光学联接器和包括光学联接器的模块化光学装置的制作方法

专利2022-05-09  122



1.本发明涉及光学联接器和包括光学联接器的模块化光学装置。光学联接器包括被构型成以运动学约束配合的第一联接部和第二联接部、以及光学通道,所述光学通道用于穿过所述光学联接器沿光学轴线传输光束。联接部经由第一安装接口和至少两个另外的安装接口配合,通过将第一联接部上的第一安装元件接纳在第二联接部的承座中来提供所述第一安装接口。特别地,光学轴线在以下位置处穿过光学联接器:从第一安装接口横向地移开的距离不超过所述第一安装接口与另外的安装接口中最近的安装接口之间的距离的一半。


背景技术:

2.在光谱法中,光与样品相互作用,并且根据光的波长来测量光的传输或反射,以查明有关样品特性的信息,例如分析物浓度。光学分光光度计因此通常包括光束源和光束靶标,所述光束源典型地包括光源和一个或多个单色器。在一些分光光度计设计中,光束靶标是检测器,其中光束穿过光束源与检测器之间的样品隔室。在其他设计中,光束靶标可以是分束器,所产生的经拆分光束与多个样品并行地相互作用。在仍其他设计中,至少初始光束靶标是诸如反射镜或透镜之类的光学元件。
3.在这些设计和其他设计中,可以典型地期望将光束以高准确度从光束源传输到光束靶标。光学分光光度计因此通常被构造为集成单元,从而允许制造商在将仪器交付给客户之前或在安装过程中准确地地对准光学部件。
4.模块化光学分光光度计提供了优于集成设计的大量优势,在所述模块化光学分光光度计中,光束源和光束靶标存在于不同模块中。光束源与(多个)样品隔室和/或检测系统的模块化分离为定制用于特定分析的装置提供了机会。因此,例如一个光束源模块可以可互换地联接至多个测量模块,所述多个测量模块被构型用于分析不同样品类型,或者被构型用于与不同检测器系统进行不同组测量。替代性地,取决于光束需求,不同光束源模块可以联接至相同的样品模块和相同的检测器模块。而且,模块化设计允许互换模块以进行维护、对准或更换,从而最小化停机时间并降低成本。
5.模块化光学装置通常结合光学联接器,所述光学联接器包括被设计成允许模块可逆联接的机械接口。然而,在联接、解联接和重新联接时,接口组件在两个模块的相对位置中引入误差,这进而导致将光束不精确地传输到光束靶标上。因此,必须仔细设计和制造机械接口,以最小化此误差。
6.在要互换模块时问题就复杂了,因为每个可互换模块上的接口部件的机械公差都会引入进一步的误差。而且,由于可能不在同一设备上生产或对准可互换模块,所以生产夹具或对准夹具的机械公差又引入了进一步的不准确性。作为结果,在光束精准度和准确性方面,模块化光学分光光度计比集成设计通常需要容置更大误差预算。
7.尽管前面的讨论特定地涉及光学分光光度计,但是将理解,原理适用于广泛的其他模块化光学装置,所述其他模块化光学装置具有在单独的模块中的光束源和光束靶标、
以及机械接口,以可逆地联接所述模块。
8.因此,持续需要光学联接器和包括此类光学联接器的模块化光学装置,所述模块化光学装置至少部分地解决了上述缺点中的一个或多个或者提供了有用的替代方案。
9.本文所参考的专利文件或作为现有技术给出的其他事项不应被视为承认所述文件或事项是已知的,或者承认所述文件或事项所包含的信息是任何权利要求书的优先权日期时的公共常识的一部分。


技术实现要素:

10.根据第一方面,本发明提供了一种光学联接器,其包括:第一联接部和第二联接部,所述第一联接部和所述第二联接部被构型成经由第一安装接口和至少两个另外的安装接口以运动学约束配合,其中:所述第一联接部包括第一安装元件,而所述第二联接部包括承座,并且所述第一安装元件能够在所述第一安装接口处接纳在所述承座中,使得在配合时所述第一安装接口约束所述第一联接部相对于所述第二联接部的横向位移;以及至少一个光学通道,用于穿过所述光学联接器沿光学轴线传输光束,所述光学通道包括在所述第一联接部和所述第二联接部中的互补的光传输端口,其中,所述光学轴线从所述第一安装接口横向地移开的距离不超过所述第一安装接口与所述另外的安装接口中最近的安装接口之间的距离的一半。
11.在一些实施方案中,所述光学轴线从所述第一安装接口横向地移开的距离不超过所述第一安装接口与所述另外的安装接口中最近的安装接口之间的距离的三分之一、或者不超过四分之一、或者不超过八分之一。
12.在一些实施方案中,所述光学轴线穿过所述第一安装接口。所述互补的光传输端口可以是所述第一安装元件和所述承座内的孔口。因此当将所述第一安装元件接纳在所述承座中时,可以提供绕所述光学通道的基本上不透光的密封。
13.在一些实施方案中,所述第一安装元件包括一个或多个凸形安装接触表面,用于当将所述第一安装元件接纳在所述承座中时与一个或多个承座接触表面接触。所述凸形安装接触表面可以是球形的,并且可以具有球截形的形式。在一些替代实施方案中,所述承座包括一个或多个凸形承座接触表面,用于在将所述第一安装元件接纳在所述承座中时与一个或多个安装元件接触表面接触。
14.在一些实施方案中,所述承座是圆锥形承座,即具有圆形截面。在一些替代实施方案中,所述承座是三面体承座。
15.预期当安装接口的横向位置变化时,所述光学轴线可以基本上与联接部之间的穿过所述第一安装接口的旋转轴线对准。因此,在一些实施方案中,当配合时,所述光学轴线与延伸穿过所述第一安装元件和所述承座的中心的轴线基本上对准。
16.在一些实施方案中,所述互补的光传输端口中的至少一个是最大宽度小于30mm(诸如小于20mm,例如小于10mm)的孔口。
17.在一些实施方案中,所述另外的安装接口由一个v形安装接口和一个扁平(flat)安装接口组成。在一些替代实施方案中,所述另外的安装接口由两个半v形安装接口和一个扁平安装接口组成。
18.在一些实方案中,所述第一联接部包括另外的安装元件,所述另外的安装元件具
有凸形接触表面以用于在所述至少两个另外的安装接口中的每一个处与所述第二联接部接触。
