專利名稱：一種折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
色散特性是透明材料，例如玻璃，的一個(gè)重要指標(biāo)，它與玻璃的成分及其制造有關(guān)。因此，對(duì)不同廠家、配方、原料和生產(chǎn)批次的玻璃，可以通過色散特性進(jìn)行鑒別。另外，玻璃折射率的色散特性測(cè)量在工業(yè)材料檢測(cè)、刑偵物證鑒定等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。
玻璃折射率色散特性的傳統(tǒng)測(cè)量方法，是在玻璃折射率測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，分別用不同波段單色光照明樣品，得到不同波長(zhǎng)下的折射率，然后得到玻璃樣品的光譜特
性。精密測(cè)量透明材料折射率的經(jīng)典方法有阿貝法、v棱鏡法、最小偏向角法和干涉
法，市場(chǎng)能夠提供基于這些方法的測(cè)量?jī)x器。但這四種方法都要求把材料做成成型的樣品，并且對(duì)相關(guān)的觀測(cè)面有表面光滑的要求，而我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中遇到的玻璃樣品形狀是任意的，加工成型和表面處理難度很大，所以這些方法不能用于此種情形。同時(shí)，由于這些光譜測(cè)量過程是在不同單色光照明時(shí)重復(fù)折射率測(cè)量過程，所以操作過程繁瑣、時(shí)間上也不經(jīng)濟(jì)。
折射率匹配法是另外一種高精度測(cè)量玻璃折射率的方法。折射率匹配法是基于匹
配液和玻璃的折射率均隨溫度線性變化，前者變化率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者；將玻璃樣品浸泡在匹配液中，當(dāng)匹配液與玻璃樣品的折射率完全相同的時(shí)候，在光學(xué)視場(chǎng)上將看不到兩者的邊界；根據(jù)匹配液的折射率可以獲得待測(cè)玻璃樣品的折射率。雖然在有人討論過玻璃折射率的色散特性，但只是把玻璃的色散效應(yīng)當(dāng)作是一種誤差來源；當(dāng)前的折射率匹配法只測(cè)量在特定波長(zhǎng)下的玻璃折射率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供無需多次重復(fù)設(shè)置待測(cè)物體，更加簡(jiǎn)便易行的系統(tǒng)及方法，能夠較為準(zhǔn)確快速的測(cè)出待測(cè)物體的折射率色散特性參數(shù)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
一種折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)，包括-透明載體，用于盛裝待測(cè)物體和匹配液；溫度調(diào)節(jié)裝置，用于改變并獲取所述透明載體的溫度；寬帶光源，用于發(fā)出射向所述透明載體的寬帶光；
成像裝置，用于利用所述寬帶光形成關(guān)于所述透明載體的至少包含二維信息的波長(zhǎng)匹配圖像；
計(jì)算處理裝置，用于將所述透明載體的至少包含二維信息的波長(zhǎng)匹配圖像轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，并結(jié)合所述溫度調(diào)節(jié)裝置獲取的溫度，對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行分析處理，得到所述待測(cè)物體的折射率色散特性參數(shù)。
其中，所述匹配液只要滿足其折射率隨溫度變化特性已知、與待測(cè)物體的折射
率隨溫度變化特性具有差異，且物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定即可，而不需要其在給定溫度范圍內(nèi)折射率隨溫度變化特征為線性。待測(cè)物體可以為任意透明或者半透明的物體。
