基于非對(duì)稱(chēng)液芯柱透鏡精確測(cè)量液體折射率及液相擴(kuò)散系數(shù)的裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】基于非對(duì)稱(chēng)液芯柱透鏡精確測(cè)量液體折射率及液相擴(kuò)散系數(shù)的裝置，涉及非對(duì)稱(chēng)柱透鏡及其應(yīng)用。本實(shí)用新型的柱透鏡由四個(gè)曲率半徑為Ri(i=1，2，3，4)，前后壁的厚度d1、d3，柱形腔厚度d2的柱形曲面構(gòu)成，當(dāng)柱形腔填充液體時(shí)，柱透鏡第四個(gè)曲面到其焦線的距離s滿足確定關(guān)系。應(yīng)用該柱透鏡的裝置包括光源，物鏡、孔徑光闌，準(zhǔn)直透鏡、狹縫和柱透鏡組成的成像系統(tǒng)，以電子目鏡與物鏡構(gòu)成電子目鏡顯微鏡及計(jì)算機(jī)終端組成的觀測(cè)系統(tǒng)。本裝置操作方便，穩(wěn)定性好，對(duì)液體折射率的測(cè)量靈敏度優(yōu)于2×10-5，可測(cè)量折射率差值小于0.001的兩種液體間的擴(kuò)散系數(shù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于非對(duì)稱(chēng)液芯柱透鏡精確測(cè)量液體折射率及液相擴(kuò)散系
數(shù)的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及單色光消球差可變焦非對(duì)稱(chēng)光學(xué)柱透鏡，并涉及用單色光測(cè)量液體折射率及液相擴(kuò)散系數(shù)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]折射率是透明介質(zhì)的重要光學(xué)參數(shù)，借助折射率能了解物質(zhì)的光學(xué)性能、純度、濃度以及色散等性質(zhì)。液相擴(kuò)散系數(shù)是研究傳質(zhì)過(guò)程，計(jì)算傳質(zhì)速率及化工設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，已廣泛應(yīng)用在生物、化工、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等新興行業(yè)中。透鏡很早就為人類(lèi)所認(rèn)識(shí)和利用，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，更多種類(lèi)的透鏡被應(yīng)用在了更廣泛的領(lǐng)域。柱透鏡與球面透鏡的結(jié)合使用廣泛應(yīng)用于激光擴(kuò)束、眼鏡光學(xué)、寬熒幕電影鏡頭等領(lǐng)域。但目前廠商生產(chǎn)的柱透鏡尤其是較大口徑的柱透鏡總存在較大的球差，并且對(duì)于選定的柱透鏡在無(wú)損的前提下是無(wú)法方便地改變其主焦距的。本實(shí)用新型提出之前，我們根據(jù)平行光經(jīng)過(guò)裝有不同液體的毛細(xì)管后會(huì)聚焦點(diǎn)位置不同的物理現(xiàn)象，提出了用玻璃毛細(xì)管精確測(cè)量微量液體折射率的原理和方法(普小云，白然，邢曼男等，中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利ZL200710066016.2[P];邢曼男，白然，普小云，精確測(cè)量微量液體折射率的新方法[J]，“光學(xué)精密工程”，2008，16(7)，1196-1202)，通過(guò)該原理和方法可以測(cè)量裝有不同液體的毛細(xì)管焦點(diǎn)位置，并計(jì)算得到毛細(xì)管中待測(cè)液體的折射率；利用毛細(xì)管成像法對(duì)液體折射率的空間分辨能力，以毛細(xì)管作為擴(kuò)散池，可直接觀察擴(kuò)散介質(zhì)在毛細(xì)管中的擴(kuò)散現(xiàn)象(李強(qiáng)，李宇，孫麗存等，中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利ZL201110283339.3 [P])，結(jié)合FICK第二定律計(jì)算出液相擴(kuò)散系數(shù)。但是利用毛細(xì)管作為待測(cè)液體盛載裝置，其測(cè)量折射率的靈敏度有限，并因此限制了其液相擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量應(yīng)用范圍，只有當(dāng)兩種液體折射率差值較大(例如丙三醇與水)時(shí)，才可清晰的觀察到介質(zhì)的擴(kuò)散現(xiàn)象。為提高折射率測(cè)量的靈敏度，我們?cè)俅卧O(shè)計(jì)了一種對(duì)稱(chēng)的液芯變焦柱透鏡替代毛細(xì)管(李強(qiáng)，孫麗存，孟偉東等，用液芯變焦柱透鏡精確測(cè)量液體折射率[J]，“中國(guó)激光”，2012，39 (10)，1008005-1?1008005-7)，但該柱透鏡的設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮球差的存在對(duì)觀測(cè)過(guò)程造成的影響，并且對(duì)折射率的測(cè)量靈敏度仍有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了進(jìn)一步提高對(duì)液體折射率測(cè)量的靈敏度，拓寬液相擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量范圍及穩(wěn)定性，本實(shí)用新型提出一種非對(duì)稱(chēng)液芯柱透鏡，并基于該非對(duì)稱(chēng)液芯柱透鏡提供一種精確測(cè)量液體折射率及液相擴(kuò)散系數(shù)的裝置。