19.在一些实施方案中,所述光学联接器进一步包括夹持机构,所述夹持机构被构型成当配合时将所述第一联接部和所述第二联接部可释放地保持在一起。
20.根据第二方面,本发明提供了一种模块化光学装置,所述模块化光学装置包括根据本文公开的实施方案中的任何一个的光学联接器。
21.在一些实施方案中,所述模块化光学装置包括第一模块和第二模块,所述第一模块包括光束源,所述第二模块包括光束靶标,其中,所述第一模块经由所述光学联接器可释放地联接至所述第二模块,使得光束能够穿过所述光学通道从所述光束源传输到所述光束靶标。
22.在一些此类实施方案中,所述模块化光学装置进一步包括一个或多个第三模块和/或一个或多个第四模块,其中:所述第三模块包括光束源,并且所述第一模块和所述第三模块可互换地联接至所述第二模块,而所述第四模块包括光束靶标,并且所述第二模块和所述第四模块可互换地联接至所述第一模块。当所述第一模块和所述第三模块互换时和/或当所述第二模块和所述第四模块互换时,所述光束可以以优于50微米的准确性传输至所述光束靶标上。
23.在一些实施方案中,所述模块化光学装置是光学分光光度计。
24.根据第三方面,本发明提供了一种模块化光学装置,其包括至少第一模块和第二模块,其中:所述第一模块和所述第二模块中的一个包括第一联接部,而所述第一联接部和所述第二联接部中的另一个包括第二联接部,所述第一联接部和所述第二联接部被构型成经由第一安装接口和至少两个另外的安装接口以运动学约束配合,其中:所述第一联接部包括第一安装元件,而所述第二联接部包括承座,并且所述第一安装元件能够在所述第一安装接口处接纳在所述承座中,使得在配合时所述第一安装接口约束所述第一联接部相对于所述第二联接部的横向位移;并且所述第一模块包括光束源,而所述第二模块包括光束靶标,其被构型成使得当所述第一联接部和所述第二联接部配合时,所述光束源沿光学轴线将光束传输到所述光束靶标上,其中,所述光学轴线从所述第一安装接口横向地移开的距离不超过所述第一安装接口与所述另外的安装接口中最近的安装接口之间的距离的一半。
25.在一些实施方案中,所述光学轴线从所述第一安装接口横向地移开的距离不超过所述第一安装接口与所述另外的安装接口中最近的安装接口之间的距离的三分之一、或者不超过四分之一、或者不超过八分之一。
26.在一些实施方案中,所述光学轴线穿过所述第一安装接口。因此,所述光束传输穿过所述第一安装元件和所述承座内的互补孔口。在一些实施方案中,当将所述第一安装元件接纳在所述承座中时,可以因此提供绕所述光学通道的基本上不透光的密封。
27.预期当安装接口的横向位置变化时,所述光学轴线可以基本上与联接部之间的穿过所述第一安装接口的旋转轴线对准。因此,在一些实施方案中,当配合时,所述光学轴线与延伸穿过所述第一安装元件和所述承座的中心的轴线基本上对准。
28.在一些实施方案中,所述模块化光学装置进一步包括一个或多个第三模块,其中:所述第一模块和所述第三模块可互换地联接至所述第二模块,并且所述第三模块包括光束
源,所述光束源被构型成使得当所述第二模块和所述第三模块联接时,所述光束源将光束沿光学轴线传输至所述第二模块的所述光束靶标上。因此,当所述第一模块和所述第三模块互换时,所述光束可以以优于50微米的准确性传输至所述光束靶标上。
29.在一些实施方案中,所述模块化光学装置进一步包括一个或多个第四模块,其中:所述第二模块和所述第四模块可互换地联接至所述第一模块,并且所述第四模块包括光束靶标,所述光束靶标被构型成使得当所述第一模块和所述第四模块联接时,所述第一模块的所述光束源将光束沿着光学轴线传输到所述光束靶标上。因此,当所述第二模块和所述第四模块互换时,所述光束可以以优于50微米的准确性传输到所述光束靶标上。
30.在一些实施方案中,所述第一安装元件包括一个或多个凸形安装接触表面,用于当将所述第一安装元件接纳在所述承座中时与一个或多个承座接触表面接触。所述凸形安装接触表面可以是球形的,并且可以具有球截形的形式。在一些替代实施方案中,所述承座包括一个或多个凸形承座接触表面,用于在将所述第一安装元件接纳在所述承座中时与一个或多个安装元件接触表面接触。
31.在一些实施方案中,所述承座为圆锥形承座;即具有圆形截面。在一些替代实施方案中,所述承座是三面体承座。
32.在一些实施方案中,所述另外的安装接口由一个v形安装接口和一个扁平(flat)安装接口组成。在一些替代实施方案中,所述另外的安装接口由两个半v形安装接口和一个扁平安装接口组成。
33.在一些实方案中,所述第一联接部包括另外的安装元件,所述另外的安装元件具有凸形接触表面以用于在所述至少两个另外的安装接口中的每一个处与所述第二联接部接触。
34.在一些实施方案中,所述模块化光学装置进一步包括夹持机构,所述夹持机构被构型成当配合时将所述第一联接部和所述第二联接部可释放地保持在一起。
35.在一些实施方案中,所述模块化光学装置是光学分光光度计。
36.在说明书(包括权利要求书)中使用术语“包括(comprise)”、“包括(comprises)”和“包括(comprising)”的情况下,它们应解释为指定规定的特征、整数、步骤或部件,但不排除存在一个或多个其他特征、整数、步骤或部件,或其群组。
37.如本文所使用的,关于所公开的装置的各种特征的术语“第一”、“第二”、“第三”等被任意地分配,并且仅旨在在各种实施方案中对所述装置可以结合的两个或更多个此类特征之间进行区别。术语本身并不表示任何特定的取向或顺序。而且,应当理解,“第一”特征的存在并不意味着存在“第二”特征,“第二”特征的存在并不意味着存在“第一”特征等。
38.下面在本发明的详细描述中出现了本发明的进一步方面。
附图说明
39.这里将参考附图仅通过实施例来展示本发明的实施方案,在附图中:
40.图1以平面视图示意性地描绘了博伊斯(boyes)运动学夹具布置,其示出了当配合时一个安装元件的横向位置的变化对两个联接部的相对位置的影响。
41.图2以平面视图示意性地描绘了开尔文(kelvin)运动学夹具布置,其示出了当配合时一个安装元件的横向位置的变化对两个联接部的相对位置的影响。
