与颗粒表征有关的改善制造技术

公开了一种颗粒表征装置，包括：光源；样本室；会聚透镜；以及检测器。光源能操作为利用沿着光束轴的光束照射样本室内包括分散颗粒的样本。光束轴穿过样本室的第一壁、穿过样本、并且穿过样本室的第二壁，以通过与样本的交互作用产生散射光。检测器被配置为检测从样本散射的光。样本室的第二壁包括具有凸外表面的透镜，光束轴穿过该透镜。会聚透镜被布置成将离开样本室的散射光会聚并且聚焦在检测器上，并且会聚透镜包括非球面表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于表征颗粒的装置，并且涉及一种用于表征颗粒的方法。表征颗粒可包括确定颗粒尺寸的分布。
技术介绍
已知可以通过照亮样本并且测量由颗粒(particle)散射的光表征样本中的颗粒。在测量过程中，样本的颗粒通常分散在分散剂介质中的样本室(samplecell)内。分散剂介质通常是空气或水，并且通常在测量过程中流动通过样本室。在这种类型的仪器中，样本室通常具有一对平坦的、平行的透明壁，并且通过第一壁照亮样本。前向散射光经由相对的第二壁离开样本室，并且后向散射光经由第一壁离开样本室。该布置既适用于测量与大颗粒相关联的相对低的散射角和与小颗粒相关联的较高的散射角。在不同类型的仪器中，使用与样本室的壁平行的光束照亮样本，并且检测通过样本室的壁向一旁散射的光。该仪器被称之为多角度光散射(MALS)仪器，并且通常用于测量液体中的诸如高分子等的非常小的颗粒的分子量和尺寸。MALS仪器不适用于表征宽范围的颗粒尺寸，具体地，不适用于表征较大的颗粒。US2011/0242535公开了MALS仪器，其中，测量室的壁包括弯曲表面。诸如光吸收涂层等的光吸收设备优选地安装在与样本室的曲边相对的壁上。EP0485817公开了一种用于测量颗粒尺寸分布的装置，其中，样本室包括与照亮样本的光束轴平行的壁和与光束轴成45度的另一壁。US2008/0221711公开了一种用于使用散射光确定颗粒特征的干涉测量布置，其中，样本室相对照亮光束倾斜近似45度。该布置的一种结果是以相对高角(水/空气界面的临界角以上)散射的光能够从样本室逸出，而不在室的射出界面处发生全内反射。按照这种方式使室倾斜的缺点在于以相对低的角反射的光在样本与样本室之间的界面处具有高入射角，从而导致引起更高光噪声和减少的信噪比的增强反射。外表面处的棱镜被设置成(通过减少该界面处的入射角)减少样本室的外界面处发生反射。希望一种适用于检测以宽范围的散射角散射光的具有高信噪比的布置。通过熟知的麦克斯韦方程组(Maxwell'sequations)的米氏解法(Miesolution)可以描述光散射与颗粒特征之间的相互关系。较小的颗粒趋于产生较大的散射角，并且较大的颗粒产生较小的散射角。例如，可以使用从样本散射的角范围内的各角度的光来确定颗粒在样本中的尺寸分布。用于通过光散射表征颗粒的现有系统的一个问题在于信噪比。当必须检测少量的散射光来表征颗粒时，电子噪声或光学噪声可能使得难以实现可靠的测量。光学噪声可能由多种来源引起，包括气泡、各个光学元件上的碎屑、滤去样本中的化学制品、分散剂指数梯度、以及背景减除误差。如果分散剂是水，则在颗粒表征系统的现有领域中趋于引起进一步的问题。以初始散射角散射在水中的光的角将增强在样本室与空气之间的界面处发生的折射，从而趋于使用于检测的每球面度的散射光的强度降低。进一步地，临界角以上散射的光将在样本室与空气之间的界面处发生全内反射。反射光将终结为趋于污染散射光的弱雾度的光，从而产生光学噪声。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服或至少改善上述问题中的一个或多个问题。根据本专利技术的第一方面，提供一种颗粒表征装置，包括：光源；样本室；以及检测器；其中，光源能操作为使用光束沿着光束轴照亮包括样本室内的分散颗粒的样本，光束轴穿过样本室的第一壁、穿过样本、并且穿过样本室的第二壁，以通过与样本的交互作用产生散射光；其中，检测器被配置为检测离开样本室的散射光；并且其中，样本室的第一壁和/或第二壁包括凸外表面，光束轴穿过该凸外表面。第二壁可包括具有凸外表面的透镜，光束轴穿过该凸外表面。检测器可被布置成检测从样本以与光束轴成小于90度的角散射的光(前向散射光)。该装置可包括会聚透镜。会聚透镜可被布置成会聚离开样本室的散射光并且将散射光聚焦到检测器上。检测器可包括平面检测器。会聚透镜可包括非球面表面。非球面表面可被配置为减少平面检测器的场曲率。如下面更为详细讨论的，使用样本室的带透镜的第二壁允许以高散射角散射的光逸出。本申请人发现尝试在包括高散射角的宽范围的散射角内捕捉和检测尽可能多的光趋于在检测器处产生具有更大范围的散射角的设计，从而可在检测器处产生场曲率。之前尚未认识到该问题。在散射光检测领域中提出了针对非球面表面的使用的强烈偏见。非球面表面的制造趋于导致透镜的表面质量下降，反之，导致在非球面表面处散射的光增加。尤其当光束穿过会聚透镜时，将产生光学噪声。因此，因为导致散射减少，所以之前在会聚透镜中优选非球面表面。