CN119269391A - 折射率的测量装置、测量设备和测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种折射率的测量装置、测量设备和测量方法，该测量装置包括光源、线性波带片和成像传感器。光源发出的测量光线穿过线性波带片后经试样的折射可以在成像传感器上形成包含多条线状光斑的衍射图案。利用该测量装置分别获取与参考试样对应的衍射图案以及与待测试样对应的衍射图案，根据两种衍射图案以及参考试样的折射率可以确定待测试样的折射率。本申请提供的测量装置、测量设备和测量方法的折射率测量结果的精度高，测量范围广，并且可以广泛应用于液体折射率和固体折射率的测量，尤其适用于HPCL领域。

Description

折射率的测量装置、测量设备和测量方法

技术领域

本申请涉及光学领域，具体地，涉及一种折射率的测量装置、测量设备和测量方法。

背景技术

临界角测试法、相变测量法、干涉条纹差分法和光线衍射法等都可以用于测量材料的折射率，这些测量方法往往需要在较为苛刻的条件下才能获得精度较高的测量结果，这在一定程度上限制了使用这些测试方法的测试装置在梯度色谱中的应用。

如何提高折射率的测量精度是值得考虑的问题。

发明内容

本申请提供一种折射率的测量装置、测量设备和测量方法，测量光线在经线性波带片衍射后可以在成像传感器上形成包含多条线状光斑的衍射图案，利用该衍射图案测量得到的待测样品的折射率的精确度更高。本申请实施例提供的折射率的测量装置可以应用于HPLC领域中的折射率测量。

第一方面，提供了一种折射率的测量装置，该测量装置包括：光源、波带片和成像传感器，该光源用于发出测量光线；该波带片包括多条相互平行的棱柱；该成像传感器用于接收经过波带片、参考样品和/或参考样品的测量光线。

在一种可能的实现方式中，该折射率的测量装置包括参考样品，该参考样品的折射率已知。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该测量光线在该成像传感器上形成的衍射图案包括多条线状光斑。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该测量装置还包括测量舱，该测量舱用于容置参考样品和/或待测样品，该测量舱位于该波带片远离光源的一侧。

波带片也可以称为菲涅耳波带片，波带片中包含的多条相互平行的棱柱也可以称为窄带。包含多条相互平行的棱柱的菲涅耳波带片也可以称为线性菲涅耳波带片。测量光线在入射到波带片的棱柱上时可以发生衍射，且更容易形成包含线状光斑的衍射图案。

测量舱可以用于同时容置参考样品和待测样品，也可以仅用于容置参考样品或待测样品中的一种。应理解，参考样品是指折射率已知的试样。

相较于一般的衍射光栅，利用波带片进行衍射形成的衍射图案中能形成线状的衍射条纹，且衍射条纹更加清晰，衍射条纹的位置信息更容易确定。由于待测样品的折射率与参考样品的折射率的差值的精确度(或误差)与衍射条纹的位置信息的测量精度(或误差)正相关，因而，利用本申请提供的折射率的测量装置测得的待测样品的折射率的精确度更高。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该装置还包括移动平台，该移动平台位于该测量舱远离该波带片的一侧，该成像传感器位于该移动平台上，该成像传感器可在该移动平台上沿该波带片的光轴方向移动。

在一些示例中，成像传感器可以是包含CCD或CMOS的相机或成像装置。

相较于成像传感器的位置固定的折射率测量装置，本技术方案提供的折射率测量装置的成像传感器能够在移动平台上沿着波带片的光轴方向移动，无论待测样品引起的测量光线的偏转角度的大小(即无论待测样品的折射率的大小)，通过移动成像传感器，都能够尽可能地接收到经过待测样品的测量光线，从而确定待测样品的折射率。本技术方案提供的折射率的测量装置能够测量的折射率的范围更广。一定程度上讲，本技术方案提供的折射率的测量装置在测量边界值附近的折射率测量结果的精度更高。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该装置还包括第一反射镜、第二反射镜、分束镜和移动平台，该移动平台位于该测量舱远离该波带片的一侧，该第一反射镜位于该移动平台上，该第一反射镜可在该移动平台上沿该波带片的光轴方向移动；该第二反射镜的光轴与该波带片的光轴倾斜；

该光源和该成像传感器分别位于该分束镜的两侧；该测量光线沿第一光路入射至第一反射镜，该测量光线经该第一反射镜反射后沿第二光路入射至该成像传感器；

其中，该第一光路依次经过：该分束镜、该第二反射镜、该波带片和该测量舱，该第二光路依次经过：该测量舱、该波带片、该第二反射镜和该第二分束镜。

本技术方案中，通过利用第一反射镜和第二反射镜改变测量光线的光路，使得测量光线能够两次穿过参考样品和/或待测样品，即一次测量过程中，测量光线可以发生两次偏转。相对于仅通过一次偏转来测量待测样品的折射率的方法，两次偏转测量的方法有利于减小测量误差等因素引起的相对误差，有利于提高折射率测量装置测量结果的精确度。另一方面，通过使用反光镜调整测量光线的传播路径，一定程度上有利于提高折射率测量装置内部空间的利用率，缩小折射率测量装置的体积。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该装置还包括第二反射镜，该第二反射镜靠近该波带片设置，该测量光线沿第三光路入射至该成像传感器，其中，该第三光路依次经过：该第二反射镜、该波带片和该测量舱。

本技术方案中，利用第二反射镜来改变测量光线的光路，有利于调整测量装置内不同器件的空间布局，有利于缩小测量装置的体积，提高测量装置的空间利用率。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该第二反射镜为准直反射镜。

在一些可能的实现方式中，该准直反射镜可以为可调抛物面镜。

本技术方案中，在测量光线的传播光路上使用准直反射镜，将原本发散的测量光线尽可能地转化为相互平行的光束。当平行光束入射到波带片上发生衍射时，形成的衍生图案更加清晰。本技术方案的实施有利于提高折射率测量结果的精确度，减小测量误差。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该测量舱包括第一容纳舱和第二容纳舱，该第一容纳舱和该第二容纳舱用于容置该参考样品和/或待测样品。

在一些示例中，该测量舱为四棱柱状，第一容纳舱和第二容纳舱为容积相等的三棱柱，第一容纳舱和第二容纳舱相互隔离。

本技术方案中，测量舱设置两个容纳舱，即可以同时容纳参考样品和待测样品，有利于减小测量环境对于样品污染引起的测量误差，有利于提高折射率测量结果的精确度。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该测量舱用于容置该待测样品，该参考样品为板状，该参考样品位于该波带片和该测量舱之间；或者，该测量舱用于容置该参考样品，该待测样品为板状，该待测样品位于该波带片和该测量舱之间。

本技术方案中，利用板状参考样品来替代容置在测量舱中的参考样品，有利于简化测量舱的结构，有利于简化折射率测量的操作过程，在一定程度上也有利于提高折射率测量结果的精确度。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该测量光线为相干光，且该测量光线的波长在阈值范围内。

在一种可能的实现方式中，该测量光线为单色相干光。

本技术方案中，通过控制测量光线的波长和传播的角度，有利于提高测量光线经波带片衍射后形成的衍射图案的清晰程度，有利于提高折射率测量结果的精确度。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该装置还包括偏振片，该偏振片靠近该光源设置。