42.图3以透视图描绘了根据本发明的实施方案的光学联接器。
43.图4以透视图描绘了根据本发明的另一个实施方案的光学联接器。
44.图5以透视图描绘了根据本发明的另一个实施方案的光学联接器。
45.图6以侧横截面视图示意性地描绘了根据本发明的一些实施方案的光学联接器的第一安装接口。
46.图7以平面视图描绘了根据本发明的另一个实施方案的光学联接器。
47.图8以平面视图描绘了根据本发明的另一个实施方案的光学联接器。
48.图9以透视图描绘了根据本发明的另一个实施方案的光学联接器,其中联接部之一被集成到模块化光学装置的模块中。
49.图10以侧截面视图示意性地描绘了根据本发明的实施方案的模块化光学装置,其中第一模块和第二模块与光学联接器联接,所述第一模块可以与第三模块互换,并且所述第二模块可以与第四模块互换。
具体实施方式
50.本发明涉及可以被用于联接模块化光学装置的模块的光学联接器。光学联接器包括第一联接部和第二联接部,所述第一联接部和所述第二联接部被构型成经由第一安装接口和至少两个另外的安装接口以运动学约束配合。第一联接部包括第一安装元件,并且第二联接部包括被构型成接纳所述第一安装元件的承座,将所述第一安装元件接纳在所述承座中提供了第一安装接口。根据运动学约束的原理,在配合时,第一安装接口约束联接部的所有三个平移自由度,并且因此约束所有相对横向位移。
51.光学联接器包括光学通道,光束可以穿过所述光学通道沿光学轴线传输。光学通道包括在第一联接部和第二联接部中的互补的光传输端口,所述互补的光传输端口的尺寸至少足以传输光束。光学轴线穿过靠近第一安装接口的第一部和第二部,并且优选地直接穿过所述第一安装接口。特别地,光学轴线从第一安装接口横向地移开的距离不超过第一安装接口与另外的安装接口中最近的安装接口之间的距离的一半。诸位发明人已经发现,当在由光学联接器联接的模块之间传输光束时,这种布置导致有利的高准确度。
52.如本文中所使用的,当配合时,一个联接部相对于另一个联接部的横向位移是在与延伸穿过第一安装元件的和承座的中心的轴线正交的方向上的位移。如本文中所使用的,从第一安装接口横向移开光学轴线是指在与延伸穿过第一安装元件的和承座的中心的轴线正交的方向上从所述第一安装接口的中心移开的距离。
53.如本文所使用的,光传输端口是指联接部的足以传输光并且具有足以使光束可以通过所述端口传输的尺寸的任何区域,并且包括诸如封闭孔口之类的物理开口和由适当透明材料制成的实心窗口。
54.运动学约束的原理可以用来约束主体,或者以更高的准确性来更准确地地约束两个主体的相对运动或相对位置。主体具有六个自由度,分别是沿x轴、y轴和z轴的三个平移以及绕这些轴的三个旋转。因此,两个主体之间的六个接触点(每个接触点被构型成限制一个自由度)允许所述主体在保持接触时相对于彼此精确地且可重复地定位。将理解的是,运动学约束表示数学理想,并且实际的被称为处于运动学约束的装置总是偏离该理想。例如,制造限制和压力下的变形会阻止主体之间理想化的单点接触。
55.已经公开了用于以运动学约束中将两个主体保持在一起的多个接口构型。博伊斯夹具是一种这样的构型,其适于在两个主体的平坦侧之间提供运动学接口。在典型的博伊斯构型中,主体之一配备有具有球形接触表面的三个安装元件(通常是球安装座)。另一个主体配备有具有两个相对成角度平坦表面的三个v形通道(以下称“v形件”)。每个v形件被构型成接纳一个球安装座,其中接触点在每个相对表面上,因此提供一个安装接口。每个v形件因此约束两个自由度,使得当两个主体以预张紧力保持在一起时,由三个安装接口提供完全的运动学约束。
56.因此,可以使用博伊斯夹具布局来提供光学装置的模块之间的光学联接器的机械接口。然而,诸位发明人已经认识到,例如作为在构造可互换模块时的机械公差的结果,接口部件的位置的可变性导致接口表面上的每个点的横向位移。当模块中的一个互换时,这将导致将光束从一个模块传输到第二模块中的光束靶标的不准确性。
57.参考图1可以更好地理解这一点,在图1a中描绘了主体部101与主体部102之间的博伊斯运动学接口100,所述博伊斯运动学接口包括主体部101上的球形安装元件107、108和109以及覆盖在(在图中重叠示出的)主体部102上的v形件104、105和106。球形安装元件107、108和109分别接纳在v形件104、105和106中,从而将主体部101和主体部102置于运动学约束中。
58.在图1b中,安装元件107在主体部101上向左移位,代表以下情况:包括主体部101的模块被互换,并且每个模块上的接口部件的位置均具有预期的机械公差。如图1a中所见,安装元件107的先前位置用虚线107a示出。主体部101和主体部102再次处于运动学约束,其中安装元件107、108和109分别接纳在v形件104、105和106中。安装元件107的移位使主体部102上的每个位置相对于主体部101横向位移,如例如在安装元件108的相对于用虚线108a示出的其先前位置的位置中所指示的。类似地,如图1c中所见,安装元件107相对于用虚线107a示出的其先前位置的竖直移位也使主体部102上每个位置相对于主体部101横向位移。
59.开尔文夹具是适于在两个主体之间提供运动学接口的另一种构型。在典型的开尔文构型中,一个主体再次配备有具有球形接触表面的三个安装元件(通常是球安装座)。另一个主体配备有一个承座、一个v形件(具有朝着所述承座取向的凹槽)和一个扁平表面。当主体配合时,球安装座分别接纳在承座和v形件中,并且抵靠扁平表面,从而提供三个安装接口。承座被构型成在将主体保持在一起时约束三个自由度,即,包括所述主体相对于彼此的两个法向横向位移的所有三个平移。v形件和扁平表面分别约束两个旋转自由度和一个旋转自由度,因此完全约束两个主体。