在上述技術(shù)方案中，將待測(cè)物體，例如玻璃，浸于在透明載體內(nèi)的匹配液中，并以該混合體整體作為檢測(cè)的對(duì)象。其中，匹配液和玻璃的折射率均隨溫度線性變化，而匹配液的折射率溫度系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于玻璃。而隨著溫度的改變，當(dāng)匹配液與玻璃的折射率完全相同的時(shí)候，在光學(xué)視場(chǎng)上將看不到兩者的邊緣，這時(shí)可以由匹配液的折射率得到玻璃的折射率。而用寬帶光源照明承載有待測(cè)物體和匹配液的透明載體，并讓透過該透明載體的光經(jīng)過成像裝置形成至少包含二維信息的波長(zhǎng)匹配圖像，其中，在二維圖像中，其中， 一維是光波長(zhǎng)，反映了所述寬帶光所包含的波長(zhǎng)；另一維是所述匹配液和待測(cè)物體相互之間的邊界的位置。這樣使得光譜信息與反應(yīng)折射率匹配程度的圖像同步被所述計(jì)算處理裝置所記錄。
隨著溫度的變化，所述計(jì)算處理裝置記錄下一系列"波長(zhǎng)一匹配圖像"，然后利用折射率匹配法得到不同波長(zhǎng)下的所述待測(cè)物體折射率，也就是所述待測(cè)物體的折射率隨波長(zhǎng)變化的曲線，實(shí)現(xiàn)色散測(cè)量。進(jìn)一步，作為一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，所述待測(cè)物體的色散的柯西公式為
n(入)=A+B / A2+C/X4; (1)在(1)式中，n是折射率，A是波長(zhǎng)，A、 B和C是色散參數(shù)。可以用得到所述待測(cè)物體折射率隨波長(zhǎng)變化的曲線，擬合柯西公式，得到色散參數(shù)A、 B和C;為簡(jiǎn)便計(jì)，以后相關(guān)的介紹以得到色散參數(shù)A、 B和C為例。
與傳統(tǒng)的光譜測(cè)量方法相比，不僅繼承了折射率匹配法的樣品用量少、對(duì)樣品形狀沒有要求的優(yōu)點(diǎn)，而且操作過程少，不會(huì)增加時(shí)間負(fù)擔(dān)。
上述技術(shù)方案基于折射率匹配法去測(cè)量待測(cè)物體，如玻璃的折射率色散特性，與以往色散特性測(cè)量相區(qū)別的最大特點(diǎn)就是在多波長(zhǎng)下同步進(jìn)行折射率測(cè)量，即經(jīng)過一次折射率測(cè)量就可以得到樣品的色散特性。此外，折射率匹配法無須把玻璃加工為
成型的樣品，它只需要很少量樣品，并對(duì)樣品形狀沒有要求。所以利用這個(gè)基于折射率匹配法的玻璃折射率色散特性測(cè)量具有特殊的意義，特別是作為一種法庭物證鑒定的新手段。這是因?yàn)楸炯夹g(shù)方案所處理的待測(cè)物體，如玻璃樣品通常都是任意形狀和大小，并且要求測(cè)量過程快速、操作簡(jiǎn)單，可以有效增強(qiáng)刑事司法檢驗(yàn)的技術(shù)力量，特別是針對(duì)要以玻璃，特別是碎片或者殘?jiān)鳛槲镒C的案件，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，也為新的科學(xué)技術(shù)有效、及時(shí)地應(yīng)用于刑事技術(shù)領(lǐng)域開辟新的途徑。這樣，也將會(huì)拓展玻璃折射率光譜測(cè)量在玻璃相關(guān)工業(yè)的質(zhì)量檢測(cè)、玻璃應(yīng)用領(lǐng)域的特征探測(cè)等方面的應(yīng)用。
由于采用了寬帶光源，那么在"波長(zhǎng)匹配圖像"上為連續(xù)光譜?？紤]到光譜的分辨能力，既可以分析幾個(gè)特定波長(zhǎng)，也可以針對(duì)所有的波長(zhǎng)進(jìn)行分析。由于已知匹配液特定溫度下折射率和它的折射率隨溫度的線性關(guān)系，即折射率溫度系數(shù)，可以得到待測(cè)物體在不同波長(zhǎng)下的折射率。然后用數(shù)學(xué)方法擬合待測(cè)物體的柯西色散公式得到參數(shù)A、 B和C等。相對(duì)而言，比較可取的方法是盡量多的取寬帶光源所包含特定的波長(zhǎng)，以提高擬合精度，使得結(jié)果不易受到某個(gè)波長(zhǎng)下折射率測(cè)量誤差的影響。
進(jìn)一步而言，所述透明載體包括相對(duì)設(shè)置的上透明片和下透明片；所述上透明片和下透明片之間填充有所述匹配液，所述待測(cè)物體浸于所述匹配液。
與之相應(yīng)的，所述成像裝置包括
