Пристрій для визначення оптичних характеристик об’єктів

Реферат: Винахід належить до оптичних пристроїв для вимірювання дифузного та колімованого оптичного випромінювання, відбитого, а також пропущеного об'єктом. Пристрій для визначення оптичних характеристик об'єктів містить блок джерела випромінювання, фотометричну головку, внутрішня поверхня якої являє собою дзеркальну порожнину з поверхнею еліпсоїда обертання, ортогонально зрізаного по фокальних площинах, на бокових поверхнях якого під певним кутом діаметрально протилежно розміщені вхідне та вихідне вікна, причому одна з фокальних площин еліпсоїда є площиною контакту з досліджуваним зразком, а в другій розміщено приймач випромінювання, котрий з'єднується з контрольно-вимірювальною системою. Використана додаткова фотометрична система, яка містить вихідне вікно, розташоване симетрично вихідному вікну фотометричної головки, а також додаткові приймачі оптичного випромінювання, з'єднані з контрольно-вимірювальною системою. Винахід дозволяє здійснювати вимірювання для технічних зразків оптично прозорих та мутних середовищ у відбитому і пропущеному світлі, оптично непрозорих технічних зразків у відбитому світлі. UA 110073 C2 (12) UA 110073 C2 UA 110073 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до оптичних пристроїв для вимірювання дифузного та колімованого оптичного випромінювання, відбитого, а також пропущеного об'єктом, і може бути використаний для дослідження характеристик прозорих, мутних та непрозорих технічних та біологічних середовищ. Відомий дозиметр оптичного випромінювання [1], що містить систему формування оптичного випромінювання, фотометричну головку, внутрішня поверхня якої являє собою дзеркальну порожнину з поверхнею еліпсоїда обертання, одна з його фокальних площин є площиною контакту з досліджуваною поверхнею, а в другій розміщено приймач оптичного випромінювання, з'єднаний з контрольно-вимірювальною системою, дзеркало криволінійного профілю, котре розташовано на боковій поверхні еліпсоїда обертання на одній осі з вхідним вікном фотометричної головки і системою формування оптичного випромінювання. Недоліками зазначеного пристрою є відсутність можливості проведення аналізу у пропущеному світлі, що не дозволяє здійснювати дослідження оптично мутних та оптично прозорих об'єктів, а також неможливість оцінки колімованої складової оптичного потоку. Найбільш близьким за технічною суттю до винаходу, що заявляється, є пристрій для вимірювання оптичного розсіювання [2], що містить генератор світлового потоку, еліпсоїдальний рефлектор, у першому фокусі якого розміщений досліджуваний зразок, а в другому світлочутлива частина фотоприймача, вхідний та вихідний отвори, розміщені під певним кутом діаметрально протилежно на стінках еліпсоїдального рефлектора. Недоліком вказаного пристрою є його функціональна обмеженість, що дозволяє здійснювати дослідження об'єктів лише у відбитому світлі, а також втрати корисного сигналу на межі двох половин, з яких виготовлений еліпсоїдальний рефлектор. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення пристрою для дозиметрії оптичного випромінювання шляхом використання додаткової фотометричної системи у вигляді дзеркальної порожнини з поверхнею еліпсоїда обертання, а також додаткових фотоприймачів для реєстрації колімованого відбитого та колімованого пропущеного оптичного випромінювання. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для визначення оптичних характеристик об'єктів, що містить блок джерела випромінювання, фотометричну головку, внутрішня поверхня якої являє собою дзеркальну порожнину з поверхнею еліпсоїда обертання, ортогонально зрізаного по фокальних площинах, на бокових поверхнях якого під певним кутом діаметрально протилежно розміщені вхідне та вихідне вікна, причому одна з фокальних площин еліпсоїда є площиною контакту з досліджуваним зразком, а в другій розміщено приймач випромінювання, котрий з'єднується з контрольно-вимірювальною системою, згідно з винаходом, новим є те, що використана додаткова фотометрична система, котра містить вихідне вікно, розташоване симетрично вихідному вікну фотометричної головки, а також додаткові приймачі оптичного випромінювання, з'єднані з контрольно-вимірювальною