Лазерний автоматичний поляриметр зображень

Корисна модель відноситься до області вимірювальної техніки і може бути використана для досліджень параметрів поляризованого випромінювання при неруйнівному контролі анізотропних розсіювальних об'єктів і середовищ у метрології, фізиці, біології та медицині. Відомий модуляційний фотоелектронний поляриметр [Патент України №10517 А, Бюл. №4 від 25.12.1996], який містить послідовно встановлені на жорсткій основі та оптично пов'язані джерело випромінювання та монохроматор, модулятор, встановлений між виходом монохроматора та входом модулятора виконаний у виді керованої електрооптичної фазової платівки поляризатор, кювету із зразком та датчик положення площини поляризації випромінювання із поляризаційним аналізатором, вхід якого з'єднаний із кюветою, а вихід оптично зв'язаний із фотоприймачем, який з'єднаний через підсилювач із компаратором, вихід якого підключений до першого інформаційного входу пристрою обробки інформації, при цьому вихід блока керування модулятора з'єднаний із другим інформаційним входом пристрою обробки інформації, з першим входом якого з'єднаний вихід компаратора. Недоліком пристрою є застосування одноканального фотоприймача, що істотно ускладнює процес вимірювань у випадку досліджень неоднорідних по площині зображення об'єктів внаслідок необхідності проведення механічного сканування поля зору із повним циклом вимірювань для кожного елементу зображення. Також для аналізу зображення у растрі необхідно виміряні для кожного елемента значення поляризаційних параметрів зіставляти з їх відносними координатами у площині досліджуваного поля зору, що істотно ускладнює процес обробки результатів вимірювань та значно зменшує швидкодію пристрою. Найбільш близьким до запропонованого є пристрій для вимірювання параметрів поляризації випромінювання від протяжних об'єктів [Патент України №19677, Бюл. №6 від 25.12.1997], який включає оптично зв'язані та розташовані на одній оптичній вісі оптико-механічний модулятор, що складається з об'єктива, фазової пластинки, встановленої із можливістю постійного обертання, та поляризатора, блок керування, який включає постійний запам'ятовуючий пристрій, до кожного з двох виходів якого послідовно підключені цифро-аналогові перетворювачі, підсилювач синхронного двигуна та одна з обмоток збудження синхронного двигуна, який з'єднаний із фазовою пластинкою, блок матричного фотоприймача, що містить на виході підсилювач, блок обробки інформації, що містить додатковий аналого-цифровий перетворювач та помножувач, арифметикологічний та запам'ятовуючий вузли, вихід арифметико-логічного вузла підключений до інформаційного входу запам'ятовуючого вузла, вихід якого є виходом пристрою та одночасно підключений до одного з інформаційних входів арифметико-логічного вузла, блок відображення інформації, також підключений до виходу запам'ятовуючого вузла, та блок синхронізації, підключений до постійного запам'ятовуючого пристрою блоку керування, причому до блоку синхронізації підключені керуючий вхід арифметико-логічного вузла та адресний вхід запам'ятовуючого вузла, а також входи синхронізації блока матричного фотоприймача та блока відображення інформації, в якому вихід помножувача підключений до другого інформаційного входу арифметикологічного вузла, вихід аналого-цифрового перетворювача з'єднаний із одним з виходів помножувача, другий вихід якого підключений до постійного запам'ятовуючого пристрою блоку керування, при цьому блок матричного фотоприймача виконаний у виді телевізійної передавальної камери, вихід якої з'єднаний із інформаційним входом аналогово-цифрового перетворювача, тактовий вхід якого з'єднаний із блоком синхронізації. Недоліками пристрою є невисока точність та швидкість обробки результатів вимірювання параметрів поляризації. Крім того, пристрій не дозволяє повністю автоматизувати обробку інформації. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення точності та швидкості вимірювань поляризаційних характеристик об'єктів та середовищ, а також підвищення швидкодії обробки інформації. Поставлена задача досягається тим, що у запропонованому лазерному автоматичному поляриметрі зображень, який включає оптично зв'язані та розташовані на одній оптичній вісі оптико-механічний модулятор, що складається з першої фазової пластинки, встановленої із можливістю постійного обертання, та поляризатора, блок керування, який включає постійний запам'ятовуючий пристрій, до кожного з двох виходів якого послідовно підключені цифро-аналогові перетворювачі, підсилювач синхронного двигуна та одна з обмоток збудження першого синхронного двигуна, який з'єднаний із першою фазовою пластинкою, блок матричного фотоприймача, що містить на виході підсилювач, блок обробки інформації, блок відображення інформації, також підключений до виходу запам'ятовуючого вузла, та блок синхронізації, підключений до постійного запам'ятовуючого пристрою блоку керування, на одній оптичній вісі перед оптико-механічним модулятором послідовно встановлені лазер, змішувач когерентності та розширювач пучка, а після оптико-механічного модулятора встановлено блок досліджуваного зразка, вихід якого оптично з'єднаний із другою фазовою пластинкою, до якої підключено другий синхронний двигун, до якого підключено другий цифро-аналоговий перетворювач блоку керування та другий підсилювач синхронного двигуна, аналізатор, блок матричного фотоприймача, який виконано у виді підключеної до комп'ютера цифрової відеокамери із формуючим зображення