申请人已经发现，在具有带透镜的第二壁的样本室的光散射仪的环境中，具有非球面表面的会聚透镜是有利的。例如，检测器处的场曲率的校正提供了能够使得平面检测器对更宽范围的角度内散射的光进行检测的显著益处，而不因场曲率使散射光离焦。申请人还发现，使用包括非球面表面的会聚透镜而非使用常规球面透镜的情况有助于更为紧凑的光学设置。可以存在一个以上会聚透镜和一个以上球面表面。该多个会聚透镜中的每个均可具有非球面表面。装置可包括至少又一个会聚透镜，该又一个会聚透镜不包括非球面表面。会聚透镜可被配置成使得光束并不穿过非球面表面。当照射光束穿过非球面表面时，光束的散射导致噪声剧增。在一些实施方式中，会聚透镜可包括具有非球面表面球面表面(比非球面表面具有更好的表面质量)的面，且光束穿过球面表面。该布置允许在将散射光会聚并且聚焦在检测器处时的改善的性能，同时，避免增加趋于在照射光束穿过非球面表面时产生的散射。通过采用球面透镜，然后，再次研磨面上的非球面表面，同时保持高质量的球面表面区域完整，可以制造具有包括非球面表面和球面表面的面的透镜。可替代地，起始点可以是模制的非球面透镜，其中，该面的区域或表面被研磨，以具有高的表面质量，例如，通过研磨球面表面。球面或高质量的表面或区域可包括该面的中心区域(即，透镜轴上)。偏光器(deflector)元件可被定位成防止光束达到会聚透镜的非球面表面。例如，在光束达到会聚透镜之前，斜反光镜(angledmirror)可定位在光束轴上，以使光束偏转远离会聚透镜，由此防止来自非球面表面的光束发生散射。相对于会聚透镜，斜反光镜(anglemirror)较小，大到足以使大致全部光束从会聚透镜偏转，而不大到足以使离开会聚透镜的光散射。偏光器元件可包括反光镜(mirror)或棱镜。偏光器元件可界定小于5度、3度、2度、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种颗粒表征装置，包括：光源；样本室；会聚透镜；以及检测器；其中：所述光源能操作为利用沿着光束轴的光束照射所述样本室内包括分散颗粒的样本，所述光束轴穿过所述样本室的第一壁、穿过所述样本、并且穿过所述样本室的第二壁，以通过与所述样本的交互作用产生散射光；所述检测器被配置为检测从所述样本散射的光；所述样本室的所述第二壁包括具有凸外表面的透镜，所述光束轴穿过所述透镜；并且所述会聚透镜被布置成将离开所述样本室的散射光会聚并且聚焦在所述检测器上，并且所述会聚透镜包括非球面表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.05 EP 13191558.9;2013.11.05 EP 13191556.3;1.一种颗粒表征装置，包括：光源；样本室；会聚透镜；以及检测器；
其中：
所述光源能操作为利用沿着光束轴的光束照射所述样本室内包
括分散颗粒的样本，所述光束轴穿过所述样本室的第一壁、穿过所
述样本、并且穿过所述样本室的第二壁，以通过与所述样本的交互
作用产生散射光；
所述检测器被配置为检测从所述样本散射的光；
所述样本室的所述第二壁包括具有凸外表面的透镜，所述光束
轴穿过所述透镜；并且
所述会聚透镜被布置成将离开所述样本室的散射光会聚并且聚
焦在所述检测器上，并且所述会聚透镜包括非球面表面。
2.根据权利要求1所述的颗粒表征装置，其中，所述装置被配置成使
得所述光束轴不穿过所述非球面表面。
3.根据权利要求1或2所述的颗粒表征装置，其中，所述检测器包括
平面检测器，并且所述会聚透镜的所述非球面表面被配置为减少所
述平面检测器处的场曲率。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述平面检测器的平面与所述
光束轴大致正交。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述检测器被布置
成检测从所述样本以与所述光束轴成一定范围的角散射的光，所述
范围的角包括30度以下的最小散射角和50度以上的最大散射角。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述检测器包括检
测器元件的阵列。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述会聚透镜具有
光轴，并且所述会聚透镜被布置成其光轴与所述光束轴大致重合。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述会聚透镜包括开放区并且
布置为所述光束穿过所述开放区。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其中，当沿着所述透镜的所述光
轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·斯普里格斯，
申请(专利权)人：马尔文仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB