一種折射率匹配的裝置以及方法與流程
2023-12-05 05:02:01
本發明屬於折射率匹配領域，更具體地，涉及一種折射率匹配的裝置以及方法。
背景技術：
折射率匹配是光學的重要手段，其目的使得相接觸物質的折射率符合一定規律，以減少光的反射或增大光的透射。折射率匹配在光學成像、光線耦合發射(接收)和探測等光學技術領域有著廣泛的應用，是光學成像、生物光學、粒子探測等領域的重要技術。例如：光線透過兩層介質時，需要使得兩者折射率儘可能靠近；或者兩層介質中間加入折射率可調的匹配物質，使得三種折射率間符合相應要求。
傳統上，經常使用折光計等折射率測量工具來配製折射率匹配溶液。通過測量相互接觸的折射率匹配液和目標匹配介質，判定兩者是否滿足匹配條件。但是，由於物質溫度、匹配液組分等的微小變化，通過先測量折射率再判斷匹配程度的方法往往並不準確。在此過程中，常常使用目視阿貝折光計，使用目視阿貝折光計需要取樣測量和人工對準，而取樣測量和人工對準的方式使得測量誤差較大，重複度較差。
為了解決該問題，人們會進一步的通過其他手段檢測匹配狀態。目前，多藉助顯微觀測、透射光檢測等方式。顯微觀測中，人眼觀測以及主觀判斷存在較大誤差。透射光檢測需要精確控制光源和光電傳感器可能的隨機噪聲，以減小系統的誤差。以上兩種方法都或多或少存在缺陷。
因此，需要開發一種新型的檢測匹配狀態的方法或者裝置，要求其測量方便，系統誤差小。
技術實現要素：
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種折射率匹配的裝置以及方法，其目的在於，設計匹配板，可以實時完成折射率匹配液和待匹配介質折射率的直接檢測，從而實現折射率匹配狀態實時檢測，消除了系統誤差，匹配方便、精確。
為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種折射率匹配的裝置，其包括匹配板，該匹配板包括在目標匹配介質之間設置的匹配液通道，該匹配液通道具有輸入埠和輸出埠，
該匹配液通道的敞口與目標匹配介質形成光學平面，該光學平面用於貼合在折射率測量設備上。
進一步的，所述匹配液通道為矩形狀。
進一步的，其包括光源、輸入耦合光學模塊、稜鏡、輸出耦合光學模塊、面陣器件以及圖像分析處理系統，其中，
所述光源用於產生發散光束，
所述輸入耦合光學模塊用於接收來自光源的光散光束並將其聚焦或發散，
所述稜鏡設置在所述輸入耦合光學模塊的出射光方向上，
所述匹配板的光學平面與所述稜鏡的測量面相面重合，以保證匹配溶液和目標匹配介質形成的光學面與稜鏡的測量面重合，進而使得測量光在稜鏡和匹配溶液的界面處的發生折射和反射，也同時使得測量光在稜鏡和目標匹配介質的界面處的發生折射和反射，
所述輸出耦合光學模塊設置在所述稜鏡的出射光方向上，用於收集帶有匹配液以及目標匹配介質折射率信息的反射光，
所述陣列器件用於接收帶有匹配液和目標匹配介質折射率信息的反射光，並將其轉化為光電信號，
所述圖像採集分析系統用於對所述光電信號進行處理和分析，以直接輸出待匹配液和目標匹配介質的折射率數值。
進一步的，所述稜鏡為等腰稜鏡，該等腰稜鏡的一個等腰面為光線的入射面，另一個等腰面為光線的出射面，其底面為測量面。
進一步的，工作時，從輸入耦合光學模塊的出射光入射至稜鏡的入射面，發生第一次折射和反射，折射後光線透射進入稜鏡，在稜鏡的測量面和匹配液的界面處發生反射，反射光線從稜鏡的出射面射出，被輸出耦合光學模塊接收，
由於匹配板具有容置匹配液的匹配液通道，目標匹配介質和匹配液通道中的匹配液折射率不同，對應會同時獲得關於目標匹配介質和匹配液的具有明顯界線的光斑，對光斑進行分析從而能同時獲得匹配液和目標匹配介質的折射率。
按照本發明的第二個方面，還提供一種折射率匹配的方法，其包括如下步驟：
s1：調配匹配液，並將調配好的匹配液通入匹配液通道中，直到匹配液的液面與匹配液通道的敞口齊平，
s2：開啟光源，利用折射率測量設備同時測量匹配液和目標匹配介質的折射率，
s3：判斷匹配液和目標匹配介質的折射率的匹配狀態。
進一步的，位於匹配液兩側的目標匹配介質和匹配液的折射率滿足依次增大的規律，則匹配成功。
進一步的，位於匹配液兩側的目標匹配介質和匹配液的折射率滿足依次減小的規律，則匹配成功。
進一步的，位於匹配液兩側的目標匹配介質和匹配液的折射率滿足三者相等的規律，則匹配成功。
總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：
