本發(fā)明屬于光學儀器領域，更具體地，涉及一種抑制雜散光的物質折射率測量裝置。
背景技術：
折射率是物質的重要物理參數(shù)之一，人們常利用光在界面上臨界角附近的反射特性，完成折射率測量，如：著名的阿貝折光計。這種測量裝置原理簡單、測量精確，在各行各業(yè)得到了廣泛的應用。傳統(tǒng)的目視阿貝折光計需要取樣和手動對準，人眼通過目鏡對準，測量效率不高，精度也將受到影響，無法滿足自動在線測量要求。
此外，傳統(tǒng)阿貝折光計這類裝置測量不同物質時會受到一定限制：對于液體，需要取樣較多，這種限制對于少量液體、價值昂貴液體不適用；對于固體，薄片測量，對準誤差取決于操作者的經(jīng)驗，長時間測量將帶來更大誤差。
在生物、醫(yī)藥、半導體、化工、光學、醫(yī)療等領域，存在大量薄膜和價值昂貴液體需要精確測量其折射率。在傳統(tǒng)光學中，對于光學薄膜和少量微量液體等的折射率測量存在著一個問題：與棱鏡接觸的待測物質下表面發(fā)生全反射，未經(jīng)處理的上表面將產(chǎn)生雜散光信號，這將影響系統(tǒng)的測量性能。
目前，需要開發(fā)一種新的裝置或者方法以滿足薄膜、少量或價值昂貴液體的折射率的精確測量。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種抑制雜散光的物質折射率測量裝置，通過設計反射測量模塊，能巧妙消除測量薄層物質折射率時的雜散光，由此能用于測量薄層物質的折射率。
為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種抑制雜散光的物質折射率測量裝置，其包括光源，輸入耦合光學模塊，反射測量模塊，輸出耦合光學模塊，陣列器件，圖像采集分析系統(tǒng)，其中，所述光源用于產(chǎn)生發(fā)散光束；所述輸入耦合光學模塊用于接受來自光源的光散光束并將其聚焦或發(fā)散，所述反射測量模塊設置在所述輸入耦合光學模塊的出射光方向上，用于容置待測對象并對其折射率進行測量以獲得折射率原始信息，所述輸出耦合光學模塊設置在所述反射測量模塊的反射光方向上，用于收集帶有待測對象折射率信息的反射光，所述陣列器件用于接受帶有待測對象折射率信息的反射光，并將其轉化為光電信號，所述圖像采集分析系統(tǒng)用于對所述光電信號進行處理和分析，以直接輸出待測對象的折射率數(shù)值。
進一步的，工作時，從光源射出的光線經(jīng)輸入耦合光學模塊后射入至反射測量模塊，光在反射測量模塊處同時發(fā)生折射和反射，反射測量模塊用于將發(fā)生折射的光透射至外界或者用于將發(fā)生折射的光吸收，從而消除折射光對反射光的干擾，反射光進入輸出耦合光學模塊，從輸出耦合光學模塊中輸出的光被陣列器件接受。
進一步的，所述反射測量模塊包括第一棱鏡、第二棱鏡以及用于測量時容置待測對象的間隙，所述間隙為第一棱鏡的測量面和第二棱鏡的測量面相聚間隔而形成，所述間隙的高度為50nm～2mm。
進一步的，所述間隙的高度為300nm～2mm。
進一步的，所述間隙的高度為600nm～50μm。
進一步的，所述第一棱鏡和所述第二棱鏡為結構相同、折射率相同的等腰棱鏡。
進一步的，所述第一棱鏡和所述第二棱鏡為結構不相同、折射率不相同的等腰棱鏡。
進一步的，所述第二棱鏡的折射率大于待測物質的折射率。
進一步的，所述第一棱鏡的一個等腰側面為入射面，所述第一棱鏡的底面為測量面，所述第二棱鏡的一個等腰側面為出射面，所述第二棱鏡的底面為測量面，所述第一棱鏡和所述第二棱鏡的底面相對且相隔間隙設置。
進一步的，所述反射測量模塊包括第一棱鏡、吸光層以及用于測量時容置待測對象的間隙，所述間隙為第一棱鏡的測量面和吸光層的測量面相聚間隔而形成。
總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有益效果：