60.理想地,承座是三面体承座,具有绕所述承座对称布置的三个成角度平坦表面,以在将球安装座接纳在所述承座中时提供三个接触点。然而,特别地,可以使用圆锥形承座,从而在承座与球安装座之间提供圆形接触线。这种布置提供了理想三面体承座的运动学约束的令人满意的近似值。
61.诸位发明人已经认识到,由开尔文夹具布置中的接口部件的位置可变性引起的接口表面的相对横向位移对于更靠近承座安装接口的点而言较小。在承座本身的中心处,横向位移基本上为零,仅存在接口表面的相对旋转。因此,如果光学轴线被安置成靠近并且优选地直接穿过承座安装接口,则光学装置的可互换模块的接口部件中的机械公差的影响被最小化。因此,来自一个模块中的光束源的光束可以以高精确度且在互换模块时以高准确
性传输至第二模块中的光束靶标。
62.参考图2可以更好地理解这一点,图2a中描绘了主体部201与主体部202之间的开尔文运动学接口200,所述开尔文运动学接口包括主体部201上的球形安装元件207、208和209以及覆盖在(在图中重叠示出的)主体部202上的承座205、v形件204和扁平表面206。球形安装元件208、207和209分别接纳在承座205、v形件204和扁平表面206中,从而将主体部201和主体部202置于运动学约束中。
63.在图2b中,安装元件207在主体部201上向左移位,代表以下情况:包括主体部201的模块被互换,并且每个模块上的接口部件的位置具有预期的机械公差。如图2a中所见,安装元件207的先前位置用虚线207a示出。主体部201和主体部202保持运动学约束,其中安装元件208、207和209分别接纳在承座205、v形件204和扁平表面206中。在这种情况下,安装元件207的侧向移位不会使主体部201和主体部202相对于彼此运动,因为所述安装元件仅沿接纳其的v形件的轴线移动。
64.在图2c中,安装元件207在主体部201上竖直移位,如通过比较用虚线207a示出的其先前位置所指示的。主体部201和主体部202再次处于运动学约束,其中安装元件208、207和209分别接纳在承座205、v形件204和扁平表面206中。安装元件207的竖直移位使主体部202相对于主体部201旋转,其中旋转轴线在由承座205和安装元件208提供的安装接口处。因此,主体上的更靠近该安装接口的位置比更远离旋转轴线的位置横向位移更小的量。安装元件208和承座205根本不相对于彼此横向移位,而仅受到旋转。
65.还将理解,安装元件209的横向位置的变化对主体部201和主体部202的相对位置没有影响,因为它仅受扁平表面206约束。而且,安装元件208的横向位置的变化再次仅产生主体部201和主体部202绕承座安装接口的相对旋转。
66.现在将参考图3描述本发明的实施方案,其描绘了光学联接器300。光学联接器300包括被构型成经由三个安装接口以运动学约束配合的第一联接部301和第二联接部302。联接部具有基本上平坦的固体构型,所述联接部可以适当地集成到模块化光学分光光度计或其他模块化光学装置中的模块的互补接口连接侧。
67.第一联接部301包括第一安装元件308,所述第一安装元件具有球截形形式的球形接触表面311。如本文所使用的,球形接触表面至少在预期接触点处并且紧挨着所述预期接触点周围具有基本上球形的轮廓。第二联接部302包括具有圆锥形承座接触表面312的承座305。承座305被构型成接纳第一安装元件308,进而形成第一安装接口(“承座安装接口”),其中接触表面311和接触表面312接触。当配合时,这约束了联接部301和联接部302相对于彼此的所有三个平移,并且因此约束了所有相对的横向位移。
68.第一联接部301还包括分别具有球形接触表面313和球形接触表面314的第二安装元件307和第三安装元件309。接触表面313呈球截形的形式,而接触表面314为半球形。第二联接部302包括v形件304和具有扁平接触表面316的扁平表面306,所述v形件具有两个v形接触表面315并且其v形凹槽朝着承座取向。v形件304被构型成接纳第二安装元件307,进而形成第二安装接口(“v形安装接口”),其中接触表面313和接触表面315接触。扁平表面306被构型成与安装元件309接触,进而形成第三安装接口(“扁平安装接口”),其中接触表面314和接触表面316接触。在所有三个平移由第一安装接口约束的情况下,第二安装接口和第三安装接口一起约束联接部301和联接部302的所有三个旋转自由度。因此,当将第一安
装接口、第二安装接口和第三安装接口保持在一起时,它们协作以将联接主体置于完全的运动学约束中。
69.光学联接器300包括光学通道,当联接部301和联接部302配合时,光束可以穿过所述光学通道传输。光学通道由联接部301中的圆形孔口317和联接部302中的圆形孔口318提供。所述孔口是互补的,因为当联接部301和联接部302配合时它们被对准以便允许光束沿光学轴线穿过。而且,所述孔口的直径足以允许光束被投射穿过光学通道而不会被削波。对于光学分光光度计的情况,孔口的直径可以小于30mm(诸如小于20mm)。
70.孔口317穿过其外围被球形接触表面311包围的第一安装元件308。孔口318穿过其外围被圆锥形承座接触表面312包围的承座305的底部。因此,当联接部301和联接部302配合时,光学通道穿过第一安装接口,其中光学轴线基本上正交于由三个安装接口所限定的横向平面。有利地,根据本文公开的原理,穿过第一安装接口的光学轴线的定位使由可互换的联接部的接口部件中的机械公差引起的光束不准确性最小化。而且,球形接触表面311与圆锥形承座接触表面312之间的圆形接触线提供了绕光学通道的基本不透光的密封。该密封有利地最小化了外来光进入所述光学通道。
71.将理解,在不脱离本发明的范围的情况下,第一安装接口、第二安装接口和第三安装接口中的一个或多个的取向可以颠倒。因此,与图3中描绘的构型相比,安装元件307可以替代地位于联接部302上并且v形件304位于联接部301上和/或安装元件309可以替代地位于联接部302上并且扁平表面306位于联接部301上。而且,不需要安装接口位于联接部的平坦表面之间,或者不需要限定与此类表面对准的平面。例如,安装接口中的一个或多个可以下凹进入联接部之一中。