经过偏振片的测量光线，其主要的振动方向与偏振片的偏振方向一致。

本技术方案中，利用偏振片来调制测量光线的偏振方向，使得测量光线的偏振方向尽可能一致，这样当测量光线入射至波带片发生衍射后形成的衍射图案更加清晰，测量装置测得的折射率的精确度更高。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该装置还包括驱动控制单元，该驱动控制单元用于驱动该移动平台。

在一种可能的实现方式中，该驱动控制单元可以通过磁力、电力等方式驱动移动平台。例如，该驱动控制单元可以为步进电机。驱动控制单元的控制精度越高，移动平台的移动距离更容易控制，相应地，测量装置的折射率测量结果的精度越高。

以下技术方案中的相关解释和有益效果的说明可以参考第一方面中的相关描述，为了简洁，以下不做赘述。

第二方面，提供了一种测量设备，该测量设备包括处理装置和第一方面及其任意可能实现方式中的折射率的测量装置，该处理装置用于根据该测量装置确定待测样品的折射率。

在一种可能的实现方式中，该处理装置包括距离测量单元、监测和分析单元，其中距离测量单元用于确定成像传感器沿光轴方向的移动距离，监测和分析单元用于根据测量装置获取的衍射图案确定图案中光线的偏转距离。

第三方面，提供了一种折射率的测量方法，该方法包括：获取与参考样品对应的第一衍射图案，该第一衍射图案包括第一组线状条纹，该第一组线状条纹包括第一条纹；获取与待测样品对应的第二衍射图案，该第二衍射图案包括第二组线状条纹，该第二组线状条纹包括第二条纹；根据该第一衍射图案、该第二衍射图案确定和该参考样品的折射率，确定该待测样品的折射率；

其中，该第一条纹与第二条纹对应，该参考样品的折射率的测量精度与该第一条纹和该第二条纹之间的距离的测量精度正相关。

由于线状条纹在位置的确定和距离的测量上更容易得到更加精确的结果，本技术方案通过利用与参考样品对应的衍射图案中的线性条纹和与待测样品对应的衍射图案中的线性条纹来确定待测样品的折射率有利于提高折射率的测量结果的精确度。另一方面，利用本技术方案中，折射率的测量结果的精度与线性条纹之间的位移变化值的测量精度正相关，为进一步提高折射率测量结果的精度、减小误差，可以通过提高线性条纹之间的位移变化值的测量精度的方法实现，例如可以使用更高精度的距离测量装置。

结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，获取衍射光线穿过参考样品后形成的第一衍射图案，该衍射光线由测量光线经波带片衍射形成；获取该衍射光线穿过待测样品和该参考样品后形成的该第二衍射图案。

结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，在该波带片光轴方向上的第一位置获取该第一衍射图案；在该波带片光轴方向上的第二位置获取该第二衍射图案。

在一种可能的实现方式中，第一位置和第二位置不同。

结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，根据第一距离、第二距离和该参考样品的折射率，确定该待测样品的折射率；该第一距离为成像传感器在获取该第一衍射图案和该第二衍射图案时所处位置之间的距离，该第二距离为该第一条纹和该第二条纹在该成像传感器上的投影之间的距离。

结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，该成像传感器包括电耦合器件CCD。

结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，该第二距离根据该成像传感器上的第一像素点和第二像素点之间的距离确定，该第一像素点用于指示该第一条纹的位置，该第二像素点用于指示该第二条纹的位置。

结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，该待测样品的折射率根据下式确定：

其中，Δx为该第二距离，α为测量光线在测量舱上的入射角，d为该测量舱的壁厚，n为该待测试样的折射率与该参考试样折射率的比值，Δz为该第一距离，该测量舱用于容置该参考样品和/或该待测样品。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种折射率的测量原理示意图。

图2是本申请实施例提供的一种折射率的测量装置示意图。

图3是本申请实施例提供的一种波带片的结构示意图。

图4是本申请实施例提供的一种波带片对入射光线的作用示意图。

图5是本申请实施例提供的一种测量舱的结构示意图。

图6是本申请实施例提供的一种折射率的测量方法示意图。

图7是本申请实施例提供的另一种折射率的测量装置示意图。

图8是本申请实施例提供的又一种折射率的测量装置示意图。

图9是本申请实施例提供的又一种折射率的测量装置示意图。

图10是本申请实施例提供的一种折射率测量装置的仿真示意图。

图11是图10所示的折射率测量装置的仿真结果。

图12是利用本申请实施例提供的折射率测量装置得到的一种衍射图案。

图13是利用本申请实施例提供的折射率测量装置得到的另一种衍射图案。

图14是本申请实施例提供的波带片上多个波带的分布方式的示意图。

图15是利用本申请实施例提供的折射率测量装置得到的又一种衍射图案及图案中的光线强度分布示意图。

图16是利用本申请实施例提供的折射率测量装置得到的又一种衍射图案及图案中的光线强度分布示意图。

图17是利用本申请实施例提供的折射率测量装置得到的又一种衍射图案及图案中的光线频率分布示意图。

图18是利用本申请实施例提供的折射率测量装置得到的又一种衍射图案及图案中的光线频率分布示意图。

图19是本申请实施例提供的一种位点位移计算方法的原理示意图。

图20是本申请实施例提供的条纹位移与移动平台的位移之间的关系示意图。

图21是本申请实施例提供的待测样品的标准折射率与测量折射率之间的关系示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，本申请实施例的示例在附图中示出。在附图中，相同或相似的标号表示相同或相似的元件或具有相同或相似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在介绍本申请实施例前，首先对以下实施例中可能用到的一些专业术语进行解释。

波带片(zone plate)，通常，波带片是指一种由透明和不透明圆环交替组成的光学元件，可以用于阻挡菲涅尔半波带中的奇数带或偶数带。线性菲涅尔波带片(linearFresnel zone plate，LFZP)也可以称为线性波带片，是菲涅尔波带片的一种变形，它将圆环切割成线性的条纹。

波带片是一种特殊的光阑。其上的同心圆环对应着菲涅尔半波带，其作用是使所有奇数(或偶数)波带通过而偶数(或奇数)波带被阻挡，各通过光波带产生的复振幅将在轴上某一观察点处同相位叠加，从而使该点的复振幅和光强大大增加。由于它的聚光作用类似于透镜，且满足物距、像距和焦距的关系式，所以又称菲涅尔透镜(Fresnel lens)。

相干光(coherent light)，能够产生稳定而清晰干涉花样的光波，单色光场是严格意义上的相干光。

电耦合器件(charge coupled device，CCD)，是数字照相机中使用的一种影响传感器，它是一种表面布满及其微小的光敏单元与寄存器的芯片。

互补金属氧化物半导体器件(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)，是在数字照相机上使用的影像传感器。

图1示例性地提供了一种偏转法测量折射率的原理示意图。入射光从光源110发出后以入射角α入射至装有待测样品和参考样品的舱室120靠近光源110的一面，经过待测样品和参考样品的折射后，从远离光源110的另一面以出射角出射，最终被成像传感器130捕获。

