CN107153050B - 一种折射率匹配的装置以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种折射率匹配的装置以及匹配方法，属于折射率匹配领域，其包括匹配板，该匹配板包括在目标匹配介质之间设置的匹配液通道，该匹配液通道具有输入端口和输出端口，该匹配液通道的敞口与目标匹配介质形成光学平面，其还包括光源、输入耦合光学模块、棱镜、输出耦合光学模块、面阵器件以及图像分析处理系统，匹配板的光学平面与所述棱镜的测量面相面重合，以保证匹配溶液的液面与棱镜的测量面重合，进而使得测量光穿过棱镜底面后在匹配溶液液面发生折射和反射。本发明还提供了折射率匹配方法。本发明装置可以实时完成折射率匹配液和待匹配介质折射率的直接检测，从而实现折射率匹配状态实时检测，其能消除系统误差，匹配方便而精确。

Description

一种折射率匹配的装置以及方法

技术领域

本发明属于折射率匹配领域，更具体地，涉及一种折射率匹配的装置以及方法。

背景技术

折射率匹配是光学的重要手段，其目的使得相接触物质的折射率符合一定规律，以减少光的反射或增大光的透射。折射率匹配在光学成像、光线耦合发射(接收)和探测等光学技术领域有着广泛的应用，是光学成像、生物光学、粒子探测等领域的重要技术。例如：光线透过两层介质时，需要使得两者折射率尽可能靠近；或者两层介质中间加入折射率可调的匹配物质，使得三种折射率间符合相应要求。

传统上，经常使用折光计等折射率测量工具来配制折射率匹配溶液。通过测量相互接触的折射率匹配液和目标匹配介质，判定两者是否满足匹配条件。但是，由于物质温度、匹配液组分等的微小变化，通过先测量折射率再判断匹配程度的方法往往并不准确。在此过程中，常常使用目视阿贝折光计，使用目视阿贝折光计需要取样测量和人工对准，而取样测量和人工对准的方式使得测量误差较大，重复度较差。

为了解决该问题，人们会进一步的通过其他手段检测匹配状态。目前，多借助显微观测、透射光检测等方式。显微观测中，人眼观测以及主观判断存在较大误差。透射光检测需要精确控制光源和光电传感器可能的随机噪声，以减小系统的误差。以上两种方法都或多或少存在缺陷。

因此，需要开发一种新型的检测匹配状态的方法或者装置，要求其测量方便，系统误差小。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种折射率匹配的装置以及方法，其目的在于，设计匹配板，可以实时完成折射率匹配液和待匹配介质折射率的直接检测，从而实现折射率匹配状态实时检测，消除了系统误差，匹配方便、精确。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种折射率匹配的装置，其包括匹配板，该匹配板包括在目标匹配介质之间设置的匹配液通道，该匹配液通道具有输入端口和输出端口，

该匹配液通道的敞口与目标匹配介质形成光学平面，该光学平面用于贴合在折射率测量设备上。

进一步的，所述匹配液通道为矩形状。

进一步的，其包括光源、输入耦合光学模块、棱镜、输出耦合光学模块、面阵器件以及图像分析处理系统，其中，

所述光源用于产生发散光束，

所述输入耦合光学模块用于接收来自光源的光散光束并将其聚焦或发散，

所述棱镜设置在所述输入耦合光学模块的出射光方向上，

所述匹配板的光学平面与所述棱镜的测量面相面重合，以保证匹配溶液和目标匹配介质形成的光学面与棱镜的测量面重合，进而使得测量光在棱镜和匹配溶液的界面处的发生折射和反射，也同时使得测量光在棱镜和目标匹配介质的界面处的发生折射和反射，

所述输出耦合光学模块设置在所述棱镜的出射光方向上，用于收集带有匹配液以及目标匹配介质折射率信息的反射光，

所述阵列器件用于接收带有匹配液和目标匹配介质折射率信息的反射光，并将其转化为光电信号，

所述图像采集分析系统用于对所述光电信号进行处理和分析，以直接输出待匹配液和目标匹配介质的折射率数值。

进一步的，所述棱镜为等腰棱镜，该等腰棱镜的一个等腰面为光线的入射面，另一个等腰面为光线的出射面，其底面为测量面。

进一步的，工作时，从输入耦合光学模块的出射光入射至棱镜的入射面，发生第一次折射和反射，折射后光线透射进入棱镜，在棱镜的测量面和匹配液的界面处发生反射，反射光线从棱镜的出射面射出，被输出耦合光学模块接收，

由于匹配板具有容置匹配液的匹配液通道，目标匹配介质和匹配液通道中的匹配液折射率不同，对应会同时获得关于目标匹配介质和匹配液的具有明显界线的光斑，对光斑进行分析从而能同时获得匹配液和目标匹配介质的折射率。

