)稱(chēng)性確保，在光學(xué)組件的內(nèi)部中的所述光學(xué)路徑長(zhǎng)度對(duì)于不同的空間方向是基本上相等的。
以這種方式特別是在強(qiáng)度分布或光束形狀方面可實(shí)現(xiàn)經(jīng)由所述光機(jī)械轉(zhuǎn)換器傳導(dǎo)的光束的高的質(zhì)量。因此，所述光機(jī)械轉(zhuǎn)換器特別適用于分光應(yīng)用。所述區(qū)域80構(gòu)成為透明的立方體，并且用于透射。如果光線射到這個(gè)立方體的側(cè)面上，那么其在不轉(zhuǎn)向的情況下穿過(guò)所述立方體。因此在轉(zhuǎn)換位置中，相對(duì)置的光路段相互光耦合，在所述轉(zhuǎn)換位置中光路段的端部面向區(qū)域80。在這里，所述自由光束路徑很少，這有利于低損失的光傳導(dǎo)。在實(shí)施例中，位于水平的平面中的四個(gè)光路段20面向立方體的側(cè)但是，同樣可能的是，所述光學(xué)組件30在轉(zhuǎn)換位置中定位成，使得所述光學(xué)組件 30位于光束的下方，所述光束不受阻礙地由一個(gè)光路段落到相對(duì)置的光路段中。這個(gè)變形方案同樣在圖加中示出。在圖2b和加中示出，光線在所述光學(xué)組件30的區(qū)域110中如何從水平的平面向上Qb)或向下Qe)轉(zhuǎn)向到垂直的平面中。所述區(qū)域110構(gòu)成為具有正方形基面的棱錐， 所述棱錐的三角形側(cè)面是鏡化的。在所述鏡化的側(cè)面上射到那里的光線被反射。不同于在這里示出的90°的偏轉(zhuǎn)角也是可能的。所述偏轉(zhuǎn)角的大小取決于側(cè)面相對(duì)于棱錐基面和射入的光線的入射點(diǎn)的傾角。在相應(yīng)的轉(zhuǎn)換位置中，所有位于水平的平面中的四個(gè)光路段20 面向棱錐的三角形側(cè)面，并且在其中引導(dǎo)的光線向上或向下偏轉(zhuǎn)。所述區(qū)域110適于作為光學(xué)組件30的末端，并且在它們的基面上分別與另一個(gè)區(qū)域的外部的側(cè)面連接。所述區(qū)域90和100也用于反射光線。但是，在這里，所述光線在水平的平面的內(nèi)部偏轉(zhuǎn)，如在所述圖2c和2d中所示。反射立方體由在它的斜邊面上的兩個(gè)透明的三角棱鏡組合而成。所述斜邊面是鏡化的，以至于射到那里的光線根據(jù)定理“入射角等于出射角” 偏轉(zhuǎn)。在所示出的實(shí)施形式中，所述反射立方體定向成，使得來(lái)自第一光路段20的光線轉(zhuǎn)向到與其垂直的第二光路段20中。所述光路段20相對(duì)于反射面成45°或135°的角度。 在圖2c中示出向左偏轉(zhuǎn)，并且在圖2d中示出向右偏轉(zhuǎn)。兩個(gè)反射立方體的區(qū)域90和100 的斜邊面也相互成90°角設(shè)置，并且垂直于待相互光耦合的光路段位于的平面內(nèi)。在圖2c和d兩種情況下，在相應(yīng)的轉(zhuǎn)換位置中，位于水平的平面中的四個(gè)光路段 20分別終止于兩個(gè)組合而成的三角棱鏡的兩個(gè)側(cè)面，并且兩個(gè)斜邊面反射在那里射入的光線。根據(jù)反射立方體相對(duì)于第一光路段的定向，并且因此也根據(jù)反射面相對(duì)于第一光路段的定向，可調(diào)節(jié)任意其它不同于90°的偏轉(zhuǎn)角，其中，那么第二光路段的幾何位置相應(yīng)地調(diào)整到所述偏轉(zhuǎn)角。光學(xué)組件30可構(gòu)造有任意多個(gè)光學(xué)區(qū)域，所述區(qū)域包含光學(xué)功能元件。在此，多個(gè)反射和透射立方體能夠以任意的次序垂直地上下重疊設(shè)置，其中，它們的外部的側(cè)面最后可在一側(cè)或兩側(cè)上沿著垂直的軸線具有反射棱錐。所述光學(xué)組件的三個(gè)轉(zhuǎn)換位置足夠用于耦合位于第一平面中的四個(gè)光路段，其中，每個(gè)轉(zhuǎn)換位置與所述光學(xué)組件的沿運(yùn)動(dòng)方向的一個(gè)不連續(xù)的位置相關(guān)聯(lián)，其中，所述光路段在不同的轉(zhuǎn)換位置中面向所述光學(xué)組件的三個(gè)立方體形區(qū)域80、90、100。在此，三個(gè)轉(zhuǎn)換位置中的每一個(gè)分別使光路段中的兩個(gè)相互耦合。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的具有保持機(jī)構(gòu)120的光學(xué)組件30的實(shí)施形式。