舱室120内可以容置有参考样品和待测样品，其中参考样品的折射率为n，待测样品的折射率为n+△n。如图1所示，舱室120可以为四棱柱状，舱室120的内部空间可以被分隔成两个子舱室，例如第一子舱室120a和第二子舱室120b。两个子舱室可以均为三棱柱。两个子舱室可以分别用于容置参考样品和待测样品。

光源110、舱室120和成像传感器130可以在第一方向上依次相间排列分布，其中，成像传感器130与舱室120的光线出射面在第一方向上的间距可以为Z。

在折射率测量过程的一个阶段，舱室120中的两个子舱室中均容置有相同的参考样品。这种情况下，入射光线经过舱室120内样品的折射后入射到成像传感器130上的第零入射点为S₀。

在折射率测量过程的另一个阶段，舱室120中的两个子舱室中分别容置参考样品和待测样品，这种情况下，入射光线经过舱室120内样品的折射后入射到成像传感器130上的第一入射点为S₁。

第零入射点S₀和第一入射点S₁在第二方向上的间距为△x，第二方向与前述第一方向垂直。

待测样品的折射率(n+△n)与参考样品的折射率(n)之间的差值为△n与入射光线的入射角α与出射角之间大致满足如下关系：

入射光线101的出射角可以近似用前述两个入射点之间在第二方向上的间距△x和成像传感器130与出射面在第一方向上的间距Z来确定，进而，待测样品的折射率(n+△n)与参考样品的折射率(n)之间的差值为△n可以表示为：

根据上式可知，待测样品的折射率的测量范围受到△x、Z和α三个变量的约束。对于确定的折射率测量装置，成像传感器130的尺寸以及成像传感器130与出射面之间的距离一般均是确定的。成像传感器130上的不同入射点在第二方向上的间距△x的取值小于成像传感器130在第二方向上的最大尺寸，因而也是受限的。

另一方面，入射到成像传感器130上的入射点往往不会以点的形式出现，更有可能是光斑或光圈等，因而，不同入射点在第二方向上的间距△x的测量误差可能较大，相应地，利用该方法测量得到的待测样品的折射率的测量精度也会受限。

为提高折射率测量装置的测量精确度与测量量程，本申请提供一种折射率测量装置，该测量装置可以应用于液相色谱中，尤其适用于高性能液相色谱(high performanceliquid chromatography，HPLC)中的折射率测量。

如图2所示，本申请实施例提供的折射率测量装置200可以包括光源210、波带片220、测量舱230、成像传感器240和移动平台250。

光源210、波带片220、测量舱230、成像传感器240和线性移动平台250可以沿波带片220的轴向(图2中OO’的方向)依次排列。

该光源210用于提供测量光线，在一些示例中，该光源210可以发出相干光束，也就是说，入射至波带片220的测量光线为相干光束。

在一些示例中，光源210可以为氦-氖(He-Ne)激光光源，相应的，光源210发出的光线为单色光或单频光(monochromatic light)。该单色光或单频光的波长范围较窄，例如，该单色光的最长波长与最短波长的差值小于10^-12m。

测量光线在经过波带片220时可以发生衍射，形成多束衍射光线，多束衍射光线可以入射至测量舱230。在测量过程中，衍射光线可以穿过测量舱230内容置的参考样品和/或待测样品，并汇聚在成像传感器240上。这里，参考样品也可以称为标准样品(standardsample)，是指折射率已知的样品，以下示例中以参考样品进行说明。待测样品是指折射率待测的样品。

成像传感器240可以安装在移动平台250上，并沿一定的轨道靠近或远离测量舱230。由于不同的待测样品的折射率不同，穿过待测样品后的测量光线发生的偏转程度不同，入射至成像传感器240上的位置可能产生差异。例如，对于偏转程度较大的测量光线，其在成像传感器240上的入射的位置可能位于成像传感器的边缘区域，甚至无法被成像传感器240捕获。对于偏转程度较小的测量光线，其在成像传感器240上的入射的位置可能位于成像传感器的中心区域。安装在移动平台250上的成像传感器240可以按照预设的轨道进行移动，从而有利于捕获经不同折射率的样品折射后的测量光线。

一方面，可移动的成像传感器240的设置在一定程度上可以提高本申请实施例提供的折射率测量装置200的测量范围。另一方面，成像传感器240在移动平台250上移动的距离可以定量测量，成像传感器240移动距离的测量精度越高，折射率测量装置200的测量精度越高，因而有利于提高本申请实施例提供的折射率测量装置200的测量精度。

图3示例性地示出了一种本申请实施例提供的波带片220的结构示意图，其中，图3中的(a)为波带片220的主视图，图3中的(b)为波带片220的左视图。波带片220也可以称为线性菲涅尔波带片220、柱状菲涅尔透镜(cylinder Fresnel lenses)220或菲涅尔透镜220。波带片220可以由相互平行的多个菲涅尔波带(或称波带)组成，每一个波带都呈窄条状(窄带状)，每一个波带也可以称为一个缝隙(aperture或slit)。图3中波带221即为一个示例，图3中每一个波带都可以视为一个长条状的三棱柱。

在一些示例中，波带片220可以包括200、300、400、500或者更多数量的波带，在一些场景下，波带片220包含的波带的总数量也可以通过波带片220单位宽度内包含的波带的数量来表示，例如，20个/厘米、30个/厘米、50个/厘米、70个/厘米、80个/厘米或100个/厘米等。

波带片220可以由透明的材料制成，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。波带片220可以具有一定的折射率，例如1.49、1.52或1.60等。

波带片220的厚度为H，长度为L，宽度为W。波带片220中包含的多个波带221长度可以与波带片220的长度相同，都为L。不同波带的宽度可以不同，多个波带沿着波带片220的宽度方向依次排列。在一些实例中，波带片220中位于中间区域的波带的宽度较大，位于边缘区域的波带的宽度较小。示例性地，波带片220包含的多个波带中，波带的宽度从波带片220的中间区域向边缘区域逐渐递减。

波带片220在厚度方向上相对的两面中的一面可以视为平面(如图3中的(a)的右侧)，另一面可以视为凸面(如图3中的(a)的左侧)。在一些示例中，光线由波带片220的凸面一侧入射，经过波带片220上多个波带的衍射后从波带片220的平面一侧出射。

图4所示平行光入射至波带片220的表面后的光路示意图。为了便于描述，这里规定波带片220的宽度方向为x轴方向，波带片220的光轴方向或者波带片220的厚度方向为z轴方向，波带片220的长度方向为y轴方向。

平行光束在由波带片220的凸面一侧入射，经过波带片220中多个波带衍射后，从波带片220的平面一侧出射，并在波带片220的主焦点Z₀处汇聚。由不同波带入射的光线，从波带片220出射后传播至焦点Z₀处的光程不同。设从波带片220的光轴往两边数第i个(i为大于或等于1的整数)波带与光轴之间的距离为x_i，入射光从第i个波带入射后，从波带片220出射后传播至焦点Z₀的光程为Si，Si满足以下关系：

S_i＝Z₀+iλ (3)