光學(xué)鏡組，用于對(duì)所述透明載體進(jìn)行光學(xué)成像；
狹縫，設(shè)置于所述透明載體相對(duì)于所述光學(xué)鏡組的共軛成像面處；寬帶光分解單元，用于分解透過所述狹縫的寬帶光的光譜，并投射為空間分布。
采用上述技術(shù)措施，寬帶光源照明承載有待測(cè)物體和匹配液的透明載體，并讓透
過該透明載體的光經(jīng)過所述狹縫后，被所述寬帶光分解單元分解得到光譜信息，形成
二維圖像，即為一種波長(zhǎng)匹配圖像。在每個(gè)測(cè)量的溫度點(diǎn)上，采集一幅圖像；通過改變溫度，比如升溫或者降溫，可以得到一系列圖像；"波長(zhǎng)匹配圖像"反映的是在不同 波長(zhǎng)下玻璃樣品與匹配液的匹配程度。其中，溫度點(diǎn)的準(zhǔn)確性，這取決于所述溫度調(diào) 節(jié)裝置的溫度控制精度，及測(cè)溫的精度。
進(jìn)一步而言，所述寬帶光分解單元包括用于分解寬帶光的光譜，并將其投射為 空間分布的光柵。
進(jìn)一步而言，所述光學(xué)鏡組包括在所述透明載體光學(xué)成像光路上依次設(shè)置的第 一透鏡、第二透鏡和反射鏡。
進(jìn)一步而言，所述計(jì)算處理裝置包括用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號(hào)的電耦合
器件，以及，用于根據(jù)所述電耦合器件和溫度調(diào)節(jié)裝置輸入的信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并
得到折射率色散特性參數(shù)的數(shù)據(jù)處理單元。
考慮到實(shí)驗(yàn)測(cè)量誤差和環(huán)境對(duì)測(cè)量的影響，測(cè)量記錄的圖像首先要利用圖像處理
方法去除噪聲?？疾觳Ａ悠放c匹配液的匹配程度，如果匹配時(shí)邊緣在光學(xué)圖像上消
失，則搜索和確定匹配溫度。由于采用了寬帶光源，那么在"波長(zhǎng)一匹配圖象"上為
連續(xù)光譜，考慮到光柵的分辨能力，可以分析幾個(gè)特定波長(zhǎng)，也可以針對(duì)所有的波長(zhǎng)，
由于已知匹配液特定溫度下折射率和它的折射率隨溫度的線性關(guān)系，即折射率溫度系
數(shù)，得到玻璃樣品在不同波長(zhǎng)下的折射率；然后用數(shù)學(xué)方法擬合玻璃樣品的柯西色散
公式得到參數(shù)A、 B和C等。比較好的方法是多取幾個(gè)波長(zhǎng)，可以提高擬合精度，使
得結(jié)果不易受到某個(gè)波長(zhǎng)下折射率測(cè)量誤差的影響。
進(jìn)一步而言，所述溫度調(diào)節(jié)裝置包括用于對(duì)所述透明載體進(jìn)行加熱的加熱單元， 以及調(diào)節(jié)所述加熱單元加熱的控制單元。
采用上述技術(shù)措施，可以方便的的調(diào)節(jié)溫度，當(dāng)然也可以用降溫的方式來實(shí)現(xiàn)溫 度的調(diào)節(jié)，但是這與加熱的方式相比，其實(shí)現(xiàn)成本較高，且調(diào)節(jié)速度也較慢。
進(jìn)一步而言，所述的折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述寬帶光源和 透明載體之間，用于匯聚寬帶光的聚光裝置。
采用上述技術(shù)措施，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的整體檢測(cè)效率。
本發(fā)明還提供一種采用所述的折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)的折射率色散特性的檢 測(cè)方法，包括如下步驟
準(zhǔn)備步驟將所述待測(cè)物體浸入盛于所述透明載體的匹配液中；
成像步驟成像裝置利用所述寬帶光形成關(guān)于所述透明載體的至少包含二維信息的波長(zhǎng)匹配圖像；
控溫步驟所述溫度調(diào)節(jié)裝置獲取并改變所述透明載體的溫度；
處理步驟所述計(jì)算處理裝置根據(jù)在不同溫度下所獲得的至少包含二維信息的波
長(zhǎng)匹配圖像以及相應(yīng)的溫度進(jìn)行處理分析，得出盛裝在所述透明載體內(nèi)所述待測(cè)物體
的折射率色散特性參數(shù)。
