[發明專利]一種基于微透鏡陣列的光散射特性測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201611120200.6
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN106596354B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 曹兆樓;劉玉柱;李金花;咸馮林;裴世鑫
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N21/49
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發明提供一種基于微透鏡陣列的光散射特性測量裝置及方法，其中，所述裝置包括照明模塊、探測模塊、半透半反棱鏡、激光強度模塊、升降機構、物鏡、待測顆粒、樣品池、上位機及運動控制器，其中，所述照明模塊產生的激光通過所述半透半反棱鏡進入所述物鏡，并根據所述照明模塊和所述物鏡的位置關系，生成對應類型的光束；所述光束作用于位于所述樣品池中的所述待測顆粒，生成后向散射光；所述后向散射光依次通過所述物鏡和所述半透半反棱鏡后進入所述探測模塊；所述探測模塊根據接收所述后向散射光的微透鏡孔徑，確定所述后向散射光對應的散射角度。本發明提供的一種基于微透鏡陣列的光散射特性測量裝置及方法，能夠提高光散射特性測量的精度。

技術領域

本發明屬于光學測量技術領域，具體涉及一種基于微透鏡陣列的光散射特性測量裝置及方法。

背景技術

顆粒性質如形狀參數、折射率等的測量在環境監測、生物醫藥、化工、科研等眾多領域有廣泛的需求。傳統測量方法如直接觀察法、沉降法、篩分法等難以測量微米級顆粒且難以實現在線測量。隨著激光技術的發展，光散射法由于具有測量范圍廣，速度快，可在線測量的優點受到了眾多的關注。

目前光散射法可分為動態光散射和靜態光散射兩類。前者通過高靈敏度探測器測量顆粒在聚焦光束照射下的散射光強，由于散射光強反映了顆粒的布朗運動，而布朗運動的參數與顆粒尺寸密切相關，因此通過對散射光強進行相關運算可以得到顆粒尺寸，廣泛應用于大分子蛋白子分子量的測定。但動態光散射法只能獲得顆粒等效的流體力學尺寸，無法確定顆粒實際的形狀，且難以測量顆粒的折射率等信息，且動態光散射法只能獲得顆粒群的統計性質，無法測量單個顆粒，因此其應用受到了限制。相比之下，靜態光散射法直接測量激光被顆粒散射后不同角度的強度分布，進一步根據電磁散射理論可解得顆粒的特性，適合深入分析顆粒群或單個不規則形狀顆粒的性質。一般使用放置在不同角度的探測器或者沿導軌旋轉探測器來測量角度分辨的光強分布，但前者很難保證每個探測器放大倍數、噪聲特性的一致性，后者速度慢、實時性較差。

現有技術中公開了一種光散射顆粒測量的裝置和方法，通過使用接收透鏡收集散射光與透射光，實現了前向散射光和透射光的同時測量，解決了測量區與探測器過近所引起的信號干擾問題。但此裝置能夠測量的前向散射角較小，且一般難以測量單個顆粒的特性只能獲得顆粒群的平均特性。

現有技術中還公開了一種基于光散射的濕性顆粒形狀參數在線測量系統，使用拋物面反射鏡收集單個顆粒不同角度的散射光，經過共焦處理濾除雜散光后，照射至ICCD上，記錄ICCD上圖案可獲得顆粒散射光的分布。雖然通過使用ICCD克服了需使用多個探測器的缺點，但由于使用共焦處理，當顆粒偏離拋物鏡焦點時，易導致顆粒部分的散射光被濾除，從而引入了附加的誤差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于微透鏡陣列的光散射特性測量裝置及方法，能夠提高光散射特性測量的精度。

為實現上述目的，本發明提供一種基于微透鏡陣列的光散射特性測量裝置，所述裝置包括照明模塊、探測模塊、半透半反棱鏡、激光強度模塊、升降機構、物鏡、待測顆粒、樣品池、上位機及運動控制器，其中，所述照明模塊產生的激光通過所述半透半反棱鏡進入所述物鏡，并根據所述照明模塊和所述物鏡的位置關系，生成對應類型的光束；所述光束作用于位于所述樣品池中的所述待測顆粒，生成后向散射光；所述后向散射光依次通過所述物鏡和所述半透半反棱鏡后進入所述探測模塊；所述探測模塊根據接收所述后向散射光的微透鏡孔徑，確定所述后向散射光對應的散射角度。

進一步地，所述照明模塊中包括固體激光器、整形透鏡以及起偏器，其中，所述整形透鏡用于改變進入所述物鏡的激光的發散角度并控制所述物鏡出射光的發散角度；所述起偏器受控于所述運動控制器，以調整旋轉角度。

進一步地，所述探測模塊包括ICCD探測器、微透鏡陣列以及檢偏器，其中，所述檢偏器受控于所述運動控制器，以調整旋轉角度；所述微透鏡陣列用于分割所述物鏡的孔徑，其中每個微透鏡對應一個散射角度區間。