两式联立，可以确定波带片200中每个波带与光轴的垂直距离与波长λ和波带片200的焦距Z₀大致满足如下关系：

其中，Z₀为波带片200的焦距，λ是光线的波长，x_i是第i个波带到光轴的距离。

根据上式还可知，波带片220在光轴同一侧的两个相邻波带的衍射光线在焦点处产生的光程差为λ。换句话说，在测量光线为相干光的情况下，相邻两个波带的衍射光在波带220焦点处会产生π的相位差。换句话说，测量光线经过线性菲涅尔波带片220(波带片220)衍射后在焦平面上可以形成明暗相间的衍射图案(细线)。

与具有汇聚作用的透镜不同，测量光线经过波带片220的衍射后入射到成像传感器240上时可以形成多条汇聚的细线，而并不是汇聚成一个光点。明暗相间的细线之间的距离更加容易确定，因而波带片220的使用有利于提高折射率测量结果的精确度。

需要说明的是，由波带片出射的测量光线不仅可以在主焦点所在的焦平面上汇聚，还可以在如图4所示的次焦点(如等)处的焦平面上发生汇聚，可以理解的是，衍射光线在不同焦平面上的汇聚的效果是不同的，也就是说，不同焦平面上形成的衍射图案的光强等是不同的。

不同的波带片220对于不同波长的衍射效果不同，在一些示例中，波带片220可以对波长范围为400nm～1100nm的光波进行衍射。

图5所示为本申请实施例提供的一种测量舱230的结构，测量舱230可以用于容置待测样品和/或参考样品，测量舱230也可以称为样品舱230。测量舱230可以有具有一定透明度的材料制成，例如透明玻璃等。为了提高测量舱230对于样品的耐腐蚀性，测量舱230也可以具有一定耐腐蚀性能的透明材料制成。

在一些示例中，测量舱230可以包括第一容纳舱231和第二容纳舱232，该第一容纳舱231和第二容纳舱232可以均为三棱柱状。第一容纳舱231的容积和第二容纳舱232容积可以相等，或者说，第一容纳舱231和第二容纳舱232可以容纳相等体积的样品。

在一些示例中，测量舱230位四棱柱，第一容纳舱231和第二容纳舱232均为三棱柱，且第一容纳舱231和第二容纳舱232的容积均为测量舱230体积的二分之一。

第一容纳舱231和第二容纳舱232均可以设置一个或多个样品的出入口。在一些示例中，如图5所示，第一容纳舱231可以设置有第一样品入口231a和第一样品出口232b，第二容纳舱232可以设置有第二样品入口232a和第二样品出口232b。

在一些示例中，参考样品和待测样品可以都为液体，或者，参考样品可以液体待测样品为固体，或者，参考样品可以为固体待测样品为液体，或者，参考样品和待测样品均为固体。

测量舱230的外壳可以具有一定的透明度，从而，测量光线可以从测量舱230的外部空间入射至测量舱230内，并在穿过测量舱230后出射。

在一些示例中，测量舱230可以仅用于容置待测样品，参考样品可以放置在测量舱230的外部。具体地，可以参考下文中图7的相关描述。

折射率测量装置200还可以包括驱动控件单元260，该驱动控制单元260可以用于驱动移动平台250按照预设的轨道进行线性移动。示例性地，在驱动控制单元260的驱动作用下，移动平台250可以沿波带片220的光轴线性移动。

折射率测量装置200还可以包括距离测量单元270，该距离测量单元270可以用于记录并确定折射率测量的过程中移动平台250在不同时间的不同位置，进而可以确定移动平台250的移动距离，或者确定移动平台250与初始位置的距离。

移动平台250的移动距离可以具有较高的精度，从而有利于提高折射率测量装置测量结果的精度。驱动控制单元260可以通过多种不同的方式来驱动移动平台250，例如磁力驱动、电力驱动等。在一些示例中，移动平台250可以为高精度(例如位置的分辨率可以远小于1纳米)线性移动平台，驱动控制单元260可以为步进电机等。

在一些示例中，在位于移动平台上的成像传感器240无法接收到测量光线的情况下，驱动控制单元260可以驱动移动平台250沿着光轴的方向向靠近测量舱230或远离测量舱230的方向移动，直至成像传感器240可以捕获到测量光线为止。

在一些示例中，在成像传感器240上显示的线性光斑较模糊的情况下，驱动控制单元260可以驱动移动平台250沿着光轴的方向向靠近测量舱230或远离测量舱230的方向移动，直至成像传感器240上显示的图案清晰为止。

成像传感器240可以用于捕获穿过测量舱230的测量光线，或者说，成像传感器240可以用于呈现测量光线在穿过待测样品和/或参考样品后形成的直线条纹。成像传感器240可以安装在移动平台250上，从而当驱动控制单元260驱动移动平台250时，成像传感器240可以沿着相应的轨道进行移动。距离测量单元270可以通过确定的移动平台250的移动距离确定成像传感器240的移动距离。

成像传感器240可以为一种光学传感器，在一些示例中，成像传感器240可以是包含CCD的相机或成像装置，或者，成像传感器240也可以是包含CMOS的相机或成像装置。

示例性地，成像传感器240可以为包含CCD的相机。在测量过程开始前，可以对相机进行初始化、校准并固定相机的视场角(field of view，FOV)。在一些示例中，还可以设置相机的采样率和帧(画面)的大小，例如设置相机的采样频率为38fps，帧的大小为2448×2048像素。

在一些示例中，将成像传感器240安装在线性移动平台250上测得的测量光线在纵向的偏转值的精度可以达到2×10^-8m。

由于不同的光学传感器都具有一定的光学分辨率，对于不同的待测样品，其折射率不同，测量光线经过待测样品后发生的偏转也不同，这就使得在成像传感器240位置固定的情况下，不同的待测样品对应的测量光线产生的直线条纹，部分可能超出了成像传感器240的分辨率，无法被成像传感器240捕获。

设置移动平台250并将成像传感器240安装在该移动平台250上，使得本申请提供的折射率测量装置能够通过移动成像传感器240捕获到不同待测样品对应的直线条纹，从而能够扩大本申请测量装置的折射率测量的量程。

折射率测量装置200还可以包括监测和分析单元280，该监测和分析单元280可以用于获取成像传感器240捕捉的衍射图案，并根据不同画面的衍射图案确定测量光线在不同测量过程阶段产生的光线偏转的差值。在一些示例中，该监测和分析单元280还可以根据获取的数据来确定待测样品的折射率。

以下结合图6，通过实际折射率的测量过程，进一步介绍本申请实施例提供的折射率测量装置200。

S601，在第一子容纳舱231和第二子容纳舱232中装入参考样品，获取第一衍射图案。

以参考样品的折射率作为参考，可以现在测量舱230的两个子容纳舱中均装入参考样品。当测量光线经过波带片220的衍射后入射到测量舱230靠近波带片220的一面上时，测量光线以如图6所示的入射角α入射到测量舱230内。测量光线在穿过第一子容纳舱231和第二子容纳舱232内装入的参考样品后，以出射角出射。