72.光学联接器300可以进一步包括夹持机构(未示出),所述夹持机构被构型成在配合时以预张紧力将第一联接部301和第二联接部302可释放地保持在一起。所述预张紧力应足以以运动学约束将联接部牢固地保持在一起,使得所述联接部的相对位置不受由使用中预期的碰撞或震动所引起的外力干扰。夹持机构通常应被构型成释放两个模块,使得它们可以彼此分开并且在需要时互换。
73.现在将参考图4描述本发明的另一个实施方案,其描绘了光学联接器400。光学联接器400与光学联接器300相同,其中相同的部件类似地编号,除了承座405是具有绕所述承座对称布置的三个平坦接触表面412的三面体承座(在图4中对接触表面412a和接触表面412b进行了编号)之外。因此,承座405被构型成接纳第一安装元件308,其中球形接触表面311在单个接触点处邻接平面接触表面412中的每一个。有利地,承座405的三面体设计提供了高度可再现的运动学安装接口。然而,与光学联接器300相比,将第一安装元件308接纳在承座405中可能不会提供绕由孔口317和孔口318所限定的光学通道的不透光密封。
74.现在将参考图5描述本发明的另一个实施方案,其描绘了光学联接器500。光学联接器500类似于光学联接器300,其中相同的部件类似地编号。然而,代替v形件,第二联接部301包括分别具有相对成角度的接触表面515a和515b的两个半v形件504a和504b。而且,联接部301包括分别具有球形接触表面513a和513b的第二安装元件507a和第四安装元件507b。半v形件504被构型成接纳它们相对应的安装元件507,其中接触表面513a和接触表面515a与接触表面513b和接触表面515b接触,进而形成两个不同安装接口(“半v形安装接口”)。因此,联接部301和联接部302经由四个安装接口以完全运动学约束配合。
75.在光学联接器300、400和500的每一个中,通过将安装元件接纳在承座中来限定第一安装接口,其中所述安装元件具有球形接触表面。在图6b中以侧截面视图描绘了该布置的另一个实施例,其示出了具有接纳在圆锥形承座605b中的球形接触表面611b的安装元件608b,所述圆锥形承座具有在描绘的截面视图中为线型的成角度平面接触表面612b。承座605b可以替代性地是三面体的,即具有绕所述承座对称地布置的三个成角度平坦接触表面612b,以接收球形接触表面611b。然而,将理解,当安装元件608b具有凸形接触表面611b时,通常可以提供令人满意的运动学接触,其中完美球形接触表面仅仅代表合适的凸形接触表面的理想形式。
76.而且,将理解,承座接触表面可以由运动学约束所需的凸形接触表面所替代。在图6a中以侧视图描绘了这种布置的实施例,其示出了安装元件608a被接纳在承座605a中。在这种情况下,在如所描绘的截面中,承座接触表面612a是凸形的,并且优选地是球形的。安装元件608a具有在描绘的侧截面视图中为线型的圆锥形接触表面611a。
77.现在将参考图7描述本发明的另一个实施方案,其示意性地描绘了光学联接器700。光学联接器700包括如在图中示出的经由三个安装接口以运动学约束配合的第一联接部701和第二联接部702。第一联接部701包括球形表面安装元件708、707和709。(在图中以虚线重叠示出的)第二联接部702包括圆锥形承座705、v形件704和扁平表面706。承座705在第一安装接口处接纳安装元件708,而通过将球形表面安装元件707接纳在v形件704中并且使球形表面安装元件709抵靠扁平表面706来提供第二安装接口和第三安装接口。三个安装接口限定了一个大致等边的三角形。
78.光学联接器700包括可以穿过其传输光束的光学通道720。光学通道由联接部701中的非圆形孔口717和联接部702中的非圆形孔口718提供。虽然没有完美地重叠,但是所述孔口是互补的,因为它们被对准并且其尺寸被足够地设计以便允许光束沿光学轴线穿过光学通道720。
79.与光学联接器300不同,穿过光学通道720传输的光束的光学轴线不穿过第一安装接口,而是代替地从所述第一安装接口横向地移开。然而,它从第一安装接口横向地移开的距离小于第二安装接口和第三安装接口(如在图7中所描绘的扁平接口)中较近的一个与第一安装接口之间的横向距离的一半。虽然在联接部701或联接部702中的一个与另一个联接部进行了互换的情况下孔口717和孔口718的相对位置将因此有一些横向位移,但是光学通道720与第一安装接口处的旋转中心的接近度与更远移开位置(诸如由三个安装接口所限定的等边三角形的质心721)相比有利地减小了误差。
80.继续参考图7,因此将理解,光学通道702可以位于以第一安装接口为中心的圆722内的任何位置。圆722由半径r限定,如所描绘的,所述半径是第二安装接口和第三安装接口中最近的安装接口与第一安装接口之间的距离d的一半。根据本文公开的原理,当互换联接部中的一个时,由接口部件中的机械公差所引起的联接部701和联接部702的在光学通道702处的相对横向位移随光学通道702接近第一安装接口而被最小化。因此,在一些实施方案中,r可以小于d的三分之一、或者小于d的四分之一、或者小于d的八分之一。
81.可选地,光学联接器可以包括多个光学通道,每个光学通道由联接部701和联接部702中的相应孔口提供。光学通道中的至少一个、并且优选地每一个位于圆722内。以这种方式,多个光束(例如,光学分光光度计中的样品光束和参考光束)可以通过联接部传输到相
应的靶标,根据本文公开的原理每个光束以高准确性传输。
82.现在将参考图8描述本发明的另一个实施方案,其示意性地描绘了光学联接器800。光学联接器800类似于光学联接器700,其中相同的部件类似地编号。然而,光学通道820由联接部701中的开口817和联接部702中的互补开口818提供,这两个开口均呈狭缝开口的形式,所述狭缝开口从所述联接部的边缘向内延伸。虽然穿过联接部的开口的对准区域因此延伸到两个联接部的边缘,但是穿过光学通道820传输的光束的光学轴线823依然靠近由承座705和球形表面安装元件708所限定的第一安装接口。特别地,光学轴线823从第一安装接口横向地移开的距离小于第二安装接口和第三安装接口中更近的安装接口与第一安装接口之间的横向距离的一半。
