[发明专利]一种基于微透镜阵列的光散射特性测量装置及方法

说明书

本发明提供一种基于微透镜阵列的光散射特性测量装置及方法，其中，所述装置包括照明模块、探测模块、半透半反棱镜、激光强度模块、升降机构、物镜、待测颗粒、样品池、上位机及运动控制器，其中，所述照明模块产生的激光通过所述半透半反棱镜进入所述物镜，并根据所述照明模块和所述物镜的位置关系，生成对应类型的光束；所述光束作用于位于所述样品池中的所述待测颗粒，生成后向散射光；所述后向散射光依次通过所述物镜和所述半透半反棱镜后进入所述探测模块；所述探测模块根据接收所述后向散射光的微透镜孔径，确定所述后向散射光对应的散射角度。本发明提供的一种基于微透镜阵列的光散射特性测量装置及方法，能够提高光散射特性测量的精度。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种基于微透镜阵列的光散射特性测量装置及方法。

背景技术

颗粒性质如形状参数、折射率等的测量在环境监测、生物医药、化工、科研等众多领域有广泛的需求。传统测量方法如直接观察法、沉降法、筛分法等难以测量微米级颗粒且难以实现在线测量。随着激光技术的发展，光散射法由于具有测量范围广，速度快，可在线测量的优点受到了众多的关注。

目前光散射法可分为动态光散射和静态光散射两类。前者通过高灵敏度探测器测量颗粒在聚焦光束照射下的散射光强，由于散射光强反映了颗粒的布朗运动，而布朗运动的参数与颗粒尺寸密切相关，因此通过对散射光强进行相关运算可以得到颗粒尺寸，广泛应用于大分子蛋白子分子量的测定。但动态光散射法只能获得颗粒等效的流体力学尺寸，无法确定颗粒实际的形状，且难以测量颗粒的折射率等信息，且动态光散射法只能获得颗粒群的统计性质，无法测量单个颗粒，因此其应用受到了限制。相比之下，静态光散射法直接测量激光被颗粒散射后不同角度的强度分布，进一步根据电磁散射理论可解得颗粒的特性，适合深入分析颗粒群或单个不规则形状颗粒的性质。一般使用放置在不同角度的探测器或者沿导轨旋转探测器来测量角度分辨的光强分布，但前者很难保证每个探测器放大倍数、噪声特性的一致性，后者速度慢、实时性较差。

现有技术中公开了一种光散射颗粒测量的装置和方法，通过使用接收透镜收集散射光与透射光，实现了前向散射光和透射光的同时测量，解决了测量区与探测器过近所引起的信号干扰问题。但此装置能够测量的前向散射角较小，且一般难以测量单个颗粒的特性只能获得颗粒群的平均特性。

现有技术中还公开了一种基于光散射的湿性颗粒形状参数在线测量系统，使用抛物面反射镜收集单个颗粒不同角度的散射光，经过共焦处理滤除杂散光后，照射至ICCD上，记录ICCD上图案可获得颗粒散射光的分布。虽然通过使用ICCD克服了需使用多个探测器的缺点，但由于使用共焦处理，当颗粒偏离抛物镜焦点时，易导致颗粒部分的散射光被滤除，从而引入了附加的误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微透镜阵列的光散射特性测量装置及方法，能够提高光散射特性测量的精度。

为实现上述目的，本发明提供一种基于微透镜阵列的光散射特性测量装置，所述装置包括照明模块、探测模块、半透半反棱镜、激光强度模块、升降机构、物镜、待测颗粒、样品池、上位机及运动控制器，其中，所述照明模块产生的激光通过所述半透半反棱镜进入所述物镜，并根据所述照明模块和所述物镜的位置关系，生成对应类型的光束；所述光束作用于位于所述样品池中的所述待测颗粒，生成后向散射光；所述后向散射光依次通过所述物镜和所述半透半反棱镜后进入所述探测模块；所述探测模块根据接收所述后向散射光的微透镜孔径，确定所述后向散射光对应的散射角度。

进一步地，所述照明模块中包括固体激光器、整形透镜以及起偏器，其中，所述整形透镜用于改变进入所述物镜的激光的发散角度并控制所述物镜出射光的发散角度；所述起偏器受控于所述运动控制器，以调整旋转角度。

进一步地，所述探测模块包括ICCD探测器、微透镜阵列以及检偏器，其中，所述检偏器受控于所述运动控制器，以调整旋转角度；所述微透镜阵列用于分割所述物镜的孔径，其中每个微透镜对应一个散射角度区间。