臨界角光學(xué)傳感器設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光學(xué)傳感器設(shè)備，所述光學(xué)傳感器設(shè)備包含：光學(xué)透射結(jié)構(gòu)，其具有平坦的第一面、第二面及第三面；光源，其位于所述結(jié)構(gòu)外側(cè)鄰近所述第一面；及光電檢測器陣列，其位于棱鏡外側(cè)鄰近所述第一面。所述結(jié)構(gòu)、光源及光電檢測器陣列經(jīng)配置使得來自所述光源的在所述棱鏡與所述結(jié)構(gòu)外側(cè)接近所述第二面的樣本之間的光學(xué)界面處經(jīng)全內(nèi)反射的光在所述第三面處經(jīng)反射且入射于所述光電檢測器陣列的取決于所述樣本的折射率的一部分上。所述光源相對于所述結(jié)構(gòu)及光電檢測器陣列而定位，使得來自每一光源的所述經(jīng)全內(nèi)反射的光對應(yīng)于所述樣本的不同折射率范圍且映射到所述光電檢測器陣列的對應(yīng)部分。
【專利說明】臨界角光學(xué)傳感器設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實施例涉及光學(xué)傳感器且更明確地說涉及通過感測光學(xué)材料與樣本之 間的界面處的全內(nèi)反射而測量樣本的折射率的光學(xué)傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 使用臨界角進行樣本的折射率測量的系統(tǒng)在此項技術(shù)中是眾所周知的，此是作為 用以確定介質(zhì)的折射率的臨界角測量的基礎(chǔ)的物理原理。當(dāng)從高折射率介質(zhì)行進的光以大 于臨界入射角的入射角入射于高折射率介質(zhì)與具有較低折射率的另一介質(zhì)之間的界面上 時，可觀察到全內(nèi)反射。所述臨界角為兩種介質(zhì)的折射率的函數(shù)。然而，如果一種介質(zhì)的折 射率是已知的，那么另一介質(zhì)的折射率可使用眾所周知的方程式依據(jù)臨界角％的測量值 而確定：
[0003]

【權(quán)利要求】
1. 一種光學(xué)傳感器設(shè)備，其包括： 光學(xué)透射光導(dǎo)引結(jié)構(gòu)，其具有平坦的第一面、第二面及第三面； 兩個或兩個以上光源，其位于所述光導(dǎo)引結(jié)構(gòu)外側(cè)鄰近所述第一面； 光電檢測器陣列，其位于所述光導(dǎo)引結(jié)構(gòu)外側(cè)鄰近所述第一面， 其中所述光導(dǎo)引結(jié)構(gòu)、光源及光電檢測器陣列經(jīng)配置使得來自所述兩個或兩個以上光 源的在所述光導(dǎo)引件與所述光導(dǎo)引結(jié)構(gòu)外側(cè)接近所述第二面的樣本之間的光學(xué)界面處經(jīng) 全內(nèi)反射的光在所述第三面處經(jīng)反射且入射于所述光電檢測器陣列的取決于所述樣本的 折射率的一部分上， 其中所述兩個或兩個以上光源相對于所述光導(dǎo)引結(jié)構(gòu)及光電檢測器陣列而定位，使得 來自所述兩個或兩個以上光源中的每一者的在所述界面處經(jīng)全內(nèi)反射且在所述第三面處 經(jīng)反射的光對應(yīng)于所述樣本的不同折射率范圍且映射到所述光電檢測器陣列的對應(yīng)部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述兩個或兩個以上光源通過自由空間間隙而與 所述光導(dǎo)引件分離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述光電檢測器陣列通過自由空間間隙而與所述 光導(dǎo)引件分離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述兩個或兩個以上光源包含經(jīng)配置以發(fā)射共同 真空波長的光的兩個或兩個以上共同波長光源，其中所述兩個或兩個以上共同波長光源相 對于所述光導(dǎo)引件及光電檢測器陣列而定位，使得來自所述兩個或兩個以上共同波長光源 中的每一者的在所述界面處經(jīng)全內(nèi)反射且在所述第三面處經(jīng)反射的光對應(yīng)于所述樣本的 不同折射率范圍且映射到所述光電檢測器陣列的對應(yīng)部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述兩個或兩個以上光源包含經(jīng)配置以發(fā)射不同 對應(yīng)真空波長的光的兩個或兩個以上光源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其進一步包括耦合到所述光電檢測器陣列的處理器， 其中所述處理器經(jīng)配置以依據(jù)所述光電檢測器陣列關(guān)于來自所述兩個或兩個以上光源的 光獲得的測量值而確定所述樣本的光學(xué)色散，所述兩個或兩個以上光源經(jīng)配置以發(fā)射在所 述界面處經(jīng)全內(nèi)反射的不同對應(yīng)真空波長的光。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述兩個或兩個以上光源、棱鏡及光電檢測器陣 列經(jīng)配置使得來自所述一或多個光源的在所述界面處經(jīng)全內(nèi)反射的光在離開所述一或多 個光源與所述界面處的全內(nèi)反射之間第一次通過所述第一面且在所述界面處的所述全內(nèi) 反射與到達所述光電檢測器陣列之間第二次通過所述共同面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進一步包括附接到所述棱鏡的面的光學(xué)窗，其中所 述光學(xué)窗由大于所述光導(dǎo)引結(jié)構(gòu)的折射率的折射率表征。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述光導(dǎo)引結(jié)構(gòu)由與所述窗的材料CTE匹配的材 料制成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述光導(dǎo)引結(jié)構(gòu)由硼硅酸鹽玻璃制成且所述窗 由藍寶石制成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述光導(dǎo)引結(jié)構(gòu)經(jīng)配置使得來自所述兩個或兩 個以上光源的在光學(xué)界面處經(jīng)全內(nèi)反射的光在所述第三面處經(jīng)全內(nèi)反射。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述兩個或兩個以上光源及所述光電檢測器陣 列相對于支撐結(jié)構(gòu)處于實質(zhì)上相同高度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述兩個或兩個以上光源相對于支撐結(jié)構(gòu)處于 實質(zhì)上相同高度，且所述光電檢測器陣列的高度相對于所述兩個或兩個以上光源的所述高 度而偏移。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述光導(dǎo)引結(jié)構(gòu)由藍寶石晶片制成。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述藍寶石晶片的光學(xué)軸垂直于所述藍寶石晶 片的平面而定向。
【文檔編號】G01N21/41GK104272088SQ201380016172
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年2月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月21日
【發(fā)明者】羅納德·基亞雷洛, 沙德·皮爾遜, 克里斯托弗·瓦欽斯基, 馬克·阿爾博列, 葉夫根尼·阿諾伊金 申請人:恩特葛瑞斯-捷特隆解決方案公司