об'єктивом, блок приймального каналу розташовано на одному з плечей гоніометра, вихід цифрової відеокамери підключено до захоплювача зображень, персональний комп'ютер є блоком синхронізації, постійним запам'ятовуючим пристроєм та блоком обробки інформації, а комп'ютерний дисплей - блоком відображення інформації, що дозволяє підвищити швидкість і точність вимірювань, а також повністю автоматизувати процес обробки інформації та підвищити його швидкодію. На кресленні представлено блок-схему запропонованого лазерного автоматичного поляриметра зображень. Запропонований пристрій складається з оптично зв'язаних та розташованих по ходу променя на одній оптичній вісі лазера 1, змішувача когерентності 2, розширювача пучка 3 та оптико-механічного модулятора I, який включає поляризатор 5 та фазову пластинку модулятора 4. Перша фазова пластинка 4, яка обертається, механічно з'єднана із першим синхронним двигуном 6, до якого підключений перший підсилювач синхронного двигуна 111 та перший цифро-аналоговий перетворювач 121 першого каналу блока керування II. За оптикомеханічним модулятором І встановлено блок досліджуваного зразка 7 та блок приймального каналу III, до якого входять аналізатор 9 із другою фазовою пластинкою 8 та цифрова відеокамера 14 із формуючим зображення об'єктивом 13. Друга фазова пластинка 8, що обертається, механічно з'єднана із другим синхронним двигуном 10, до якого підключений другий підсилювач синхронного двигуна 112 та другий цифро-аналоговий перетворювач 122 другого каналу блока керування II. Вихід цифрової відеокамери 14 підключено до захоплювача зображень 15, вихід останнього з'єднано з входом персонального комп'ютера 16, який є одночасно блоком синхронізації, постійним запам'ятовуючим пристроєм та блоком обробки інформації. Вихід персонального комп'ютера 16 підключено до блоку відображення інформації 17. Лазерний автоматичний поляриметр зображень працює наступним чином. Потік випромінювання від лазера 1 із стабільною частотою випромінювання, проходячи крізь змішувач когерентності 2 (матований скляний диск, що постійно обертається), та розширювач пучка 3, який розширює лазерний пучок до зіставних із досліджуваним об'єктом розмірів, потрапляє на поляризатор 5 оптико-механічного модулятора І, перша фазова пластинка 4 якого механічно зв'язана із обмоткою першого синхронного двигуна 6. У запропонованому пристрої, як і у прототипі, попередньо відбувається модуляція поляризації шляхом неперервного обертання першої фазової пластинки 4. Якщо після цього випромінювання проходить крізь блок досліджуваного зразка 7, другу фазову пластинку 8, яка обертається за допомогою механічного зв'язку із обмоткою другого синхронного двигуна 10, та аналізатор 9, то модуляція за поляризацією перетворюється у модуляцію за інтенсивністю. Результуючу інтенсивність потоку випромінювання у будь-якій точці перерізу пучка можна представити у виді ряду Фур'є із коефіцієнтами ряду, що визначаються поляризаційними характеристиками досліджуваного зразка та використаних поляризаційних елементів. Блок досліджуваного зразка 7, окрім власне зразка, може містити інші допоміжні пристрої: утримувач об'єкта, кювету з імерсійною рідиною, пристрій обертання зразка тощо. Інтенсивність потоку у деякий час після проходження аналізатора 9 залежить, крім вхідної інтенсивності, від параметрів Стокса досліджуваного зразка, кута між осями поляризатора 5 та першої фазової пластинки 4, кута між осями аналізатора 9 та другої фазової пластинки 8, фазових зсувів кожного з елементів схеми та частоти модуляції випромінювання. Таким чином, зміни параметрів поляризації світла перетворюються у зміни інтенсивності світла на вході цифрової відеокамери 14, після чого підсилюються та потрапляють на інформаційний вхід блоку синхронізації та обробки інформації, в якості якого використано персональний комп'ютер 16. Останній автоматично формує фазовий зсув для кожного елементу зображення та формує коди синусоїд на вході блока керування II, які перетворюються за допомогою двох цифро-аналогових перетворювачів 121 та 122 у відповідні напруги живлення та підсилюються у двох підсилювачах синхронних двигунів 11 1 та 112. Таким чином, положення фазових пластинок задаються синхронно із частотою кадрів зображення. Розсіяний у прямому або зворотному напрямку потік випромінювання від блоку досліджуваного зразка 7 потрапляє на приймальний канал поляриметра ІІІ. Приймальний канал ІІІ розташовується на одному з плечей гоніометра, що дозволяє вимірювати кутову залежність матриці розсіювання об'єктів. Зображення крізь формуючий зображення об'єктив 13 потрапляє на матрицю цифрової відеокамери 14. Після оптоелектронного перетворення інформація у виді кадрів зображення потрапляє на захоплювач зображення 15, який з'єднаний із персональним комп'ютером 16, до якого підключений блок керування II. Після обробки за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення результати вимірювання параметрів поляризації по площині перерізу досліджуваного зразка виводяться у графічному виді на комп'ютерний дисплей 17. Таким чином, у запропонованому лазерному автоматичному поляриметрі зображень забезпечується підвищення точності вимірювань параметрів поляризації анізотропних об'єктів, зменшення часу вимірювань та часу обробки результатів вимірювань, що дозволяє розширити функціональні можливості лазерної неруйнівної діагностики і контролю оптичних параметрів анізотропних об'єктів і середовищ, зокрема досліджувати динаміку вимірюваних параметрів у просторі кадру.