本發明提出一種折射率匹配狀態的檢測裝置以及匹配方法，該裝置可以同時檢測折射率匹配液和目標匹配介質的折射率，即至少同時測量兩種及以上物質的折射率，並且是同時測量，從而能判斷匹配液和目標匹配介質的折射率是否匹配，本發明裝置具有同時檢測折射率和判斷匹配狀態的能力。此外，在同一測量條件和測量裝置的情況下測量匹配液和目標匹配介質的折射率，而且是實時檢測，能極大提供匹配效率和準確度。
附圖說明
圖1是本發明實施例中匹配板的結構示意圖；
圖2是本發明實施例中折射率匹配裝置的結構示意圖。
在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：
1-光源2-輸入耦合光學模塊3-稜鏡
4-匹配板5-輸出耦合光學模塊6-面陣器件
7-圖像採集分析系統
c1-匹配液通道
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
圖1是本發明實施例中匹配板的結構示意圖，由圖可知，該匹配板4包括在目標匹配介質之間設置的匹配液通道c1，該匹配液通道具有輸入埠和輸出埠，該匹配液通道的敞口與目標匹配介質形成光學平面，該光學平面用於貼合在折射率測量設備上。
在本發明的一個實施例中，所述匹配液通道為矩形狀。但是，其也可以為半圓柱狀或者其他形狀。
圖2是本發明實施例中折射率匹配裝置的結構示意圖，由圖可知，其包括光源1、輸入耦合光學模塊2、稜鏡3、輸出耦合光學模塊5、面陣器件6以及圖像分析處理系統7，其中，所述光源1用於產生發散光束，所述輸入耦合光學模塊2用於接收來自光源1的光散光束並將其聚焦或發散，所述稜鏡3設置在所述輸入耦合光學模塊2的出射光方向上，所述匹配板4的光學平面與所述稜鏡3的測量面相面重合，以保證匹配溶液的液面與稜鏡的測量面重合，進而使得測量光穿過稜鏡底面後在匹配溶液液面發生折射和反射，所述輸出耦合光學模塊5設置在所述稜鏡3的出射光方向上，用於收集帶有匹配液以及目標匹配介質折射率信息的反射光，所述陣列器件6用於接收帶有匹配液和目標匹配介質折射率信息的反射光，並將其轉化為光電信號，所述圖像採集分析系統7用於對所述光電信號進行處理和分析，以直接輸出待匹配液和目標匹配介質的折射率數值。
在本發明的一個實施例中，所述稜鏡3為等腰稜鏡，該等腰稜鏡的一個等腰面為光線的入射面，另一個等腰面為光線的出射面，其底面為測量面。
工作時，從輸入耦合光學模塊的出射光入射至稜鏡的入射面，發生第一次折射和反射，折射後光線透射進入稜鏡，在稜鏡的測量面和匹配液的界面處發生反射，反射光線從稜鏡的出射面射出，被輸出耦合光學模塊接收，由於匹配板4具有容置匹配液的匹配液通道，目標匹配介質和匹配液通道中的匹配液折射率不同，對應會同時獲得關於目標匹配介質和匹配液的具有明顯界線的光斑，對光斑進行分析從而能同時獲得匹配液和目標匹配介質的折射率。
在實際工程實踐中，可以按照如下方法進行折射率匹配，其包括如下步驟：
s1：開啟裝置。匹配液通道為空氣，首先注入去離子水，清洗通道，
s2：調配匹配液，並將調配好的匹配液通入匹配液通道c1中，直到匹配液充滿匹配液通道，
s3：利用折射率測量設備同時測量匹配液和目標匹配介質的折射率信息，
s4：判斷匹配液和目標匹配介質的折射率的匹配狀態，在本步驟中，位於匹配液兩側的目標匹配介質和匹配液的折射率滿足依次增大、或者依次減小或者三者相等，則匹配成功，完成匹配。如果匹配不成功，則進入步驟s5，
s5：如果匹配不成功，根據匹配結果調整匹配液類別或者組分，以改變液體折射率大小，接著重複步驟s2，直到匹配成功。
在實踐工程實踐中，需要滿足目標匹配介質和匹配液的折射率依次增大、依次減小或者三者相等共三種情況。
本發明中，由於輸入耦合光學模塊輸出的光線為匯聚或者發散形式，其在稜鏡3測量面上的入射角各不相同，其中包括臨界角，光線根據在稜鏡3測量面上的入射角不同而反射光能量不同，大於臨界角的光發生全反射而無透射光，小於臨界角的光發生折射而同時具有透射光和反射光，反射的光最終從稜鏡射出至外界中，被輸出耦合光學模塊接收。從稜鏡3中出射的反射光會由於待測對象折射率不同而形成具有明暗界限的光斑，該明暗界限與臨界角具有對應關係，該臨界角和待測對象的折射率具有對應關係，依此原理可獲得待測對象的折射率。
本發明提出一種折射率匹配狀態的檢測裝置，該裝置可以同時檢測折射率匹配液和目標匹配介質以上物質折射率。本發明裝置具有同時檢測折射率和判斷匹配狀態的能力。
本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。