采用上述技術(shù)方案，在處理步驟中，技術(shù)人員根據(jù)其工作要求，完成相應(yīng)的工作，
例如，控制軟件的設(shè)計(jì)、人機(jī)界面的編寫，以及圖像預(yù)處理和匹配溫度搜索算法、數(shù)
學(xué)擬合算法等等的集成。
其中，我們可以認(rèn)為，所述透明載體的溫度，與所述待測(cè)物體和匹配液的溫度是
相等的，或者，它們之間的差別為可以忽略的。
另外，影響色散測(cè)量精度的因素主要有兩個(gè)。第一個(gè)因素是，在數(shù)學(xué)擬合柯西公
式得到參數(shù)A、 B和C等的過程中，測(cè)量誤差會(huì)傳遞到參數(shù)A、 B和C的誤差?？梢?br> 通過誤差分析的方法對(duì)此進(jìn)行克服，例如，參照傳統(tǒng)的誤差校正方法，對(duì)色散參數(shù)A、
B和C的誤差進(jìn)行校正。
第二個(gè)因素是，匹配液的色散特性，特別是在不同波長(zhǎng)下折射率溫度系數(shù)的變化。
解決方法包括，對(duì)匹配液的折射率溫度系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。例如，可以用一組玻璃標(biāo)準(zhǔn)件 來標(biāo)定匹配液的折射率溫度系數(shù)光譜特性。具體的做法是首先，選擇玻璃的標(biāo)準(zhǔn)件， 它們的折射率色散特性已知，即它們?cè)诓煌ㄩL(zhǎng)下的折射率巳知；然后，用本發(fā)明的 上述折射率色散特性的檢測(cè)方法測(cè)量出這些標(biāo)準(zhǔn)玻璃的色散特性。由于折射率匹配， 可以得到匹配液的色散特性，利用匹配液的折射率隨溫度的線性關(guān)系，可以得到在不 同波長(zhǎng)下的匹配液折射率溫度系數(shù)。其中，折射率差與溫度差的比值就是匹配液的折 射率溫度系數(shù)。這個(gè)過程就是標(biāo)定匹配液的折射率溫度系數(shù)光譜特性。標(biāo)定完成之后， 匹配液折射率溫度系數(shù)的光譜特性被存儲(chǔ)在系統(tǒng)之中。在此后的玻璃折射率色散測(cè)量 過程中，相對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)下的匹配液折射率溫度系數(shù)會(huì)被系統(tǒng)調(diào)用，提高玻璃折射率色散 測(cè)量的精度。
進(jìn)一步而言，所述透明載體包括相對(duì)設(shè)置的上透明片和下透明片；所述上透明 片和下透明片之間填充有所述匹配液，所述待測(cè)物體浸于所述匹配液； 所述成像裝置包括-
光學(xué)鏡組，用于對(duì)所述透明載體進(jìn)行光學(xué)成像；
8狹縫，設(shè)置于所述透明載體相對(duì)于所述光學(xué)鏡組的共軛成像面處； 寬帶光分解單元，用于分解透過所述狹縫的寬帶光的光譜，并投射為空間分布； 所述成像步驟包括
所述狹縫對(duì)準(zhǔn)所述上透明片和下透明片之間的所述待測(cè)物體與所述匹配液交界的 邊緣部分。
經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對(duì)比，采用上述方法進(jìn)行的成像步驟，其系統(tǒng)所獲得的二維波長(zhǎng)匹配圖 像的效果最優(yōu)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，無需多次重復(fù)設(shè)置待測(cè)物體，更加簡(jiǎn)便易行 的，并較為準(zhǔn)確快速的測(cè)出待測(cè)物體的折射率色散特性參數(shù)。


圖1是本發(fā)明折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)另一種實(shí)施例中二維的波長(zhǎng)匹配圖像形 成示意圖4本發(fā)明折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)另一種實(shí)施例的工作過程示意圖； 圖5是本發(fā)明折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法一種實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和較佳的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖1所示， 一種折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)包括透明載體100、溫度調(diào)節(jié)裝置