本發(fā)明中設計了反射測量模塊，所述反射測量模塊設置在所述輸入耦合光學模塊的出射光方向上，用于容置待測對象并對其折射率進行測量以獲得折射率原始信息，光在反射測量模塊處同時發(fā)生折射和反射，反射測量模塊用于將發(fā)生折射的光透射至外界或者用于將發(fā)生折射的光吸收，從而消除折射光對反射光的干擾，也即消除了雜散光的影響，從而能都測量獲得薄層物質的折射率。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實施例中抑制雜散光的薄層物質折射率測量裝置的結構示意圖，該實施例中展示出了光線的兩次折射對。
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為光源，2為輸入耦合光學模塊，3為第一棱鏡，4為待測對象，其為固體或者液體狀的薄層物質，5為輸出耦合光學模塊，6為陣列器件，7為圖像采集分析系統(tǒng)，8為第二棱鏡，s2面為第一棱鏡和待測對象形成的界面，s3面為待測對象與第二棱鏡8所形成的界面。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)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(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
圖1是本發(fā)明實施例中抑制雜散光的薄層物質折射率測量裝置的結構示意圖，由圖可知，本發(fā)明的薄層物質折射率測量裝置包括光源1，輸入耦合光學模塊2，反射測量模塊，輸出耦合光學模塊5，陣列器件6以及圖像采集分析系統(tǒng)7。
其中，反射測量模塊包括第一棱鏡3、第二棱鏡8以及用于測量時容置待測對象的間隙，所述間隙為第一棱鏡3的測量面和第二棱鏡8的測量面相聚間隔而形成，所述間隙的高度為50nm～2mm。進一步的，所述間隙的高度還優(yōu)選為300nm～2mm，作為更進一步的優(yōu)選，所述間隙的高度600nm～50μm。所述第二棱鏡8的折射率大于待測物質的折射率，這樣才能證獲得足夠的反射光，不然反射光的能量過小，而無用的折射光的能量過大。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一棱鏡3和所述第二棱鏡8為結構相同、折射率相同的等腰棱鏡?；蛘撸龅谝焕忡R3和所述第二棱鏡8為結構不相同、折射率不相同的等腰棱鏡。所述第一棱鏡3的一個等腰側面為入射面s1，所述第一棱鏡3的底面為測量面，所述第二棱鏡5的一個等腰側面為出射面s4，所述第二棱鏡5的底面為測量面，所述第一棱鏡3和所述第二棱鏡5的底面相對且相隔間隙設置。
詳細的，所述光源1用于產(chǎn)生發(fā)散光束；所述輸入耦合光學模塊2用于接受來自光源1的光散光束并將其聚焦或發(fā)散，所述反射測量模塊設置在所述輸入耦合光學模塊2的出射光方向上，用于容置待測對象4并對其折射率進行測量以獲得折射率原始信息，所述輸出耦合光學模塊5設置在所述反射測量模塊的反射光方向上，用于收集帶有待測對象折射率信息的反射光，所述陣列器件6用于接受帶有待測對象折射率信息的反射光，并將其轉化為光電信號，所述圖像采集分析系統(tǒng)7用于對所述光電信號進行處理和分析，以直接輸出待測對象的折射率數(shù)值。
本發(fā)明裝置工作時，從光源1射出的光線經(jīng)輸入耦合光學模塊2后射入至反射測量模塊，光在反射測量模塊處同時發(fā)生折射和反射，反射測量模塊用于將發(fā)生折射的光透射至外界或者用于將發(fā)生折射的光吸收，從而消除折射光對反射光的干擾，反射光進入輸出耦合光學模塊5，從輸出耦合光學模塊5中輸出的光被陣列器件6接受并將其轉化為光電信號，圖像采集分析系統(tǒng)7用于對所述光電信號進行處理和分析。