所述保持機(jī)構(gòu)120構(gòu)造成長(zhǎng)方體形，并且在所述光學(xué)組件30的側(cè)面上與所述光學(xué)組件固定地連接。 所述保持機(jī)構(gòu)120通過(guò)直線電動(dòng)機(jī)沿著軸線A運(yùn)動(dòng)，并且因此所述光學(xué)組件30沿著它的與軸線A平行地延伸的垂直的軸線運(yùn)動(dòng)。在各個(gè)轉(zhuǎn)換位置中的可能的光路借助箭頭示出，如對(duì)于圖加至6已經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明，其中，在這里要注意的是，由于清楚的原因未示出所有可能的光路。在圖4中示出具有保持機(jī)構(gòu)120的光學(xué)組件30的另一實(shí)施形式。所述保持機(jī)構(gòu) 120構(gòu)成為基座，在它的頂側(cè)上安置所述光學(xué)組件30，并且與所述光學(xué)組件固定地連接。在所述保持機(jī)構(gòu)120的相對(duì)置的底側(cè)上設(shè)置有直線電動(dòng)機(jī)130，所述直線電動(dòng)機(jī)通過(guò)主軸140 與所述保持機(jī)構(gòu)連接。所述主軸140由直線電動(dòng)機(jī)130驅(qū)動(dòng)。這種類(lèi)型的主軸驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)光學(xué)組件在多個(gè)轉(zhuǎn)換位置中沿著所述光學(xué)組件的運(yùn)動(dòng)方向的精確的定位。所述轉(zhuǎn)換位置的數(shù)量?jī)?yōu)選相應(yīng)于所述光學(xué)組件的不同的區(qū)域的數(shù)量，并且可附加地包括如下位置，在所述位置中所述光學(xué)組件從所述光路段的交點(diǎn)完全地伸出。當(dāng)所述光學(xué)組件或所述保持機(jī)構(gòu)在這個(gè)位置中緊貼在止擋上時(shí)，對(duì)于沿運(yùn)動(dòng)方向位于最外面的功能元件而言，可實(shí)現(xiàn)所述光學(xué)組件的特別精確的定位。這特別是允許光束在具有傾斜于運(yùn)動(dòng)方向的反射的側(cè)面的所述反射棱錐上的精確的反射。在這個(gè)實(shí)施形式中，所述光學(xué)組件30僅在它的上方的末端側(cè)上具有反射棱錐。有利的是，與上方的末端側(cè)相對(duì)，光學(xué)組件30在其底側(cè)上的平坦的立方體側(cè)面與所述保持機(jī)構(gòu)120固定地連接。為了引導(dǎo)，設(shè)有導(dǎo)軌150和滑塊160。在圖5中示出所述光學(xué)組件30的實(shí)施形式，其具有如圖4的保持機(jī)構(gòu)120和導(dǎo)軌 150，并且具有外殼170。在所述外殼170中也設(shè)置有所述直線電動(dòng)機(jī)130。所述外殼170 插入根據(jù)圖1的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器10中。在那里進(jìn)行所述光學(xué)組件30的調(diào)節(jié)，即其相對(duì)于所述光路段20的定向，然后所述定向在所有轉(zhuǎn)換位置中保持不變。光學(xué)組件和直線電動(dòng)機(jī)形成結(jié)構(gòu)組件，所述結(jié)構(gòu)組件可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在外殼中，并且因此，可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)。以這種方式，所述光學(xué)組件可相對(duì)于設(shè)置在外殼中的光路段定向。所述根據(jù)本發(fā)明的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器10由于它的高的柔性適用于分析系統(tǒng)，在所述分析系統(tǒng)中應(yīng)檢測(cè)流體的光學(xué)特性。所述分析系統(tǒng)構(gòu)造有閥、泵、具有試劑和流體管道的用于混合流體的混合腔，所述流體管道通向具有用于檢測(cè)特別是透射、吸收、濁度或熒光的傳感器的測(cè)量站。所述測(cè)量站在空間上并排地且重疊地設(shè)置，以至于形成具有流體通道和光路的復(fù)雜的系統(tǒng)。流體根據(jù)所希望的待借助于分析程序測(cè)定的測(cè)量數(shù)據(jù)平行地或者依次地被引導(dǎo)到相應(yīng)的測(cè)量站。借助根據(jù)本發(fā)明的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器能夠可選地使光路段相互耦合， 以至于光學(xué)地控制所選擇的測(cè)量站。光機(jī)械轉(zhuǎn)換器適用于單色光或多色光，其中根據(jù)光的種類(lèi)適用適合的光學(xué)功能元件。