在一些示例中，参考样品可以满足如下条件：在穿过测量舱230后，测量光线的衍射光线刚好汇聚在波带片220的主焦平面上。换句话说，在成像传感器240位于移动平台250上波带片220的焦点位置(z＝Z₀)的情况下，如果测量舱230内的两个子容纳舱均装入参考样品，测量光线衍射产生的线性条纹刚好可以被成像传感器捕捉。

为了便于测量待测样品的折射率与参考样品折射率的差值，可以成像传感器240可以保存捕获的衍射图案，该衍射图案可以称为第一衍射图案，该第一衍射图案可以用于确定图案上不同线性条纹的位置。

S602，在第一子容纳舱231中装入待测样品，第二子容纳舱232中装入参考样品，获取第二衍射图案。

在完成S601的测量操作之后进行S602之前，可以通过多次清洗并干燥(例如利用氮气干燥)来清除测量舱230中的样品，以降低样品残留对测量结果精确度的影响。

更换测量舱230内的第一容纳舱231或第二容纳舱232内的参考样品为待测样品，重复S601中的操作。测量光线从测量舱230远离波带片220的一面出射，光线的出射角为通过驱动移动平台250上的成像传感器240移动，使测量光线衍射产生的线性条纹可以汇聚在成像传感器240上。

与S601中类似，感光元件240可以保存捕获的衍射图案，该衍射图案可以称为第二衍射图案，该衍射图案可以用于确定图案上不同线性条纹的位置。

S603，获取成像传感器240的轴向位移和第一衍射图案和第二衍射图案中同一位点(例如同一条衍射条纹上的相同点)的位移。

通过距离测量单元270可以确定成像传感器240沿光轴的正方向移动的距离为△z。根据前述的第一衍射图案和第二衍射图案可以确定同一位点的位移。

根据折射定量(斯涅耳定律)，光线由第一传播介质传播至第二传播介质(折射率为n)中时，光线的横向偏转位移Δx可以由下式计算：

其中，α为入射角，d为测量舱230的壁厚，n为待测试样的折射率与参考试样折射率的比值，T为温度，单位为K，这里n同样取决于温度T。根据本申请提供的实施例，可以假定光线在空气(N.A)和物镜之间折射时的参数N.A＝n*sinn＝0.45。

光线的纵向偏转Δz可以由下式计算：

其中，d为测量舱230的壁厚，n为待测试样的折射率与参考试样折射率的比值。

在一些示例中，为了降低测量舱230本身对于测量光线偏转的影响，可以在测量舱230不装入参考样品或待测样品(即空置)的情况下，测量测量舱230引起的测量光线的偏转值ΔZ₁。在测量舱230中装入参考样品或者待测样品的情况下，测得的测量光线的纵向偏转值为ΔZ₂，则，参考样品或者待测样品引起的测量光线的纵向偏转值Δz'可以由下式计算：

Δz'＝ΔZ₁-ΔZ₂ (8)

在一些示例中，对于参考样品和待测样品均为块状固体情况，折射率测量装置200中可以不设置测量舱230，这种情况下，待测样品的折射率的测量过程与上述描述类似，待测样品的折射率的结算原理与上述描述也类似，为了简洁，此处不做赘述。

S604，确定待测样品和参考样品的折射率差值以及待测样品的折射率。

根据上述测得的Δx、△z可以确定待测样品与参考样品的折射率差值，进而根据参考样品的折射率可以确定待测样品的折射率。详细的计算过程在下文中进一步说明，此处不做详细介绍。

如图7所示为本申请实施例提供的另一种折射率测量装置700，该折射率测量装置700可以包括光源210、波带片220、参考样品710、测量舱720、成像传感器240和移动平台250。

光源210、波带片220、移动平台250和成像传感器240的性质和结构等相关描述可以参考前文中图6中的相关内容，为了简洁，此处不做赘述。

在一些示例中，该折射率测量装置700中，测量舱720可以仅用于容纳待测样品，或者说，测量舱720仅设置有一个舱室，该舱室用于容纳待测样品。参考样品710不容置在测量舱720内，而可以利用一块或多块(例如3块)折射率已知的平板玻璃替代。具体地，该一块或多块平板玻璃可以垂直安装在波带片220和测量舱720之间。

在另一些示例中，该折射率测量装置700中，测量舱720可以仅用于容纳参考样品，或者说，测量舱720仅设置有一个舱室，该舱室用于容纳参考样品。待测样品可以不容置在测量舱720内，例如，在待测样品为块状固体的情况下，参考样品可以设置在波带片220和测量舱720之间。

在利用折射率测量装置700测量折射率的过程中，可以分别在测量舱720空置和装入样品的情况下，执行一次测量过程，分别获得测量光线在参考样品的折射下的衍射线性条纹和在参考样品和待测样品的共同折射作用下的衍射线性条纹。根据两次测量获得的线性条纹来确定待测样品的折射率。

在一些示例中，折射率测量装置700还可以包括驱动单元，驱动单元的功能等相关描述与图6所示的示例中的相关描述类似，为了简洁，此处不做赘述。

本申请实施例还提供了一种测量设备，该测量设备可以包括图7所示的折射率测量装置700和处理装置，该处理装置可以根据折射率测量装置700获取的信息(例如衍射图案等)确定待测样品的折射率。

在一些示例中，该处理装置可以包括前述实施例中所示的监测和分析单元以及距离测量单元，监测和分析单元以及距离测量单元可以参考前文中的相关描述。

图7提供的折射率测量装置700中利用板状参考样品来替代容置在测量舱720中的参考样品，有利于简化测量舱720的结构，有利于简化折射率测量的操作过程，在一定程度上也有利于提高折射率测量结果的精确度。

如图8所示为本申请实施例提供的又一种折射率测量装置800，该折射率测量装置800包括光源210、物镜810、偏光镜(polarizing filter)820、准直反射镜830、波带片220、测量舱230、移动平台250和成像传感器240。

其中，物镜810靠近光源210设置，偏光镜或偏振镜820位于物镜810远离光源210的一侧。准直反射镜830相对光轴倾斜设置，该准直反射镜830用于将测量光线引导至波带片220。波带片220、测量舱230和成像传感器240沿着光轴的方向依次设置，成像传感器240可以安装在移动平台250上，并被配置为沿光轴的方向移动。

在一些示例中，该折射率测量装置800还可以包括干涉孔(interferenceaperture)840，该干涉孔840靠近波带片220设置并位于波带片220远离测量舱230的一侧。测量光线由准直反射镜830出射后经过干涉孔840后入射至波带片240。

光源210、波带片220、测量舱230、移动平台250和成像传感器240的性质和结构等相关描述可以参考前文中图6中的相关内容，为了简洁，此处不做赘述。

以下对折射率测量装置800中的偏光镜820、准直反射镜830以及干涉孔840进行说明。

当测量光线入射至偏光镜820上时，测量光线的振动方向与偏光镜820的偏振方向不一致的部分无法通过偏光镜820。换句话说，发散的测量光线通过偏光镜820后可以被过滤为振动方向与偏光镜820的偏振方向一致的偏振光。