按照本发明的第二个方面，还提供一种折射率匹配的方法，其包括如下步骤：

S1：调配匹配液，并将调配好的匹配液通入匹配液通道中，直到匹配液的液面与匹配液通道的敞口齐平，

S2：开启光源，利用折射率测量设备同时测量匹配液和目标匹配介质的折射率，

S3：判断匹配液和目标匹配介质的折射率的匹配状态。

进一步的，位于匹配液两侧的目标匹配介质和匹配液的折射率满足依次增大的规律，则匹配成功。

进一步的，位于匹配液两侧的目标匹配介质和匹配液的折射率满足依次减小的规律，则匹配成功。

进一步的，位于匹配液两侧的目标匹配介质和匹配液的折射率满足三者相等的规律，则匹配成功。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明提出一种折射率匹配状态的检测装置以及匹配方法，该装置可以同时检测折射率匹配液和目标匹配介质的折射率，即至少同时测量两种及以上物质的折射率，并且是同时测量，从而能判断匹配液和目标匹配介质的折射率是否匹配，本发明装置具有同时检测折射率和判断匹配状态的能力。此外，在同一测量条件和测量装置的情况下测量匹配液和目标匹配介质的折射率，而且是实时检测，能极大提供匹配效率和准确度。

附图说明

图1是本发明实施例中匹配板的结构示意图；

图2是本发明实施例中折射率匹配装置的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-光源 2-输入耦合光学模块 3-棱镜

4-匹配板 5-输出耦合光学模块 6-面阵器件

7-图像采集分析系统

C1-匹配液通道

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本发明实施例中匹配板的结构示意图，由图可知，该匹配板4包括在目标匹配介质之间设置的匹配液通道C1，该匹配液通道具有输入端口和输出端口，该匹配液通道的敞口与目标匹配介质形成光学平面，该光学平面用于贴合在折射率测量设备上。

在本发明的一个实施例中，所述匹配液通道为矩形状。但是，其也可以为半圆柱状或者其他形状。

图2是本发明实施例中折射率匹配装置的结构示意图，由图可知，其包括光源1、输入耦合光学模块2、棱镜3、输出耦合光学模块5、面阵器件6以及图像分析处理系统7，其中，所述光源1用于产生发散光束，所述输入耦合光学模块2用于接收来自光源1的光散光束并将其聚焦或发散，所述棱镜3设置在所述输入耦合光学模块2的出射光方向上，所述匹配板4的光学平面与所述棱镜3的测量面相面重合，以保证匹配溶液的液面与棱镜的测量面重合，进而使得测量光穿过棱镜底面后在匹配溶液液面发生折射和反射，所述输出耦合光学模块5设置在所述棱镜3的出射光方向上，用于收集带有匹配液以及目标匹配介质折射率信息的反射光，所述阵列器件6用于接收带有匹配液和目标匹配介质折射率信息的反射光，并将其转化为光电信号，所述图像采集分析系统7用于对所述光电信号进行处理和分析，以直接输出待匹配液和目标匹配介质的折射率数值。

在本发明的一个实施例中，所述棱镜3为等腰棱镜，该等腰棱镜的一个等腰面为光线的入射面，另一个等腰面为光线的出射面，其底面为测量面。

工作时，从输入耦合光学模块的出射光入射至棱镜的入射面，发生第一次折射和反射，折射后光线透射进入棱镜，在棱镜的测量面和匹配液的界面处发生反射，反射光线从棱镜的出射面射出，被输出耦合光学模块接收，由于匹配板4具有容置匹配液的匹配液通道，目标匹配介质和匹配液通道中的匹配液折射率不同，对应会同时获得关于目标匹配介质和匹配液的具有明显界线的光斑，对光斑进行分析从而能同时获得匹配液和目标匹配介质的折射率。

在实际工程实践中，可以按照如下方法进行折射率匹配，其包括如下步骤：

S1：开启装置。匹配液通道为空气，首先注入去离子水，清洗通道，

S2：调配匹配液，并将调配好的匹配液通入匹配液通道C1中，直到匹配液充满匹配液通道，

S3：利用折射率测量设备同时测量匹配液和目标匹配介质的折射率信息，

S4：判断匹配液和目标匹配介质的折射率的匹配状态，在本步骤中，位于匹配液两侧的目标匹配介质和匹配液的折射率满足依次增大、或者依次减小或者三者相等，则匹配成功，完成匹配。如果匹配不成功，则进入步骤S5，