190、寬帶光源200、成像裝置300，以及，計(jì)算處理裝置400。
其中，透明載體IOO用于盛裝待測(cè)物體IIO和匹配液120;溫度調(diào)節(jié)裝置l卯用于 改變并獲取所述透明載體100的溫度；寬帶光源200用于發(fā)出射向所述透明載體100 的寬帶光；成像裝置300用于利用所述寬帶光形成關(guān)于所述透明載體100的至少包含 二維信息的波長(zhǎng)匹配圖像；計(jì)算處理裝置400用于將所述透明載體100的至少包括二 維的波長(zhǎng)匹配圖像轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，并結(jié)合所述溫度調(diào)節(jié)裝置190獲取的溫度， 對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行分析處理，得到所述待測(cè)物體IIO的折射率色散特性參數(shù)。
如圖2所示，相比圖l,為折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)更具體的實(shí)施例。結(jié)合參照?qǐng)Dl，其中，所述成像裝置300包括用于對(duì)所述透明載體100進(jìn)行光學(xué)成像的光學(xué)鏡 組、設(shè)置于所述透明載體100相對(duì)于所述光學(xué)鏡組的共軛成像面處的狹縫320、以及， 采用了光柵331，用于分解透過所述狹縫320的寬帶光的光譜，并投射為空間分布的寬 帶光分解單元。所述光學(xué)鏡組包括在所述透明載體100光學(xué)成像光路上依次設(shè)置的 第一透鏡311、第二透鏡312和反射鏡3B。
其中，所述透明載體100包括相對(duì)設(shè)置的上透明片101和下透明片102;所述上 透明片101和下透明片102之間填充有所述匹配液120，所述待測(cè)物體110浸于所述匹 配液120。
其中，所述計(jì)算處理裝置400包括用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號(hào)的電耦合器 件410，以及，用于根據(jù)所述電耦合器件410和溫度調(diào)節(jié)裝置1卯輸入的信號(hào)，進(jìn)行數(shù) 據(jù)處理并得到折射率色散特性參數(shù)的數(shù)據(jù)處理單元420。
其中，所述溫度調(diào)節(jié)裝置l卯包括用于對(duì)所述透明載體100進(jìn)行加熱的加熱單
元，以及調(diào)節(jié)所述加熱單元加熱的控制單元。
如圖3所示，為對(duì)圖2所示實(shí)施例的工作原理做進(jìn)一步說明。為了獲得包含二維
信息的波長(zhǎng)匹配圖像，需要以下兩個(gè)條件第一個(gè)條件是設(shè)置于所述透明載體100相
對(duì)于所述光學(xué)鏡組的共軛成像面處的狹縫320。所述狹縫320的作用是取一個(gè)狹長(zhǎng)區(qū)域
內(nèi)的樣品像，包括一個(gè)或幾個(gè)待測(cè)物體110與匹配液120之間的邊緣部分。所述狹縫
320也可以認(rèn)為是一條線，把其他不需要的光都屏蔽。第二個(gè)條件是光柵331。所述光
柵331分解寬帶光的光譜，并投射為空間分布。所述光柵331的作用是把所述狹縫320
透過來的光進(jìn)行光譜分解，投射為空間分布，得到形成二維的"波長(zhǎng)匹配圖像"，其中，
一維是波長(zhǎng)，另一維是待測(cè)物體110和匹配液120之間邊界的位置。
在檢測(cè)過程中，在每個(gè)溫度點(diǎn)采集相應(yīng)的二維的波長(zhǎng)匹配圖像。所述溫度調(diào)節(jié)裝 置l卯通過改變溫度，比如升溫或者降溫，可以得到一系列二維的波長(zhǎng)匹配圖像。所 述波長(zhǎng)匹配圖像反映的是在不同波長(zhǎng)下玻璃樣品與匹配液的匹配程度。
如圖4所示，其中各個(gè)模塊代表了如圖2所示實(shí)施例中實(shí)行相應(yīng)功能的硬件部分， 其中虛線代表控制信號(hào)流，而實(shí)線代表信息流。
數(shù)據(jù)處理單元420可以采用計(jì)算機(jī)，其功能包含兩部分 一部分是用戶在人機(jī)交 互界面上設(shè)定各種參數(shù)，比如輸入溫度搜索范圍、速度和精度，在圖像顯示窗口上選 擇觀察區(qū)(比如選待測(cè)物體與匹配液交界面)，設(shè)定圖像處理的各種參數(shù)，選擇數(shù)據(jù)分析的不同方法，并且在指定的區(qū)域顯示儀器狀態(tài)、測(cè)量結(jié)果等。第二部分是數(shù)據(jù)處理 系統(tǒng)與其他模塊的交互，比如從成像裝置300中讀取圖像數(shù)據(jù)；又如可以向溫度調(diào)節(jié) 裝置190的控制單元發(fā)布溫度參數(shù)和控制指令，同時(shí)讀取溫度調(diào)節(jié)裝置190的信息作 為反饋信息，比如當(dāng)前溫度和溫度調(diào)節(jié)裝置190狀態(tài)等。
溫度調(diào)節(jié)裝置190和成像裝置300分別作為功能模塊，執(zhí)行數(shù)據(jù)處理單元420的 指令，提供數(shù)據(jù)處理單元420需要的各種信息和數(shù)據(jù)，并保持與數(shù)據(jù)處理單元420的 同步。
如圖5所示，采用所述的折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)的折射率色散特性的檢測(cè)方 法包括如下步驟
1，準(zhǔn)備步驟包括兩步。第一步是將待測(cè)物體110粉碎成粉末狀，其粉末大小在
IO—IOO微米量級(jí)，這些粉末狀的待測(cè)物體110被稱為樣品。第二步是取少量所述樣
品放到一塊下透明片102 (載玻片)上，并滴上匹配液120，讓所述樣品在液滴中心區(qū) 域均勻分布。然后，蓋上上透明片IOI (蓋玻片)，保證所述樣品與匹配液120的混合 物中沒有氣泡。這樣一種組合可以稱為樣品片。
2，將樣品片放在相應(yīng)的檢測(cè)位置，此處溫度調(diào)節(jié)裝置190將可以改變其溫度。為 了提高效率，可以預(yù)先校正系統(tǒng)，要保證溫度調(diào)節(jié)區(qū)域在成像裝置300的成像范圍內(nèi)； 同時(shí)調(diào)整成像裝置300,使得成像裝置300能夠觀察所述樣品片中樣品與匹配液邊界。 此時(shí)系統(tǒng)也可以實(shí)時(shí)顯示圖像，以便用戶能夠直觀的感覺到成像裝置300的調(diào)整效果。
3，選擇特定的觀察區(qū)。用戶需要調(diào)整所述樣品片，使得狹縫經(jīng)過一個(gè)或者幾個(gè)樣 品與匹配液120的邊緣部分。
4，前后兩種不同的搜索策略。高精度測(cè)定匹配溫度是本發(fā)明的折射率精度的前提 條件?；舅悸肥牵却蠓秶志鹊乃阉?，得到在不同波長(zhǎng)下玻璃與匹配液折射率 匹配的大致溫度范圍(比此前小的"小范圍")，然后在這個(gè)溫度"小范圍"內(nèi)進(jìn)行細(xì) 精度的搜索，得到在不同波長(zhǎng)下玻璃與匹配液折射率的匹配溫度。
5，透過狹縫320的寬帶光經(jīng)過光柵331分解后，在電耦合器件410上獲得波長(zhǎng)匹 配圖像。它的一維是待測(cè)物體100與匹配液120的邊緣位置，另一維是相應(yīng)的波長(zhǎng)。
6，評(píng)估一系列"波長(zhǎng)匹配圖像"，得到在不同波長(zhǎng)下匹配指數(shù)隨溫度的變化曲線， 然后得到匹配溫度。作為一種具體的實(shí)施方式，匹配指數(shù)的獲得可以是對(duì)電耦合器 件410上獲得波長(zhǎng)匹配圖像進(jìn)行處理，提取圖像特征，作為評(píng)價(jià)指數(shù)來衡量樣品與匹配液的匹配程度。其中，獲得匹配溫度的方法，與匹配指數(shù)的選擇有關(guān)。
7，從匹配溫度得到待測(cè)物體110的折射率。在測(cè)量之前，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定標(biāo)，也就 是通過對(duì)折射率色散特性已知的標(biāo)準(zhǔn)樣品按照流程進(jìn)行測(cè)量，從而得到不同波長(zhǎng)下匹 配液的溫度折射率系數(shù)。在之后針對(duì)未知折射率的待測(cè)物體110的測(cè)量中，得到不同 波長(zhǎng)下的匹配溫度之后，通過不同波長(zhǎng)下匹配液的溫度折射率系數(shù)，換算出不同波長(zhǎng) 下的待測(cè)物體110折射率。