准直反射镜830可以将发散的测量光线调制为相互平行的光线，在一些示例中，该准直反射镜可以为可调抛物面镜(adjustable parabolic mirror)。该准直反射镜830可以与波带片220的光轴倾斜设置，发散的测量光线在入射至准直反射镜830后可以被调制为无球差的平行光线。

相互平行的测量光线在入射至波带片220前需要通过干涉孔840，也就是说，传播路径在干涉孔840的孔径范围内的测量光线可以通过干涉孔840，传播路径在干涉孔840的孔径范围外的测量光线无法通过干涉孔840。

在一些示例中，折射率测量装置800还可以包括驱动单元，驱动单元的功能等相关描述与图6所示的示例中的相关描述类似，为了简洁，此处不做赘述。

本申请实施例还提供了一种测量设备，该测量设备可以包括图8所示的折射率测量装置800和处理装置，该处理装置可以根据折射率测量装置800获取的信息(例如衍射图案等)确定待测样品的折射率。

在一些示例中，该处理装置可以包括前述实施例中所示的监测和分析单元以及距离测量单元，监测和分析单元以及距离测量单元可以参考前文中的相关描述。

通过设置偏光镜820、准直反射镜830和干涉孔840，可以对入射到波带片220上的测量光线的振动方向、入射角度和传播范围进行调控，在一定程度上可以使得测量光线在经过波带片220后能够衍射形成相对清晰的线性条纹，有利于提高条纹之间距离的测量精度，从而有利于提高本申请提供的折射率测量装置的测量结果的精确度。

如图9所示为本申请实施例提供的又一种折射率测量装置900，相对于图8中所示的测量装置800，本申请实施例提供的折射率测量装置900还可以包括分束镜和反光镜。

具体地，折射率测量装置900可以包括光源210、物镜810、偏光镜820、分束镜(beamsplitter mirror)910、准直反射镜830、波带片220、测量舱230、移动平台250、反光镜920和成像传感器240。

其中，物镜810靠近光源210设置，偏光镜或偏振镜820位于物镜810远离光源210的一侧。分束镜910位于偏光镜820和准直反射镜830之间。准直反射镜830可以相对于波带片220的光轴倾斜设置，该准直反射镜830用于将测量光线引导至波带片220。

波带片220、测量舱230和反光镜920可以沿着光轴的方向依次设置，反光镜920可以安装在移动平台250上，并被配置为可以沿光轴的方向移动。

成像传感器240设置于分束镜910与偏光镜820相对的另一侧。由准直反射镜830出射并入射至波带片220的测量光线在经过波带片220的衍射后可以得到一次衍射光线。该一次衍射光线经过测量舱230后可以入射至反光镜920。一次衍射光线经过反光镜920的反射后可以经过测量舱230并入射至波带片220，经过波带片220的衍射，可以得到二次衍射光线，该二次衍射光线经准直反射镜830和分束镜910的反射后可以被成像传感器240捕获。

移动平台250可以被配置为沿轴线方向移动，以使得前述一次衍射光线能够汇聚在反光镜上。

在一些示例中，该折射率测量装置900还可以包括干涉孔840，该干涉孔840靠近波带片220设置并位于波带片220远离测量舱230的一侧。测量光线由准直反射镜830出射后经过干涉孔840后入射至波带片220。

光源210、波带片220、测量舱230、移动平台250和成像传感器240的性质和结构等相关描述可以参考前文中图6中的相关内容，为了简洁，此处不做赘述。

偏光镜820、准直反射镜830和干涉孔840的性质和结构等相关描述可以参考前文中图8中的相关内容，为了简洁，此处不做赘述。

分束镜910设置在偏光镜820和准直反射镜830之间，测量光线在经过偏光镜820后入射至分束镜910的第一面时可以穿过分束镜910并传播至准直反射镜830。二次衍射光线由准直反射镜830反射后入射至分束镜910的第二面(第二面是与第一面相对的另一面)时，可以在第二面上发生反射，从而调整传播方向，有利于被成像传感器240捕获。

在一些示例中，折射率测量装置900还可以包括驱动单元，驱动单元的功能等相关描述与图6所示的示例中的相关描述类似，为了简洁，此处不做赘述。

本申请实施例还提供了一种测量设备，该测量设备可以包括图9所示的折射率测量装置700和处理装置，该处理装置可以根据折射率测量装置900获取的信息(例如衍射图案等)确定待测样品的折射率。

在一些示例中，该处理装置可以包括前述实施例中所示的监测和分析单元以及距离测量单元，监测和分析单元以及距离测量单元可以参考前文中的相关描述。

本实施例提供的折射率测量装置900中，测量光线先后两次经过测量舱230，换句话说，测量光线在被成像传感器240捕获前发生了两次偏转，这两次偏转都由测量舱230中容置的待测样品的折射引起。相对于仅通过一次偏转来测量待测样品的折射率的方法，两次偏转测量的方法有利于减小测量误差等因素引起的相对误差，有利于提高折射率测量装置900测量结果的精确度。另一方面，通过使用反光镜调整测量光线的传播路径，一定程度上有利于提高折射率测量装置900内部空间的利用率，缩小折射率测量装置900的体积。

以折射率的测量装置200为例，利用Zemax OpticStudio进行仿真，可以得到如图10和图11所示的仿真结果。其中，图10为仿真过程中使用的与折射率测量装置200对应的光学器件，图11所示为仿真得到的成像传感器240上捕捉得到的衍射图案。如图11所示，仿真的衍射图案基本呈现明暗相间的线状条纹。

图12和图13示出了折射率测量试验过程中，成像传感器240捕获的测量光线的衍射图案。其中，图12可以视为测量舱230中只装入参考样品的衍射图案，图13可以视为测量舱230中同时装入参考样品和待测样品的衍射图案。

结合图12和图13，图12中位于中心区域的明亮的线性条纹在图13中移动到了左侧边缘区域。类似地，图13所示的画面中没有显示出图12中位于左侧区域的线性条纹，而图12中位于右侧区域的线性条纹相应地向画面的左侧移动形成了图13所示的画面。

在一些示例中，波带片220上的多个波带沿x轴方向的分布大致可以用如下公式表示，图14示例性地提供了该分布规律下的波带片220的结构示意图。

对于上述波带分布规律的波带片220，测量光线经其衍射后得到的衍射图案的函数T(x₀)，可以通过对波带片220的孔径函数进行卷积处理得到。对该卷积结果按照傅里叶级数展开，可以得到下式：

上式可以视为利用波带片的III型sinc函数对测量光线透射率分布的级数展开式。如果波带片220的波带的宽度较小，成像传感器240捕获的衍射图案将是一系列的峰值函数，这与T(x₀)的窄平顶平方脉冲(narrow flat-topped square pulse)函数卷积结果是对应的。在一些示例中，可以通过定制波带片220的波带的尺寸、控制波带片220到成像传感器240的距离以及测量光线的波长，来调整衍射图案尽可能地达到峰值。

如上述试验的描述，将波带片220设置在Z轴上z＝0的位置，并利用与波带片220的光轴平行的平行光束照射波带片220，可以得到如下式所示的衍射光线的分布函数U(x_i,Z₀)。