權(quán)利要求
1.一種光機(jī)械轉(zhuǎn)換器(10)，用于產(chǎn)生分別由多個(gè)光路段00)中的兩個(gè)組成的不同的光路，所述多個(gè)光路段沿不同的空間方向定向，所述光機(jī)械轉(zhuǎn)換器具有光學(xué)組件(30)，每個(gè)光路段00)的一個(gè)端部面向所述光學(xué)組件，并且所述光學(xué)組件能夠沿橫向于所述光路段 (20)的運(yùn)動(dòng)方向在不同的轉(zhuǎn)換位置之間直線運(yùn)動(dòng)，在所述轉(zhuǎn)換位置中所述光學(xué)組件可選地將不同光路段00)相互光耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其特征在于，設(shè)有所述光學(xué)組件(30)的至少三個(gè)轉(zhuǎn)換位置，并且每個(gè)轉(zhuǎn)換位置與所述光學(xué)組件(30)的沿運(yùn)動(dòng)方向的一個(gè)不連續(xù)的位置相關(guān)聯(lián)，其中，所述光路段00)在不同的轉(zhuǎn)換位置中，在沿運(yùn)動(dòng)方向不同的位置上面向所述光學(xué)組件(30)的不同的區(qū)域(80、90、100、110)，并且所述不同的區(qū)域(80、90、100、110) 具有光學(xué)的功能元件，所述功能元件在所述相互連接的光路段00)之間產(chǎn)生光學(xué)的功能， 特別是透射或反射。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其中，至少兩個(gè)光路段00)位于第一平面中，特別是相對(duì)置，其中，所述第一平面垂直于所述光學(xué)組件(30)的運(yùn)動(dòng)方向延伸。
4.如權(quán)利要求3所述的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其中，至少四個(gè)光路段00)十字形地，優(yōu)選相互成90°的角度設(shè)置在所述第一平面中。
5.如權(quán)利要求3或4所述的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其中，在垂直于第一平面且與所述光學(xué)組件 (30)相交的第二平面中設(shè)置有至少另一個(gè)光路段。
6.如權(quán)利要求2到5之一所述的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其中，所述光學(xué)組件(30)的構(gòu)成為光學(xué)的功能元件的區(qū)域(80、90、100、110)具有正方形的基面，并且優(yōu)選構(gòu)成立方體形，其中，至少一個(gè)區(qū)域(80)構(gòu)成為透明體，以便透射光線，并且使相對(duì)置的光路段00)相互光耦合，并且/或者其中，構(gòu)成具有反射面、特別是鏡面的用于反射光線的至少一個(gè)區(qū)域(90、 100、110)，所述區(qū)域使彼此成角度設(shè)置的光路段00)相互光耦合，其中，所述光學(xué)組件 (30)優(yōu)選包括用于反射的至少兩個(gè)區(qū)域(90、100)，所述區(qū)域具有沿運(yùn)動(dòng)方向重疊地放置的反射面，所述反射面相互形成特別是90°的角度。
7.如權(quán)利要求6所述的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其中，所述光學(xué)組件的區(qū)域(90、100)具有反射面，所述反射面通過(guò)在所述平面上組合而成的兩個(gè)三角形棱鏡的鏡化的斜邊面構(gòu)成，其中， 所述斜邊面相對(duì)于相互垂直的第一或第二光路段00)以45°和135°的角度設(shè)置，并且， 所述光學(xué)組件(30)的所述區(qū)域使所述第一光路段00)與所述第二光路段00)光耦合。
8.如上述權(quán)利要求之一所述的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其中，所述光學(xué)組件(30)具有用于反射光線的區(qū)域(110)，所述區(qū)域使至少一個(gè)側(cè)向于運(yùn)動(dòng)方向延伸的光路段與沿運(yùn)動(dòng)方向延伸的光路段00)光耦合。