需要指出的是，本發(fā)明中的成像裝置300可以選擇采用顯微鏡，包括，普通顯微 鏡和相差顯微鏡，其可以是透射式，也可以是反射式。本發(fā)明的檢測(cè)方法的搜索策略， 除了用上述實(shí)施方式中的兩種搜索策略并用的方式，也可以用小范圍搜索得到匹配指 數(shù)變化趨勢(shì)，然后結(jié)合匹配液折射率隨溫度變化特征，計(jì)算得到大致匹配溫度，再結(jié) 合小范圍細(xì)精度溫度搜索。四是評(píng)估波長(zhǎng)匹配圖像的優(yōu)劣，可以用如上述具體實(shí)施方 式中用邊界特征，也可以用圖像其他特征。而匹配指數(shù)的選定，可以用當(dāng)前圖像的某 數(shù)學(xué)特征作為匹配指數(shù)，也可以用基于起始溫度狀態(tài)圖像作為模板對(duì)后續(xù)圖像進(jìn)行遴 選以獲得匹配指數(shù)等。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說， 在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本 發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括透明載體(100)，用于盛裝待測(cè)物體(110)和匹配液(120)；溫度調(diào)節(jié)裝置(190)，用于改變并獲取所述透明載體(100)的溫度；寬帶光源(200)，用于發(fā)出射向所述透明載體(100)的寬帶光；成像裝置(300)，用于利用所述寬帶光形成關(guān)于所述透明載體(100)的至少包含二維信息的波長(zhǎng)匹配圖像；計(jì)算處理裝置(400)，用于將所述透明載體(100)的至少包括二維的波長(zhǎng)匹配圖像轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，并結(jié)合所述溫度調(diào)節(jié)裝置(190)獲取的溫度，對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行分析處理，得到所述待測(cè)物體(110)的折射率色散特性參數(shù)。
2、 如權(quán)利要求1所述的折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)，所述透明載體(100)包括 相對(duì)設(shè)置的上透明片(101)和下透明片(102);所述上透明片(101)和下透明片(102) 之間填充有所述匹配液(120)，所述待測(cè)物體(110)浸于所述匹配液(120)。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述成像 裝置(300)包括光學(xué)鏡組，用于對(duì)所述透明載體(100)進(jìn)行光學(xué)成像；狹縫(320)，設(shè)置于所述透明載體(100)相對(duì)于所述光學(xué)鏡組的共軛成像面處； 寬帶光分解單元，用于分解透過所述狹縫(320)的寬帶光的光譜，并投射為空間 分布。
4、 如權(quán)利要求3所述的折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述寬帶光分 解單元包括光柵(331)。
5、 如權(quán)利要求3所述的折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)鏡組 包括在所述透明載體(100)光學(xué)成像光路上依次設(shè)置的第一透鏡(311)、第二透鏡(312)和反射鏡(313)。
6、 如權(quán)利要求1或2所述的折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算 處理裝置(400)包括用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號(hào)的電耦合器件(410)，以及， 用于根據(jù)所述電耦合器件(410)和溫度調(diào)節(jié)裝置(l卯)輸入的信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 并得到折射率色散特性參數(shù)的數(shù)據(jù)處理單元(420)。