83.在光学联接器300、400、500、700和800中的每一个中,光学通道由联接部中的互补开口提供。然而,将理解,不一定需要物理开口。例如,光学通道可以适当地由联接部中的任何互补透光端口(例如,诸如玻璃之类的透明材料的实心窗口)提供。
84.现在将参考图9描述本发明的另一个实施方案,其描绘了光学联接器900。光学联接器900包括被构型成经由三个安装接口以运动学约束配合的第一联接部901和第二联接部902。联接部901被集成到光学分光光度计的第一模块923的一侧中,而联接部902可以位于将可逆地联接至所述模块923的第二模块(未示出)上。
85.第一联接部901包括安装元件908、907和909,而第二联接部902包括圆锥形承座905、v形件904和扁平表面906。承座905在第一安装接口处接纳安装元件908,而通过将安装元件907接纳在v形件904中并且将安装元件909抵靠扁平表面906来提供第二安装接口和第三安装接口。
86.由穿过联接部901中的第一安装元件908的圆形孔口917和穿过联接部902中的承座905的圆形孔口918来提供穿过光学联接器900的光学通道。当联接部901和联接部902配合时,来自模块923中的光束源的光束可以穿过光学通道传输到第二模块中的光束靶标(或者替代性地,以相反的方式)。如本文针对光学联接器300所描述的,该布置有利地最小化了由可互换模块上的接口部件中的机械公差所引起的光束不准确性,并且提供了绕光学通道的基本不透光的密封。
87.光学联接器900包括夹持机构,所述夹持机构包括在联接部901上的被构型成接纳联接部902的钩子925的闩锁924。在使用中,联接部901和联接部902可以以运动学约束配合,并且使用锁定手柄926用预张紧力保持在一起。从图9中所见的脱离位置顺时针旋转锁定手柄926,从而将钩子925紧固在闩锁924中并且对联接至钩子925(未示出)的板簧(未示出)进行加载。被加载的板簧通过弹簧力使联接部朝向彼此偏置。当需要时,可以通过将锁定手柄926逆时针旋转回到脱离位置来使联接部901和联接部902解联接。
88.本发明还涉及典型地包括如本文所描述的光学联接器的模块化光学装置。模块化光学装置包括具有光束源的第一模块和具有光束靶标的第二模块。第一模块可以适当地包括光学联接器的第一联接部或者第二联接部,而另一个联接部存在于第二模块上。因此,第一模块可以经由光学联接器可释放地联接至第二模块,使得光束可以沿着光学轴线从光束源传输到光束靶标。
89.如本文所公开的,优选的是,光学轴线从第一安装接口横向地移开的距离不超过第一安装接口与其他安装接口中最近的安装接口之间的距离的一半。最优选地,光学轴线
穿过第一安装接口。而且,根据本文所公开的原理,光学轴线优选地基本上与联接部之间的穿过第一安装接口的期望旋转轴线对准,这是由安装接口部件的横向位置的公差所引起的。因此,在一些实施方案中,当配合时,光学轴线与延伸穿过第一安装元件和承座的中心的轴线对准,或者实际上与之共轴。
90.在一些实施方案中,模块化光学装置是光学分光光度计,并且以下讨论通常将涉及此类装置。然而,模块化光学装置原则上可以是具有在单独的模块中的光束源和光束靶标的广范围的模块化光学装置,所述单独的模块由如所描述的光学联接器所联接。
91.第一模块中的光束源可以包括诸如灯之类的光源。用于uv

vis光学分光光度计的合适的灯的实施例是包括包含在加压氙气中的电极的短弧闪光灯。光束源还可以包括被构型成产生具有窄波长范围的(即,基本上是单色的)光的一种或多种常规设计的单色仪。典型地,单色仪系统被构型成在期望的扫描范围内改变单色光束的波长。因此,在一些实施方案中,由光束源传输的光束可以在第二模块中的预期的光束靶标处具有尺寸在2mm至7mm范围内的光束斑块,但是将理解,较小或较大的光束斑块将适用于其他申请。
92.将理解,第一模块可以包括其他常规部件和与光束源相关联的机械部件、电子器件部件以及计算部件,所述其他常规部件包括光学元件(诸如反射镜、透镜)、色散元件(诸如衍射光栅和棱镜)、以及光纤元件/波导元件。在一些实施方案中,第一模块包括两个或更多个光束源,或者包括被构型成将主光束分成两个或更多个经拆分光束的分束器。因此,可以将多个光束(例如,样品光束和参考光束)传输到第二模块中的相应光束靶标上。在此类实施方案中,这些光束中的至少一个并且可选地每一个穿过根据本发明的光学联接器中的光学通道传输。优选地,根据本文公开的原理,穿过光学联接器的每个光束的光学轴线接近或确实穿过第一安装接口。因此,可以为每个光束提供高光束准确性的好处。
93.第二模块中的光束靶标可以是常规设计的检测器,所述检测器被构型成典型地在期望范围内扫描单色光的波长时检测从第一模块中的光束源传输的光束的强度。可以在第二模块中提供样品隔室(诸如被构型成接纳样品比色杯的比色杯保持器),以使得当在分析期间被传输到检测器时,光束穿过样品。在其他实施方案中,第二模块中的初始光束靶标可以是例如在申请人的pct专利申请pct/ib2018/050245中公开的分束器,或者例如在申请人的澳大利亚临时专利申请2018901362中公开的光学波导,所述两个专利申请通过引用并入本文。在其他实施方案中,初始光束靶标是例如被构型成将光束朝着诸如检测器之类的最终光束靶标重定向的诸如反射镜或透镜之类的光学元件。因此,例如设想检测器可以与光束源一起位于第一模块中。然后,第二模块包含用于分析的样品和相关联的光学器件,以指引来自光束源的光束通过所述样品并且返回到第一模块中以进行检测。
