[发明专利]利用光学相干断层成像技术测得多孔材料的折射率对多孔材料的密度进行非接触式测量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触式测量多孔材料的密度的方法。

此方法使用了对这种材料的折射率的非接触式测量。

现在要指明的是材料折射率的测量是通过测量厚度范围在几微米到数毫米的透明或半透明层的厚度以及测量相关光程而得以实现的。

本发明适用于平面层以及球面层或圆柱形层，且同样适用于单层物体或透明的多层堆叠式结构。

此方法的独创性在于结合用一种高分辨率技术—光学相干断层成像技术(或称OCT)来获得信号及例如用X射线(XR)显微射线照相技术来实现的厚度测量。就多孔(porous)或蜂窝(cellular)材料或泡沫材料(foams)而言，利用此组合可以准确地测量材料的折射率并由此推断出局部密度。

因此，本发明能够实现对多孔材料的密度的非接触式且非破坏性的测量。为此，将光学相干断层成像测量与例如凭借X射线照相技术进行的厚度测量相结合，这能在第一阶段中准确地测量多孔材料的有效折射率，以最终估计出这种材料的密度。

背景技术

光学相干断层成像(OCT)技术早已是许多科学出版的主题，其原理在医学领域中(特别是在眼科及皮肤科中)被用于生物组织的横切面成像。

过去数十年来，仅仅少数成像技术对医学诊断而言是革命性的：X射线计算机断层成像技术或扫描照相技术、磁共振成像(MRI)及放射性同位素成像。这些技术能够进行三维观测；然而，在一般的临床实践中，它们的空间分辨率通常被限制到几毫米。

光学成像技术，诸如荧光或共聚焦显微镜检查，能使轴向及横向分辨率达1微米数量级，但是对生物组织的穿透性有限。

至于超声波检查(或回波描记技术)，则需要与要做分析的物体进行实体接触并提供约百微米以上的轴向分辨率。

在大约十年的时间中，和在新光源技术领域中一样，光学在光纤领域中的进步使得人们能够开发出一种新颖的无创、非接触式医用光学成像技术：光学相干断层成像。此项技术的两个主要特征，一个是干涉测量技术原理，另一个是使用发出部分相干光的一光源。

在传统的干涉测量技术中，光的波长为λ且相干性强的光源用于在长度大的一范围内产生干涉。OCT是干涉测量技术的一种形式，其使用相干性低的光源，即干涉仅在非常短的距离内出现。因此，利用OCT技术可获得测微轴向分辨率。

以上所有这些均在图1A及1B中绘示出，图中示出了在使用一强相干光源(参见图1A)或一部分或弱相干光源(参见图1B，其中l_c代表相干长度)的情况下，比对用来获得干涉的参考镜的位移ΔL，干涉信号的强度I的变化。

另一项称为《白光干涉光谱测定技术》或《白光频谱干涉测量技术》的技术能测量厚度范围从几微米到数百微米的透明层的厚度。其适用于平面层，也适用于球面层或圆柱形层，且同样适用于单层物体或透明的多层堆叠式结构。测量在不接触的情况下实施，准确性达到100nm。

然而，此项技术似乎不太适用于对多孔材料及具有低的折射率跳变的多层样本进行研究。

发明内容

本发明的目的在于找到一种弥补前述缺陷的方法。

就现有应用而言，为本发明标的的该方法具有以下独创性：

-涉及从小于10μm到数毫米的厚度范围，

-能分析非平面物体，

-将光程测量与例如利用X射线而实现的厚度测量相结合，用于估计出块体材料的折射率及多孔材料的有效折射率，且

-能计算泡沫材料的局部密度。

本发明主要关于一种能非接触式、非破坏性地测量沉积物或空心物体的折射率及空心物体的密度的方法。此方法使用光学相干断层成像技术并结合厚度的测量(例如通过X显微射线照相技术)，或外直径(针对球形物体而言)的测量(较佳地通过背光阴影成像技术)。

所述方法具有以下优点：

-利用此方法实施的测量可应用于一平面、圆柱形或球形物体，而不必使用与被分析物体的形状适配的照明几何，

-所述测量适用于单层或多层物体，

-所述测量在不接触的情况下实施，其工作距离从几毫米到数十厘米，这些距离依据可用于实施所述方法的准直仪而定，

-所述测量可在厚度从几微米到数毫米的物体上实施，

-利用所述方法可以测量光程，精确度约达百纳米，

-利用所述方法可以测量块体样本或多孔样本的折射率，且

-若一物体是多孔物体，则利用所述方法可以测量其密度。