7、 如權(quán)利要求1或2所述的折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度調(diào)節(jié)裝置(190)包括用于對(duì)所述透明載體(100)進(jìn)行加熱的加熱單元，以及調(diào)節(jié)所述加熱單元加熱的控制單元。
8、 如權(quán)利要求1或2所述的折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)置在所述寬帶光源(200)和透明載體(100)之間，用于匯聚寬帶光的聚光裝置(900)。
9、 一種采用如權(quán)利要求1所述的折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)的折射率色散特性的 檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟準(zhǔn)備步驟將所述待測(cè)物體(110)浸入盛于所述透明載體(100)的匹配液(120)中；成像步驟成像裝置利用所述寬帶光形成關(guān)于所述透明載體(100)的至少包含二 維信息的波長(zhǎng)匹配圖像；控溫步驟所述溫度調(diào)節(jié)裝置獲取并改變所述透明載體(100)的溫度； 處理步驟所述計(jì)算處理裝置(400)根據(jù)在不同溫度下所獲得的至少包含二維信息的波長(zhǎng)匹配圖像以及相應(yīng)的溫度進(jìn)行處理分析，得出盛裝在所述透明載體(100)內(nèi) 所述待測(cè)物體(110)的折射率色散特性參數(shù)。
10、 如權(quán)利要求9的所述的折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)的折射率色散特性的檢測(cè)方法，其特征在于，所述透明載體(100)包括相對(duì)設(shè)置的上透明片(101)和下透明片(102);所 述上透明片(101)和下透明片(102)之間填充有所述匹配液(120)，所述待測(cè)物體 (110)浸于所述匹配液(120); 所述成像裝置(300)包括光學(xué)鏡組，用于對(duì)所述透明載體(100)進(jìn)行光學(xué)成像；狹縫(320)，設(shè)置于所述透明載體(100)相對(duì)于所述光學(xué)鏡組(310)的共軛成 像面處；寬帶光分解單元，用于分解透過所述狹縫(320)的寬帶光的光譜，并投射為空間 分布；所述成像步驟包括所述狹縫(320)對(duì)準(zhǔn)所述上透明片(101)和下透明片(102)之間的所述待測(cè)物 體(110)與所述匹配液(120)交界的邊緣部分。
全文摘要
本發(fā)明公開一種折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法。折射率色散特性的檢測(cè)系統(tǒng)包括透明載體(100)，用于盛裝待測(cè)物體(110)和匹配液(120)；溫度調(diào)節(jié)裝置(190)，用于改變并獲取所述透明載體(100)的溫度；寬帶光源(200)，用于發(fā)出射向所述透明載體(100)的寬帶光；成像裝置(300)，用于利用所述寬帶光形成關(guān)于所述透明載體(100)的至少包含二維信息的波長(zhǎng)匹配圖像；計(jì)算處理裝置(400)，用于將所述透明載體(100)的至少包括二維的波長(zhǎng)匹配圖像轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，并結(jié)合所述溫度調(diào)節(jié)裝置(190)獲取的溫度，對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行分析處理，得到所述待測(cè)物體(110)的折射率色散特性參數(shù)。
文檔編號(hào)G01N21/27GK101603921SQ20091010870
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者何永紅, 然 廖, 輝 馬 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院