[发明专利]基于像素偏振相机的旋光色散测量系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于像素偏振相机的旋光色散测量系统及方法，上述旋光色散测量系统包括：依次设置的光源(1)、第一透镜(3)、第二透镜(4)、刀口滤波器(5)、第三透镜(6)、起偏器、待测旋光性物质、色散元件、第四透镜(10)、像素偏振相机(11)；所述光源(1)、第一透镜(3)、第二透镜(4)、刀口滤波器(5)、第三透镜(6)、起偏器、待测旋光性物质、色散元件、第四透镜(10)共光轴，所述像素偏振相机(11)的感光靶面法线与光轴有一个夹角φ。本发明可以实时测量旋光性物质的旋光色散光谱。

技术领域

本发明属于旋光色散测量领域，具体涉及一种基于像素偏振相机的旋光色散测量系统及方法。

背景技术

旋光现象是指线偏振光通过某些物质时，线偏振光的振动面将以光的传播方向为轴旋转一定的角度，这种物质称为旋光性物质，即旋光性物质具有旋转透射的线偏振光的偏振方向的能力。旋转的角度叫做旋光性物质的旋光度其与旋光性物质的溶液浓度C及偏振光所通过溶液的光程长度L成正比。具体公式为:其中比例系数称为比旋光度。比旋光度(和旋光度)随着入射线偏振光波长的改变而变化，旋光色散光谱测量就是测定旋光性物质的比旋光度(或旋光度)随着波长变化的曲线。目前测量旋光色散光谱的方法主要有基于旋转检偏器检偏测量方法、基于旋转波片检偏的测量方法。

在中国专利CN200620140312.3(现有技术一)中，潘雪丰，陶卫东，白贵儒提到在起偏器与高压汞灯之间设置滤色片，通过变换滤色片来改变检测光的波长，继而实现部分谱线(高压汞灯谱线)的旋光度测量，如图1所示。其中，滤色片2放置在高压汞灯1与起偏器3之间，旋转检偏器5即可通过光强随旋转角的变化规律检测出样品管4中旋光性物质的旋光度改变滤色片2，即可分时、逐一的测量出部分波长(高压汞灯谱线——404.7nm、435.8nm、546.1nm和577.0～579.0nm等)的旋光度。但是这就带来以下问题：一、由于受到检偏器5旋转角度的精度与时间的限制，会造成一个波长的旋光度测量的系统误差大、分辨率低，同时无法实时；二、由于不同波长的旋光度测量需要更换不同的滤色片2，因此测量多光谱的旋光度时，操作较为繁琐；三、由于高压汞灯1光源的限制，只能测量部分波长的旋光度。

在非专利文献“一种新型测量旋光色散的方法”(光学仪器，Vol.38,No.4August,2016)(现有技术二)中，李子骏等人提出了一种使用白光LED作为白光光源1，结合透射光栅7将白光色散分光至线阵CCD 9不同的空间位置，并通过旋转检偏器5来改变接受光强的大小从而同时测量不同波长的旋光度，如图2所示。其中，旋光管4中包含旋光性物质，光阑2、6调节通过光束的孔径，检偏器3、5由电脑控制的步进电机来旋转，由透镜8会聚至线阵CCD 9的光强制同步采集到电脑上。通过标定不同波长所对应的线阵CCD像素位置来获取波长与像素的对应关系，同时根据检偏器的旋转角与光强的变化关系来获取旋转度该方法能够同时获得连续波长的旋光度，波长分辨率较高。然而旋转检偏器的过程不可避免造成旋光度测量的延时。同时由于线阵CCD9感光面摆放位置未能同时获取不同波长的焦点成像，其测量存在一定的系统误差。因此提出一种能够实时、准确测量样品旋光色散光谱的检测方法，对于旋光色散仪产业及相关应用领域，具有重要意义。

在非专利文献“基于高亮度高纯度LED旋光色散仪的研制”(光学仪器，Vol.27,No.1,February,2005)中，颜飞彪等提出一种基于高亮度高纯度LED的旋光色散仪，其本质与“中国专利CN200620140312.3”一致，仅仅只是更换了不同波长的离散光源(465nm±5nm,520nm±5nm,589nm±3nm,623nm±3nm)。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于像素偏振相机的旋光色散测量系统及方法，可以实时测量旋光性物质的旋光色散光谱，它基于像素偏振相机动态捕获线偏振入射光的光强和偏振信息的特性，结合色散原件(光栅或棱镜)将白光按波长分成不同单色光投影到像素偏振相机的不同成像位置，实现样品旋光色散光谱的实时测量。