94.将理解,第二模块可以包括其他常规部件和与(多个)光束靶标以及样品管理相关联的机械部件、电子器件部件和计算部件,所述其他常规部件包括光学元件(诸如反射镜、透镜)、色散元件(诸如衍射光栅或棱镜)、以及光纤元件/波导元件。
95.如本文所描述的,本发明的特别优点在于:当第一模块或第二模块中的任何一个与适当兼容的另外模块互换时,即使接口部件存在公差,也可以维持较高的光束准确度。相应地,模块化光学装置可以包括一个或多个第三模块,所述一个或多个第三模块中的每一个均包括光束源。第三模块被构型成可与第一模块互换,并且因此包括光学联接器的相应的联接部和光传输端口。第一模块和第三模块可以基本上相同,这对于最小化必须移除所
述第一模块以进行修复或维护时的停机时间可以是有用的。替代性地,第一模块和第三模块可以是不同的。例如,它们可以包括不同光束源,对于不同的分析,每个光束源为优选的。可选地,第一模块和第三模块可以被构造在或对准在不同的夹具上,但仍提供期望的光束准确性。
96.模块化光学装置还可以或者替代性地包括一个或多个第四模块,所述一个或多个第四模块中的每一个均包括光束靶标。第四模块被构型成可以与第二模块互换,并且因此包括光学联接器的相应的联接部和光传输端口。第二模块和第四模块可以是基本上相同或不同的。例如,它们可以包括不同的样品系统和或检测系统,以允许进行各种不同的分析。可选地,第二模块和第四模块可以被构造在或对准在不同的夹具上,但仍提供期望的光束准确性。
97.对于模块化光学分光光度计的情况,诸位发明人已经发现,当第一模块和第三模块互换时或者当第二模块和第四模块互换时,光束以优于50微米的准确性传输至光束靶标。对于模块化光学分光光度计,实现这种准确性先前一直是有挑战性的。
98.现在将参考图10描述本发明的实施方案,其以侧截面视图示意性地示出了模块化光学装置1000。如图10a中所见,光学装置1000包括第一模块1030和第二模块1031。第一模块1030包括光束源,所述光束源包括灯1033和单色仪1034,而第二模块1031包括采用检测器1036形式的光束靶标。这些模块通过光学联接器联接,所述光学联接器包括模块1031上的第一联接部1001和模块1030上的第二联接部1002,所述联接部经由第一安装接口1005和另外的安装接口1004和1006受到运动学约束。第一安装接口1005是如本文所公开的承座安装接口,而另外的安装接口1004和1006可以是如本文所公开的扁平接口和v形接口。根据本文公开的原理,光学通道1020穿过第一安装接口1005,使得光束1037可以从光束源通过样品保持器1038传输到光束靶标1036。
99.如图10b中所描绘的,模块1030和模块1031已解联接,并且第三模块1050已代替地联接至第二模块1031。第三模块1050可以与第一模块1030相同或不同。在后一种情况下,包括灯1053和单色仪1054的光束源可以与模块1030的光束源不同。第三模块1050包括第二联接部1042,所述第二联接部被制造成与第二联接部1002基本上相同,在它们的接口部件中有不可避免的机械公差。因此,来自第三模块1050中的光束源的光束1057也可以通过样品保持器1038传输至光束靶标1036。作为光束1037的和光束1057的光学轴线的定位的结果(即,穿过第一安装接口1005),当第一模块和第三模块互换时,尽管它们的接口部件存在机械公差,但是光束1037和光束1057仍可以准确地投射到光束靶标1036上。
100.如图10c中所描绘的,模块1030和模块1031已解联接,并且第四模块1051已代替地联接至第一模块1030。第四模块1051可以与第二模块1031相同或不同。在后一种情况下,光束靶标1056和/或样品保持器1058可以与模块1031的相应部件不同。第四模块1051包括第一联接部1041,所述第一联接部被制造成与第一联接部1001基本上相同,在接口部件中有不可避免的机械公差。因此,来自第一模块1030中的光束源的光束1037也可以通过样品保持器1058传输至光束靶标1056。作为光束1037的光学轴线的定位的结果(即,穿过第一安装接口1005),当第二模块和第四模块互换时,尽管它们的接口部件存在机械公差,但是光束仍可以准确地投射到光束靶标1036和光束靶标1056上。
101.本领域技术人员将理解,本文描述的发明除了特定描述的这些之外,还可以进行
变化和修改。应当理解,本发明包括落入本发明的精神和范围内的所有此类变化和修改。

技术特征:
1.一种光学联接器,其包括:第一联接部和第二联接部,所述第一联接部和所述第二联接部被构型成经由第一安装接口和至少两个另外的安装接口以运动学约束配合,其中:所述第一联接部包括第一安装元件,并且所述第二联接部包括承座,并且所述第一安装元件能够在所述第一安装接口处接纳在所述承座中,使得在配合时所述第一安装接口约束所述第一联接部相对于所述第二联接部的横向位移;以及至少一个光学通道,用于穿过所述光学联接器沿光学轴线传输光束,所述光学通道包括在所述第一联接部和所述第二联接部中的互补的光传输端口,其中,所述光学轴线从所述第一安装接口横向地移开的距离不超过所述第一安装接口与所述另外的安装接口中最近的安装接口之间的距离的一半。2.根据权利要求1所述的光学联接器,其中,所述光学轴线从所述第一安装接口横向地移开的距离不超过所述第一安装接口与所述另外的安装接口中最近的安装接口之间的距离的三分之一。3.根据权利要求1或权利要求2所述的光学联接器,其中,所述光学轴线穿过所述第一安装接口。4.根据权利要求3所述的光学联接器,其中,所述互补的光传输端口是所述第一安装元件和所述承座内的孔口。5.根据权利要求3或权利要求4所述的光学联接器,其中,当将所述第一安装元件接纳在所述承座中时,提供了绕所述光学通道的基本上不透光的密封。6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学联接器,其中,所述第一安装元件包括一个或多个凸形安装接触表面,用于在将所述第一安装元件接纳在所述承座中时与一个或多个承座接触表面接触。