其中，λ是测量光线的波长，k是平面波的波矢量。上式中，令n＝1，可以用于解释聚焦在主焦距处的汇聚光束，该光线的焦点即如图4中的Z₀所示。

此外，波带片220衍射产生的光线还会汇聚在次焦点的位置，即±1，±2…)的位置。也就是说，波带片220不仅可以用于将平行入射光线汇聚在主焦点(主焦平面)的位置，也可以使得平行入射光在次焦点的位置汇聚。上式中，不仅是n取1，当n取0、±3、±5…±(2m-1)时，都会对波带片220的衍射图案产生贡献。

图15中的(a)为成像传感器240放置在波带片220的主焦平面(z＝Z₀)的位置时成像传感器240可以捕捉到的衍射图案，图15中的(b)为图案中每个线性条纹的强度的相对值。

图16中的(a)为成像传感器240放置在波带片220的次主焦平面(z＝3Z₀)的位置时成像传感器240可以捕捉到的衍射图案，图16中的(b)为图案中每个线性条纹的强度的相对值。

在一些示例中，在入射到波带片220的平行光束的初始相位相同的情况下，可以对等式(11)进行简化，得到下式(等式(11)中的最后一项是原始物体波除常数项与指数项以外的总复杂场，它是等式的理想项)：

其中，A和B均为常数系数。

在一些示例中，本申请提供的折射率测量装置中提供的光学系统可以通过使用时变菲涅耳带片(time-dependent Fresnel zone plate，TDFZP)方程来确定物体扫描衍射条纹图案。

以图4所示的折射率测量装置200的物理结构为例，位于光轴上的点光源可以扩展形成平面波。图12或图13所示的图案可以视为扫描波束经过波带片220后在某一时刻形成的衍射图案，例如在t＝t₀＝0时刻。这种情况下的波带片220也可以称为静态波带片或静态菲涅尔波带片。如果时间按照等式(11)变化，则可以得到不断向图案中间移动的线性条纹。

当研究波带片的二次空间依赖性时，波带片相位的空间变化率(例如沿x轴方向的变化率)可以由下式计算得到，即：

这是一个随空间坐标线性增加的局部条纹频率。换句话说，对于离区域中心越远的线性条纹，局部空间频率就越高。因此，如图17和图18所示，对于成像传感器240上的一个固定(局部)点，可以获取该点的深度信息。具体地，可以通过查找给定波长光的局部条纹频率，来确定该固定点的深度信息。对于轴上的点光源(例如纵坐标为零，且与成像传感器的距离为Z₀处的点光源)，前述固定点的局部条纹频率也取决于区域的中心。当波带片设置在光轴上时，如图17和图18所示，局部条纹的深度信息被编码在线性波带片中。

图17中的(a)为成像传感器240放置在波带片220的主焦平面(z＝Z₀)的位置时成像传感器240可以捕捉到的衍射图案，图17中的(b)为图案中每个线性条纹的空间频率分布的相对值。

图18中的(a)为成像传感器240放置在波带片220的次主焦平面(z＝3Z₀)的位置时成像传感器240可以捕捉到的衍射图案，图18中的(b)为图案中每个线性条纹空间频率分布的相对值。

图17和图18示出了波带片220沿光轴的局部空间频率，波带片特性作为深度参数的函数，当我们改变z的取值时，例如将z由Z₀调整为3Z₀，局部条纹由密集逐渐变得稀疏。从方程(13)中也可以得到该结论。

因此，成像传感器240上可以形成一个或多个区域，该一个或多个区域中的每个区域都包含了每一个单独点的携带横向位置信息和深度信息，这些信息来自线性条纹的局部条纹频率。根据上述点的横向位置信息和深度信息，可以确定物点与成像传感器所在平面之间的距离。两者之间的距离对于本申请提供的折射率测量装置确定待测样品的折射率是十分重要的。基于上述理论，可以通过使用MATLAB代码来控制平台的条纹偏移的测量。

成像传感器240可以用于接收来自波带片的汇聚的光线条纹，并将该光线条纹转换为数字信号。本申请提供的折射率测量装置可以用于检测物体运动条纹图案，并计算物体运动的位移。具体地，可以按照图像的顺序检测移动物体，借助MATLB软件并利用光流(optical flow)法进行处理。

在一些示例中，前述监测和分析单元280可以用于监测移动条纹中像素位置从初始阶段到最后阶段的变化，该监测和分析单元280还可以将视频信号分割成多个图像(帧)。

在一些示例中，图像大小可以为2448×2048像素。

图19中的第一图像或初始位置1910，也可以称为参考位置，可以用于表示用于比较目的的参考像素值，第二图像或目标位置1920，也可以称为“输入”，该第二图像1920与第一图像1910匹配，第二图像1920中包含了移动的物体。光束在成像传感器240上的起始位置可以视为零点，为了测量待测样品和参考样品之间的折射率的差值，可以约定光束在成像传感器上的起始位置时的偏转距离为零。通过比较第一图像和第二图像，并计算像素值的差异，可以计算出像素点之间的距离、每段时间内包含的图像数量、物体移动的速度以及由于待测样品和参考之间的折射率差异而导致的光偏转量，从而获得样品的折射率。

图19中还示出了根据常规运动估算方法确定的整数像素以及一个像素阵列。利用光流法处理可以得到第一图像1910与第二图像1920之间的位移向量通过确定第一图像1910和第二图像1920内对应像素的距离，可以计算待测样品的折射率。

可移动的成像传感器240可以按照画面的顺序捕捉目标光线和参考光线条纹，这些条纹可以用于测量物体移动。具体地，可以通过测量光线条纹在成像传感器240表面的位置的位移来测量物体的移动。光线条纹的位移可以随着移动中的成像传感器240发生变化。通过欧几里德距离公式可以计算得到光线条纹的位移。以图19中的连续的两帧图像中的第一像素点1911和第二像素点1921为例，两个像素点之间的距离可以由下式计算。在一些示例中，第一像素点1911和第二像素点1921可以分别表示初始阶段和最终阶段移动物体上对应像素点的位置。

其中，x_i和y_i是像素点的位置，i的取值范围为：0≤i≤n-1，j的取值范围为：i+1≤j≤n，n是捕获的画面总数。

图20示出了测量的条纹的位移量和移动平台经过认证的位移量的比较，由图20可知，利用本申请提供的折射率测量装置测得的条纹的位移量与移动平台的位移量之间有良好的线性关系，且测量误差较小。

移动平台250可以由控制驱动单元270通过磁力或其他方式直接驱动，因而通过利用可移动平台150可以很容易确定图像的纵向位移量。在一些示例中，本申请提供的折射率测量装置可以使用线性误差较小的高分辨率物理仪器光学纳米编码器(PhysikIntrumente Optical nanometrology Encoder，PIOne)和精密度较高的移动平台250，线性条纹的位移测量结果的分辨率能够达到2×10^-8m。

线性条纹的位移量与光线的位置变化成比例，因而也与折射率的差值成比例。前述测量线性条纹的位移量的方法，有利于提高本申请提供的折射率测量装置的折射率测量结果的精确度，有利于扩大本申请提供的折射率测量装置的折射率测量范围。