更具體的，本發(fā)明裝置的工作過程如下：
首先，將待測對象放置在間隙中，進行測量前的準備工作，準備完畢后，開啟光源進行測量。
接著，光源1出射的光線射入輸入耦合光學模塊2中，輸入耦合光學模塊2用于接受來自光源1的光束并將其聚焦或發(fā)散，以形成匯聚或者發(fā)散的光束，
然后，該匯聚或者發(fā)散的光束入射至反射耦合光學模塊的第一棱鏡3的入射面，光線發(fā)生第一次折射，接著入射至第一棱鏡3的測量面(也即底面)，發(fā)生第二次折射，進一步入射至待測對象4中，
接著，光線入射至第二棱鏡8的測量面，發(fā)生第三次折射，進入第二棱鏡8中，
最后，在第二棱鏡8的出射面發(fā)生第四次折射，透射的光線進入外界。本發(fā)明中，光線在折射的同時也會發(fā)生反射。光線在第一棱鏡3測量面處發(fā)生折射(反射)時，反射的光線會從第一棱鏡3的出射面射出，所述輸出耦合光學模塊5設置在所述反射測量模塊的反射光出射方向上，用于收集帶有待測對象折射率信息的反射光，從輸出耦合光學模塊5中輸出的光線被陣列器件6接受，所述陣列器件6用于接受帶有待測對象折射率信息的反射光，并將其轉化為光電信號，所述圖像采集分析系統(tǒng)7用于對所述光電信號進行處理和分析，以直接輸出待測對象的折射率數(shù)值。
在實際工程中，如果s3面為待測對象與空氣形成的界面，也即，直接將待測物質置于第一棱鏡3表面，物質的上表面將會反射回較多的光能量，該部分的光能量相對于s2面的反射光能量是一種干擾，也即系統(tǒng)的雜散光。這部分雜散光會對系統(tǒng)的折射率測量形成較大干擾，使系統(tǒng)的測量結果不準確，甚至完全錯誤。如果待測物質為液滴，上表面將形成一個曲面，光在上表面甚至會發(fā)生全發(fā)射，造成更嚴重的干擾。本發(fā)明裝置中，將待測物質置于兩個棱鏡形成的間隙中，使得待測對象上表面的光盡量多的透射，大幅度減少了反射光。
作為本發(fā)明的替換，可以將棱鏡8替換為平板玻璃，s3處設置吸光材料或者吸光層，將光大部分吸收，減少了光在此處的反射，也能取得相同的效果。此時，所述間隙為第一棱鏡3的測量面和吸光層相聚間隔而形成。
本發(fā)明中，主要改進點在于巧妙設置了間隙，該間隙用于在測量或者裝置工作時放置待測液體或者薄膜，待測液體或者薄膜分別與第一棱鏡3以及第二棱鏡8形成界面s2以及界面s3，由于界面s3的存在，避免了由于待測對象較薄，待測對象的上下兩個面對于測量光同時反射和折射后，對測量需要收集光線的干擾，避免了雜散光的干擾后，就能測量獲得薄層物質或者昂貴液體的折射率了。
本發(fā)明中，由于輸入耦合光學模塊輸出的光線為匯聚或者發(fā)散形式，其在第一棱鏡3測量面上的入射角各不相同，其中包括臨界角，光線根據(jù)在第一棱鏡3測量面上的入射角不同而透射光能量不同，大于臨界角的光發(fā)生全反射而無透射光，小于臨界角的光發(fā)生折射而同時具有透射光和反射光，透射的光最終從第二棱鏡射出至外界中，從第一棱鏡3中出射的反射光會由于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系，該臨界角和待測對象的折射率具有對應關系，依此原理可獲得待測對象的折射率。
本發(fā)明的測量原理是常見的，其巧妙之處在于光路的結構設計，具體的，待測量的透明介質(也是待測量的薄膜或者昂貴液體)通過兩塊棱鏡或者一塊棱鏡和一塊吸光材料構成測量光學系統(tǒng)，收集反射光，抑制透射光，達到抑制雜散光的作用，實現(xiàn)薄層物質的折射率測量。
本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)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(fā)明的保護范圍之內。