7.根据权利要求6所述的光学联接器,其中,所述凸形安装接触表面具有球截形的形式。8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学联接器,其中,所述承座为圆锥形承座。9.根据权利要求1至8中任一项所述的光学联接器,其中,所述互补的光传输端口中的至少一个是最大宽度小于30mm的孔口。10.根据权利要求1至9中任一项所述的光学联接器,其中,所述另外的安装接口由一个v形安装接口和一个扁平安装接口组成。11.根据权利要求1至10中任一项所述的光学联接器,其进一步包括夹持机构,所述夹持机构被构型成当配合时将所述第一联接部和所述第二联接部可释放地保持在一起。12.一种模块化光学装置,其包括根据权利要求1至11中任一项所述的光学联接器。13.根据权利要求12所述的模块化光学装置,其包括第一模块和第二模块,所述第一模块包括光束源,所述第二模块包括光束靶标,其中,所述第一模块经由所述光学联接器可释放地联接至所述第二模块,使得光束穿过所述光学通道从所述光束源传输到所述光束靶标。14.根据权利要求13所述的模块化光学装置,其进一步包括一个或多个第三模块和/或一个或多个第四模块,其中:所述第三模块包括光束源,并且所述第一模块和所述第三模块可互换地联接至所述第
二模块,并且所述第四模块包括光束靶标,并且所述第二模块和所述第四模块可互换地联接至所述第一模块。15.根据权利要求14所述的模块化光学装置,其中,当所述第一模块和所述第三模块互换时和/或当所述第二模块和所述第四模块互换时,所述光束以优于50微米的准确性传输到所述光束靶标上。16.根据权利要求12至15中任一项所述的模块化光学装置,其中,所述模块化光学装置为光学分光光度计。17.一种模块化光学装置,其至少包括第一模块和第二模块,其中:所述第一模块和所述第二模块中的一个包括第一联接部,并且所述第一模块和所述第二模块中的另一个包括第二联接部,所述第一联接部和所述第二联接部被构型成经由第一安装接口和至少两个另外的安装接口以运动学约束配合,其中:所述第一联接部包括第一安装元件,并且所述第二联接部包括承座,并且所述第一安装元件能够在所述第一安装接口处接纳在所述承座中,使得在配合时所述第一安装接口约束所述第一联接部相对于所述第二联接部的横向位移;以及所述第一模块包括光束源,并且所述第二模块包括光束靶标,其被构型成使得当所述第一联接部和所述第二联接部配合时,所述光束源将光束沿光学轴线传输到所述光束靶标上,其中,所述光学轴线从所述第一安装接口横向地移开的距离不超过所述第一安装接口与所述另外的安装接口中最近的安装接口之间的距离的一半。18.根据权利要求17所述的模块化光学装置,其中,所述光学轴线从所述第一安装接口横向地移开的距离不超过所述第一安装接口与所述另外的安装接口中最近的安装接口之间的距离的三分之一。19.根据权利要求17或权利要求18所述的模块化光学装置,其中,所述光学轴线穿过所述第一安装接口。20.根据权利要求19所述的模块化光学装置,其中,所述光束被传输穿过所述第一安装元件和所述承座内的互补孔口,其中,当将所述第一安装元件接纳在所述承座中时,提供了基本上不透光的密封。21.根据权利要求17至20中任一项所述的模块化光学装置,其中,当配合时,所述光学轴线与延伸穿过所述第一安装元件和所述承座的中心的轴线基本上对准。22.根据权利要求17至21中任一项所述的模块化光学装置,其进一步包括一个或多个第三模块,其中:所述第一模块和所述第三模块可互换地联接至所述第二模块,并且所述第三模块包括光束源,所述光束源被构型成使得当所述第二模块和所述第三模块联接时,所述光束源将光束沿着光学轴线传输到所述第二模块的所述光束靶标上。23.根据权利要求17至22中任一项所述的模块化光学装置,其进一步包括一个或多个第四模块,其中:所述第二模块和所述第四模块可互换地联接至所述第一模块,并且所述第四模块包括光束靶标,所述光束靶标被构型成使得当所述第一模块和所述第四
模块联接时所述第一模块的所述光束源将光束沿着光学轴线传输到所述光束靶标上。24.根据权利要求17至23中任一项所述的模块化光学装置,其中,所述第一安装元件包括一个或多个凸形安装接触表面,用于在将所述第一安装元件接纳在所述承座中时与一个或多个承座接触表面接触。25.根据权利要求24所述的模块化光学装置,其中,所述凸形安装接触表面具有球截形的形式。26.根据权利要求17至25中任一项所述的模块化光学装置,其中,所述承座为圆锥形承座。27.根据权利要求17至26中任一项所述的模块化光学装置,其中,所述另外的安装接口由一个v形安装接口和一个扁平安装接口组成。28.根据权利要求17至27中任一项所述的模块化光学装置,其进一步包括夹持机构,所述夹持机构被构型成当配合时将所述第一联接部和所述第二联接部可释放地保持在一起。29.根据权利要求17至28中任一项所述的模块化光学装置,其中,所述模块化光学装置为光学分光光度计。
技术总结
本发明提供一种光学联接器,其包括:第一联接部和第二联接部,所述第一联接部和所述第二联接部被构型成经由第一安装接口和至少两个另外的安装接口以运动学约束配合,其中:第一联接部包括第一安装元件,而第二联接部包括承座,并且第一安装元件能够在第一安装接口处接纳在承座中,使得当配合时第一安装接口约束第一联接部相对于第二联接部的横向位移;以及至少一个光学通道,用于穿过光学联接器沿着光学轴线传输光束,光学通道包括在第一联接部和第二联接部中的互补的光传输端口,其中,光学轴线从第一安装接口横向地移开的距离不超过第一安装接口与另外的安装接口中最近的安装接口之间的距离的一半。接口之间的距离的一半。接口之间的距离的一半。


技术研发人员:A
受保护的技术使用者:安捷伦科技有限公司
技术研发日:2019.10.15
技术公布日:2021/6/29

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