9.如權(quán)利要求2到8之一所述的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其中，所述光學(xué)組件(30)具有用于反射光線的區(qū)域(110)，所述區(qū)域構(gòu)成為具有鏡化的三角面的棱錐，并且使相互垂直的光路段 (20)光耦合。
10.如上述權(quán)利要求之一所述的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其中，所述光學(xué)組件(30)耦聯(lián)在直線電動(dòng)機(jī)(130)上，優(yōu)選耦聯(lián)在主軸驅(qū)動(dòng)裝置上，特別是其中，所述光學(xué)組件(30)具有保持機(jī)構(gòu)(120)，優(yōu)選基座，所述保持機(jī)構(gòu)特別是借助于主軸耦聯(lián)在所述直線電動(dòng)機(jī)(130)上。
11.如權(quán)利要求10所述的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其中，設(shè)有外殼(170)，在所述外殼中設(shè)置有所述光學(xué)組件(30)和所述直線電動(dòng)機(jī)(130)，其中，所述外殼(170)可實(shí)現(xiàn)所述光學(xué)組件(30)的調(diào)節(jié)，優(yōu)選通過(guò)在所述外殼(170)中可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置有光學(xué)組件(30)和直線電動(dòng)機(jī) (130)的單元。
12.如權(quán)利要求11所述的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其中，所述外殼(170)構(gòu)成為，以便容納所述光路段(20)，其中，所述光路段(20)和所述光學(xué)組件(30)的區(qū)域(80、90、100、110)相互固定在限定的空間結(jié)構(gòu)中且固定在相應(yīng)的轉(zhuǎn)換位置中。
13.如上述權(quán)利要求之一所述的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其中，所述光路段00)通過(guò)光導(dǎo)纖維端形成。
14.如上述權(quán)利要求之一所述的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器，其中，所述光學(xué)組件(30)包括構(gòu)成為光學(xué)的功能元件的區(qū)域，所述區(qū)域具有下述光學(xué)元件中的一個(gè)或多個(gè)衍射光學(xué)元件，特別是光柵，折射光學(xué)元件，特別是透鏡或棱鏡，偏振元件和/或分光鏡。
15.一種用于分析流體的測(cè)量系統(tǒng)，具有閥、泵、用于流體和試劑的混合腔、具有傳感器的測(cè)量站，特別是用于檢測(cè)透射、吸收、濁度或熒光，所述測(cè)量站在空間上并排地且重疊地設(shè)置，并且光路段00)通向所述測(cè)量站，并且所述測(cè)量系統(tǒng)具有如上述權(quán)利要求之一所述的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器(10)，其中，光路段00)可選地相互光耦合，并且因此光學(xué)控制所選的測(cè)量站。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光機(jī)械轉(zhuǎn)換器(10)，其用于產(chǎn)生分別由多個(gè)光路段(20)中的兩個(gè)組成的不同的光路，所述光路段沿不同的空間方向定向，所述光機(jī)械轉(zhuǎn)換器構(gòu)成有光學(xué)組件(30)，每個(gè)光路段(20)的一個(gè)端部面向所述光學(xué)組件，并且所述光學(xué)組件沿橫向于所述光路段(20)的運(yùn)動(dòng)方向可在不同的轉(zhuǎn)換位置之間直線運(yùn)動(dòng)，在所述轉(zhuǎn)換位置中所述光學(xué)組件可選地將不同光路段(20)相互光耦合。此外，設(shè)有用于借助這種類(lèi)型的光機(jī)械轉(zhuǎn)換器(10)分析流體的測(cè)量系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01N21/00GK102236166SQ201110121658
公開(kāi)日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者蒂莫·馬佩斯, 馬爾科·布拉默 申請(qǐng)人:卡爾斯呂厄技術(shù)研究所, 比爾克特韋爾克有限公司