本申请提供的折射率测量装置适用于液体和平板样品的折射率测试，尤其适用于液相色谱以及厚度和尺寸范围较宽的平板样品。该装置可以适用于测量不同折射率的液体，且待测样品的制备方法简单。该装置的组成结构简单，装置的测量结果的精度高、测量范围广。在一些示例中，本申请实施例提供的折射率的测量装置可以应用于HPLC的折射率测量。

图21示例性地提供了待测样品利用本申请提供的折射率测量装置进行试验得到的折射率的测量值与认证值之间的关系，该待测样品包括但不限于蒸馏水、乙醇、熔融石英板、BK7型硼硅酸盐玻璃和蓝宝石窗口(Sapphire window)。据图21可知：待测样品的折射率的测量值与认证值之间具有良好的线性关系，且测量误差较小。

本申请提供的折射率测量装置的测得的待测样品的折射率的不确定性由衍射图案上纵向位移的最小变化确定，该最小变化对应于成像传感器能够检测到的像素位置的变化。通过采用高精度和高分辨率的移动平台，本申请提供的折射率测量装置测得的折射率的结构的精度可以达到10^-4折射率单位(refractive index unit，RIU)，并且通过使用更灵敏的传感器，该精度可以进一步提高。同时，由于移动平台具有较长的长度，对于不同折射率的待测样品，位于移动平台上的成像传感器有足够的位移空间来测量衍射图案上的纵向位移(例如20毫米到150毫米)，因而本申请提供的折射率的测量装置能够测量得到较宽范围的待测样品的折射率。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种折射率的测量装置，其特征在于，包括：光源(210)、波带片(220)和成像传感器(240)，

所述光源(210)用于发出测量光线；

所述波带片(220)包括多条相互平行的棱柱；

所述成像传感器(240)用于接收经过所述波带片(220)、参考样品和/或待测样品的所述测量光线。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量光线在所述成像传感器上形成的衍射图案包括多条线状光斑。

3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括测量舱(230)，所述测量舱(230)用于容置参考样品和/或待测样品，所述测量舱(230)位于所述波带片(220)远离所述光源(210)的一侧。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述装置还包括移动平台(250)，所述移动平台(250)位于所述测量舱(230)远离所述波带片(220)的一侧，所述成像传感器(240)位于所述移动平台(250)上，所述成像传感器(240)可在所述移动平台(250)上沿所述波带片(220)的光轴方向移动。

5.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述装置还包括第一反射镜(920)、第二反射镜、分束镜(910)和移动平台(250)，

所述移动平台(250)位于所述测量舱(230)远离所述波带片(220)的一侧，所述第一反射镜(920)位于所述移动平台(250)上，所述第一反射镜(920)可在所述移动平台(250)上沿所述波带片(220)的光轴方向移动；

所述第二反射镜的光轴与所述波带片(220)的光轴倾斜；

所述光源(210)和所述成像传感器(240)分别位于所述分束镜(910)的两侧；

所述测量光线沿第一光路入射至第一反射镜(920)，所述测量光线经所述第一反射镜(920)反射后沿第二光路入射至所述成像传感器(240)；

其中，所述第一光路依次经过：所述分束镜(910)、所述第二反射镜、所述波带片(220)和所述测量舱(230)，所述第二光路依次经过：所述测量舱(230)、所述波带片(220)、所述第二反射镜和所述第二分束镜。

6.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述装置还包括第二反射镜，所述第二反射镜靠近所述波带片(220)设置，所述测量光线沿第三光路入射至所述成像传感器(240)，

其中，所述第三光路依次经过：所述第二反射镜、所述波带片(220)和所述测量舱(230)。

7.根据权利要求5或6所述的测量装置，其特征在于，所述第二反射镜为准直反射镜(830)。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述测量舱(230)包括第一容纳舱(231)和第二容纳舱(232)，所述第一容纳舱(231)和所述第二容纳舱(232)用于容置所述参考样品和/或待测样品。

9.根据权利要求3至7中任一项所述的测量装置，其特征在于，

所述测量舱(230)用于容置所述待测样品，所述参考样品为板状，所述参考样品位于所述波带片(220)和所述测量舱(230)之间；或者，

所述测量舱(230)用于容置所述参考样品，所述待测样品为板状，所述待测样品位于所述波带片(220)和所述测量舱(230)之间。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述测量光线为相干光，且所述测量光线的波长在阈值范围内。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述装置还包括偏振片(820)，所述偏振片(820)靠近所述光源(210)设置。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述装置还包括驱动控制单元(260)，所述驱动控制单元(260)用于驱动所述移动平台(250)。

13.一种测量设备，其特征在于，包括处理装置和权利要求1至12中任一项所述的测量装置，所述处理装置用于根据所述测量装置确定待测样品的折射率。

14.一种折射率的测量方法，其特征在于，包括：

获取与参考样品对应的第一衍射图案，所述第一衍射图案包括第一组线状条纹，所述第一组线状条纹包括第一条纹；

获取与待测样品对应的第二衍射图案，所述第二衍射图案包括第二组线状条纹，所述第二组线状条纹包括第二条纹；

根据所述第一衍射图案、所述第二衍射图案和所述参考样品的折射率，确定所述待测样品的折射率；

其中，所述第一条纹与所述第二条纹对应，所述参考样品的折射率的测量精度与所述第一条纹和所述第二条纹之间的距离的测量精度正相关。

15.根据权利要求14所述的测量方法，其特征在于，

所述获取与参考样品对应的第一衍射图案，包括：

获取衍射光线穿过所述参考样品后形成的第一衍射图案，所述衍射光线由测量光线经波带片衍射形成；

所述获取与待测样品对应的第二衍射图案，包括：

获取所述衍射光线穿过所述待测样品和所述参考样品后形成的所述第二衍射图案。

16.根据权利要求15所述的测量方法，其特征在于，

所述获取与参考样品对应的第一衍射图案，还包括：

在所述波带片光轴方向上的第一位置获取所述第一衍射图案；

所述获取与待测样品对应的第二衍射图案，还包括：

在所述波带片光轴方向上的第二位置获取所述第二衍射图案。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述第一衍射图案、所述第二衍射图案和所述参考样品的折射率，确定所述待测样品的折射率，包括：

根据第一距离、第二距离和所述参考样品的折射率，确定所述待测样品的折射率；

其中，所述第一距离为成像传感器在获取所述第一衍射图案和所述第二衍射图案时所处位置之间的距离，所述第二距离为所述第一条纹和所述第二条纹在所述成像传感器上的投影之间的距离。

18.根据权利要求17所述的测量方法，其特征在于，

所述成像传感器包括电耦合器件CCD。

19.根据权利要求18所述的测量方法，其特征在于，

所述第二距离根据所述成像传感器上的第一像素点和第二像素点之间的距离确定，所述第一像素点用于指示所述第一条纹的位置，所述第二像素点用于指示所述第二条纹的位置。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的测量方法，其特征在于，所述待测样品的折射率根据下式确定：

其中，Δx为所述第二距离，α为测量光线在测量舱上的入射角，d为所述测量舱的壁厚，n为所述待测试样的折射率与所述参考试样折射率的比值，Δz为所述第一距离，所述测量舱用于容置所述参考样品和/或所述待测样品。