[0004]上述目的通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn):
[0005](一)單色光消球差可變焦非對(duì)稱(chēng)液芯柱透鏡
[0006]該柱透鏡(6)由四個(gè)柱形光學(xué)曲面構(gòu)成，柱透鏡(6)光學(xué)曲面的曲率半徑分別為T(mén)Pi(i=l, 2, 3,4),前后壁的厚度分別為柱形腔的厚度為dv當(dāng)柱形腔填充液體時(shí),柱透鏡
(6)第四個(gè)曲面到其焦線的距離s滿足:[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種非對(duì)稱(chēng)液芯柱透鏡，其特征是該柱透鏡(6)由四個(gè)柱形光學(xué)曲面構(gòu)成，柱透鏡(6)光學(xué)曲面的曲率半徑分別為T(mén)Pi (i=l，2，3，4)，前后壁的厚度分別為 <、<，柱形腔的厚度為d2,當(dāng)柱形腔填充液體時(shí)，柱透鏡(6)第四個(gè)曲面到其焦線的距離s滿足:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱(chēng)液芯柱透鏡，其特征是所述的柱透鏡(6)光學(xué)曲面的曲率半徑分別為Rf&Qmm, R2=2bmm, R^=-1bmm, 7?4=-33.8〃--,前后壁的厚度分別為dfAmm,(64=--?,柱形腔的厚度為i/2=12a--,通光孔徑為J= 32.50--?,當(dāng)充入柱形腔的液體折射率/?為1.333時(shí)，成像系統(tǒng)的折射率變化0.001，焦線位置變化1.165瞧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非對(duì)稱(chēng)液芯柱透鏡，其特征是所述的柱透鏡(6)由兩個(gè)K9玻璃柱面體粘合而成，其下端口封閉。
4.應(yīng)用如權(quán)利要求f3所述的非對(duì)稱(chēng)液芯柱透鏡之一種精確測(cè)量液體折射率及液相擴(kuò)散系數(shù)的裝置，包括成像系統(tǒng)和觀測(cè)系統(tǒng)，其中， 成像系統(tǒng)以發(fā)光二極管(I)為光源，經(jīng)物鏡(2)會(huì)聚后照射到作為點(diǎn)光源的孔徑光闌(3)，經(jīng)準(zhǔn)直透鏡(4)準(zhǔn)直和狹縫(5)限寬，正入射到待測(cè)液體盛載部件(6)； 觀測(cè)系統(tǒng)以透鏡(8)和COMS圖像傳感器(9)構(gòu)成電子目鏡(8，9)，電子目鏡(8，9)與物鏡(7)構(gòu)成電子目鏡顯微鏡(10)，電子目鏡顯微鏡(10)與精度為0.001 mm的電子位移平臺(tái)(11)呈移動(dòng)副，COMS圖像傳感器(9)與計(jì)算機(jī)終端(12)連接； 其特征是: 待測(cè)液體盛載部件(6 )為非對(duì)稱(chēng)液芯柱透鏡(6 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征是所述成像系統(tǒng)的物鏡(2)為IOX平場(chǎng)消色差物鏡，孔徑光闌(3)直徑大小為60微米，準(zhǔn)直透鏡(4)為焦距為400遞?、直徑50.8遞?的雙凸透鏡，狹縫(5)的寬度可調(diào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征是所述成像系統(tǒng)的狹縫(5)的縫寬略小于柱透鏡(6)的內(nèi)徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征是所述觀測(cè)系統(tǒng)的物鏡(7)為20X平場(chǎng)消色差物鏡，有效數(shù)值孔徑傾=0.4，透鏡(8)橫向放大率為1/3以縮小所得圖像，COMS圖像傳感器(9)以30倍的放大倍率對(duì)所得圖像進(jìn)行放大，最高分辨率為2048X1536。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征是所述觀測(cè)系統(tǒng)的物鏡(7)為20X平場(chǎng)消色差物鏡，有效數(shù)值孔徑傾=0.4，透鏡(8)橫向放大率為1/3以縮小所得圖像，COMS圖像傳感器(9)以30倍的放大倍率對(duì)所得圖像進(jìn)行放大，最高分辨率為2048X1536。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征是所述觀測(cè)系統(tǒng)的物鏡(7)為20X平場(chǎng)消色差物鏡，有效數(shù)值孔徑傾=0.4，透鏡(8)橫向放大率為1/3以縮小所得圖像，COMS圖像傳感器(9)以30倍的放大倍率對(duì)所得圖像進(jìn)行放大，最高分辨率為2048X 1536。
【文檔編號(hào)】G01N13/00GK203455276SQ201320578510
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】孫麗存, 普小云, 孟偉東, 李強(qiáng) 申請(qǐng)人:云南大學(xué)