S5：如果匹配不成功，根据匹配结果调整匹配液类别或者组分，以改变液体折射率大小，接着重复步骤S2，直到匹配成功。

在实践工程实践中，需要满足目标匹配介质和匹配液的折射率依次增大、依次减小或者三者相等共三种情况。

本发明中，由于输入耦合光学模块输出的光线为汇聚或者发散形式，其在棱镜3测量面上的入射角各不相同，其中包括临界角，光线根据在棱镜3测量面上的入射角不同而反射光能量不同，大于临界角的光发生全反射而无透射光，小于临界角的光发生折射而同时具有透射光和反射光，反射的光最终从棱镜射出至外界中，被输出耦合光学模块接收。从棱镜3中出射的反射光会由于待测对象折射率不同而形成具有明暗界限的光斑，该明暗界限与临界角具有对应关系，该临界角和待测对象的折射率具有对应关系，依此原理可获得待测对象的折射率。

本发明提出一种折射率匹配状态的检测装置，该装置可以同时检测折射率匹配液和目标匹配介质以上物质折射率。本发明装置具有同时检测折射率和判断匹配状态的能力。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种折射率匹配的装置，其特征在于，其包括匹配板，该匹配板包括在目标匹配介质之间设置的匹配液通道，该匹配液通道具有输入端口和输出端口，

该匹配液通道的敞口与目标匹配介质形成光学平面，该光学平面用于紧密贴合在折射率测量设备上，

其还包括一个光源(1)、一个输入耦合光学模块(2)、一块棱镜(3)、一个输出耦合光学模块(5)、一个面阵器件(6)以及图像分析处理系统(7)，其中，

所述一个光源(1)用于产生发散光束，

所述一个输入耦合光学模块(2)用于接收来自光源(1)的光散光束并将其聚焦或发散，

所述一块棱镜(3)设置在所述输入耦合光学模块(2)的出射光方向上，

一个所述匹配板(4)的光学平面与一块棱镜(3)的测量面重合，以保证匹配溶液和目标匹配介质形成的光学面与棱镜的测量面紧密贴合，进而使得测量光在棱镜和匹配溶液的界面处的发生折射和反射，也同时使得测量光在棱镜和目标匹配介质的界面处的发生折射和反射，

一个所述输出耦合光学模块(5)设置在一个所述棱镜(3)的出射光方向上，用于收集带有匹配液以及目标匹配介质折射率信息的反射光，

一个所述面阵器件(6)用于接收带有匹配液和目标匹配介质折射率信息的反射光，并将其转化为光电信号，

所述图像分析处理系统(7)用于对所述光电信号进行处理和分析，以直接输出待匹配液和目标匹配介质的折射率数值。

2.如权利要求1所述的一种折射率匹配的装置，其特征在于，所述匹配液通道为矩形状。

3.如权利要求2所述的一种折射率匹配的装置，其特征在于，所述棱镜(3)为等腰棱镜，该等腰棱镜的一个等腰面为光线的入射面，另一个等腰面为光线的出射面，其底面为测量面。

4.如权利要求3所述的一种折射率匹配的装置，其特征在于，工作时，从输入耦合光学模块的出射光入射至棱镜的入射面，发生第一次折射和反射，折射后光线进入棱镜，光线在棱镜的测量面上同时与目标匹配介质和匹配液的界面处发生反射，反射光线从棱镜的出射面射出，被输出耦合光学模块接收，

由于匹配板(4)具有容置匹配液的匹配液通道，目标匹配介质和匹配液通道中的匹配液折射率不同，对应会同时获得关于目标匹配介质和匹配液的具有明显界线的光斑，对光斑进行分析从而能同时获得匹配液和目标匹配介质的折射率。

5.一种采用如权利要求1-4之一所述折射率匹配装置进行折射率匹配的方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1：调配匹配液，并将调配好的匹配液通入匹配液通道中，直到匹配液的液面与匹配液通道的敞口齐平，

S2：开启光源，利用折射率测量设备同时测量匹配液和目标匹配介质的折射率，

S3：判断匹配液和目标匹配介质的折射率的匹配状态。

6.如权利要求5所述的一种折射率匹配的方法，其特征在于，位于匹配液两侧的目标匹配介质和匹配液的折射率满足从一侧目标匹配介质到另一侧目标匹配介质依次增大的规律，则匹配成功。

7.如权利要求5所述的一种折射率匹配的方法，其特征在于，位于匹配液两侧的目标匹配介质和匹配液的折射率满足从一侧目标匹配介质到另一侧目标匹配介质依次减小的规律，则匹配成功。

8.如权利要求5所述的一种折射率匹配的方法，其特征在于，位于匹配液两侧的目标匹配介质和匹配液的折射率满足三者相等的规律，则匹配成功。