專利名稱：一種散射光的角分布測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型提供一種散射光的角分布測量裝置。
光散射在現(xiàn)代光學(xué)中有許多實際應(yīng)用，例如利用該現(xiàn)象測量粉末的顆粒大小(激光粒度分析儀)、識別不正常細(xì)胞(激光癌細(xì)胞識別系統(tǒng))等。這些應(yīng)用都需要把待測樣品產(chǎn)生的同一散射角的散射光會聚到同一點上(稱作光學(xué)付里葉變換)，以便獲得該樣品的散射光的角分布(又稱樣品的光功率譜)信息。實現(xiàn)散射光的會聚通常有兩種結(jié)構(gòu)，一種稱為透鏡前付里葉變換，參見

圖1，由光源(1)發(fā)出光線，經(jīng)過擴束器(2)后變成純凈的平行光，然后照射到樣品(3)上，光線被其散射，散射光的一部分投射到付里葉透鏡(4)上。由于光電探測陣列(5)處在付里葉透鏡(4)的后焦面上，所以同一方向的散射光被聚在陣列平面的同一點上。光電探測陣列由許多獨立的光電探測單元組成，根據(jù)各單元輸出的電信號強弱就可以知道散射光的角分布。第二種結(jié)構(gòu)稱為透鏡后付里葉變換，見圖2，從光源(1)發(fā)出的光線經(jīng)擴束器(2)后變成會聚光，其焦點在光電探測陣列(5)所在的平面上。會聚光經(jīng)過樣品(3)后，同樣被散射，且同一散射角的光線近似地會聚于探測器陣列的同一點。散射角越小，則會聚得越好，因此探測器測得的散射角也越精確；反之，則誤差越大。所以這種結(jié)構(gòu)只能測量角度較小的散射光。第一種結(jié)構(gòu)相對來說測量較為精確，但要對大角度的散射光進行良好聚焦也是很困難的。例如測量25°的散射角要求付里葉鏡頭由4-6片組成，設(shè)計難度和加工成本都是很高的。在實際應(yīng)用中，大角散射對應(yīng)于被測樣品的細(xì)節(jié)，在激光粒度儀中對應(yīng)于樣品中的細(xì)小顆粒。在上述兩種結(jié)構(gòu)中，由于樣品載體(窗口玻璃)是呈垂直放置的，即光線水平通過樣品載體，因而在激光粒度儀的具體應(yīng)用中就無法避免由于樣品中的大顆粒沉降所造成的測量誤差。
本實用新型的目的是提供一種散射光的角分布測量裝置，即針對上述二種結(jié)構(gòu)的不足而提出的一種成本低廉同時能精確測量大角光散射的測量裝置。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作詳細(xì)說明。
圖1、圖2為二種現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖3為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實用新型一個實施例(去掉外罩后)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1-光源，2-擴束器，3-樣品，4-付里葉透鏡，5-光電探測陣列，6-光軸，7-樣品載體，8-反射鏡，9-底板，10-底座，11-底座，12-立板，13-中心探測單元。
參照附圖，本實用新型原理上屬于透鏡后付里葉變換，圖4所示為在激光粒度儀上的應(yīng)用。它包括光源(1)、擴束器(2)、光電探測陣列(5)、樣品載體(7)、立板(12)等部件，其中，光源(1)、擴束器(2)依次固定在底板(9)上，光源(1)采用激光管，被固定在底座(10)上，底座(10)再固定在底板(9)上。擴束器(2)主要由顯微物鏡、針孔和準(zhǔn)直鏡組成(與現(xiàn)有技術(shù)同)，它與底板(9)直接相連。為改變光線方向，在底板(9)上對應(yīng)于光源(1)擴束器(2)位置設(shè)置反射鏡(8)，它通過底座(11)固定于底板(9)上，并處于樣品載體(7)的下方。立板(12)作為光電探測陣列(5)和樣品載體(7)的支撐板，與底板(9)垂直相連。樣品載體(7)水平固定在立板(12)上、反射鏡(8)的上方，光電探測陣列(5)的各單元呈圓弧形固定排列在樣品載體(7)上方，立板(12)上對應(yīng)于反射鏡(8)位置開有通孔以便入射光線通過。該裝置的主要特征在于探測陣列(5)的各探測單元呈圓弧形排列，最好該圓弧的直徑與光軸(6)重疊，直徑的兩個端點分別是入射光的會聚點及入射光束中心線與樣品載體(7)所在平面的交點。可以證明，各種散射角的散射光在該直徑所確定的球面上都能良好聚焦。該裝置另一特征就是樣品載體(7)的窗口玻璃是水平放置的，即光束是上下貫穿樣品(3)，從而完全避免了現(xiàn)有激光粒度儀因大顆粒下沉而引起的測量誤差。本裝置的工作過程是由光源(1)發(fā)出的光線經(jīng)擴束器(2)后變成一束會聚光，該光束透過立板(12)上的開孔經(jīng)反射鏡(8)后改為向上行走。當(dāng)上方樣品載體(7)內(nèi)無粉末樣品時，光能全部集中在與光軸相交的探測單元(13)上。當(dāng)樣品載體內(nèi)有樣品時，入射的光能被散射，因而光能分散在各個探測單元上。由于聚焦良好，所以每個探測單元均代表一個明確的散射角范圍。每個探測單元分別將接收到的光能轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)由多芯電纜輸入到計算機，就可分析計算出樣品的粒度分布。由于計算機處理系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)同，故不加贅述。
對于圖1所示的透鏡前付里葉變換，由于透鏡(4)對大角度的入射光往往有嚴(yán)重的場曲，從而帶來測量誤差。根據(jù)本實用新型構(gòu)思，可以將光電探測陣列(5)的各個單元排列在透鏡的實際聚焦曲面上，從而提高散射光的角測量精度，或在同樣的精度下降低透鏡結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度而降低其成本。
本實用新型的顯著優(yōu)點是對各種角度的散射光都能精確聚焦，應(yīng)用于激光粒度儀中，可測量小至0.2微米的粉末顆粒，并避免了大顆粒沉降帶來的誤差。是一種較為理想的散射光的角分布測量裝置。
權(quán)利要求1.一種包括光源(1)、擴束器(2)、光電探測陣列(5)、樣品載體(7)、立板(12)的散射光角分布測量裝置，其光源(1)、擴束器(2)、立板(12)依次固定在底板(9)上，光電探測陣列(5)與樣品載體(7)均固定于立板(12)上，其特征在于樣品載體(7)呈水平放置，即光束上下貫穿樣品載體，光電探測陣列(5)的各個單元呈圓弧形排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于光電探測陣列(5)的各個單元排列的園弧直徑與光軸(6)重疊，直徑的兩個端點分別是入射光束的會聚點及入射光束中心線與樣品載體(7)所在平面的交點。
專利摘要一種散射光的角分布測量裝置，包括光源、擴束器，光電探測陣列、樣品載體、立板，光源(1)、擴束器(2)、立板(12)依次固定于底板(9)上，光電探測陣列(5)固定于立板(12)上，其特征在于樣品載體(7)水平固定于立板(12)上，光電探測陣列(5)的各個單元呈圓弧形排列。該裝置有效地克服了現(xiàn)有因大顆粒沉降而引起的測量誤差，尤其對各種角度的散射光都能良好聚焦，從而大大提高了測量精度，且不需采用付里葉透鏡，使成本低廉。
文檔編號G01N15/02GK2246294SQ9522375
公開日1997年1月29日 申請日期1995年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月30日
發(fā)明者張福根 申請人:張福根