системою. Суть винаходу пояснюється кресленням, де зображена структурно-функціональна схема пристрою для визначення оптичних характеристик об'єктів. Блок джерела випромінювання (БДВ) 1, що може формувати монохроматичне або немонохроматичне колімоване випромінювання, оптично спряжений з фотометричною головкою (ФГ) 2, до складу якої входить дзеркало з поверхнею еліпсоїда обертання 5, причому БДВ 1 розташований на одній оптичній осі з вхідним вікном 3. Оптична система (ОС) 6 разом з координатним приймачем випромінювання (КПВ) 7 та приймачем випромінювання (ПВ) 9 з'єднані з сигнальним процесором (СП) 16. Світло, що проходить через досліджуваний зразок 4, потрапляє до додаткової фотометричної системи (ФС) 10, котра містить дзеркало з поверхнею еліпсоїда обертання 11 з вихідним вікном 14. Оптична система 12 разом з КПВ 13 та ПВ 15 також з'єднані СП 16. Блок обробки (БО) 17 разом з контролером 18 та інтерфейсом 19 формують дані для подальшого аналізу. Пристрій працює наступним чином. Оптичний потік від БДВ 1 направляють у ФГ 2 через вхідне вікно 3 і спрямовують на досліджуваний зразок 4, який знаходиться в одній з фокальних площин еліпсоїдального дзеркала 5. Діаметр вхідного вікна 3 відповідає діаметру світлового променя, що формується БДВ 1. У результаті поширення оптичного випромінювання в об'єкті, залежно від його оптичних характеристик (співвідношення параметрів поглинання, заломлення та розсіювання), на поверхнях об'єкта дослідження буде спостерігатись просторовий розподіл випромінювання (пляма розсіювання) як у відбитому світлі, так і у пропущеному світлі. Відбите (дифузно розсіяне назад) світло безпосередньо, в межах апертури другої фокальної площини еліпсоїдального дзеркала 5, або в результаті відбиття від його стінок, за межами цієї апертури, за допомогою оптичної системи 6 проектується на КПВ 7. При цьому колімовано відбита частина випромінювання виходить з порожнини еліпсоїдального рефлектора 5 через вихідне вікно 8 і реєструється ПВ 9. Пропущене (дифузно розсіяне вперед) світло, аналогічно ФГ 2, 1 UA 110073 C2 5 10 15 20 25 30 35 проектується за допомогою ОС 12 на приймальну площину КПВ 13 у ФС 10. Колімована частина пропущеного досліджуваним зразком світла проходить через вихідне вікно 14 та реєструється ПВ 15. Зареєстровані КПВ 7, КПВ 13, ПВ 9 та ПВ 15 сигнали надходить до СП 16, де, після підсилення та аналого-цифрового перетворення, передається в БО 17. Потім результуючий сигнал за допомогою контролера 18 формується на інтерфейсі 19 для подальшого аналізу. Для визначення оптичних характеристик об'єктів ключовими є коефіцієнти, які отримують з величин зареєстрованих сигналів. При цьому користуються положеннями фотометрії для одноелементних та багатоелементних приймачів випромінювання. Характерною рисою пристрою є обов'язковість здійснення калібрування перед початком вимірювання. Для оптично непрозорих зразків, коли у вимірюваннях задіяна лише верхня частина пристрою - фотометрична головка 2, це можна здійснити, встановивши замість досліджуваного зразка еталон з відомим коефіцієнтом розсіювання, наприклад, пластину, покриту розчином сульфату барію (BaSO4). Для оптично мутних та прозорих об'єктів еталоном дифузного пропускання та відбиття може бути, наприклад, пластина молочного скла (МС-20) певної товщини, яка визначається типом досліджуваного зразка та характеристиками освітлення. Окрім того, залежно від конкретної моделі приймачів випромінювання, блок джерела випромінювання 1 може містити оптичний фільтр з відомим або регульованим коефіцієнтом пропускання, наприклад, у вигляді двох поляризованих пластин, що зменшують коефіцієнт пропускання у відповідності до закону Малюса, для уникнення попадання на фотоприймачі високого рівня освітленості, котре може вивести їх на режим насичення або призвести до пошкодження. Заявлений винахід здійснює вимірювання в широкому діапазоні довжин хвиль, для чого блок джерела випромінювання 1 може містити набір джерел випромінювання, наприклад лазерів, або бути оснащений монохроматором для виділення необхідної довжини хвилі від джерела білого світла. При цьому приймачі випромінювання 7, 9, 13 та 15 узгоджуються залежно від параметрів падаючого світла. Кути, під яким розміщені вхідне та вихідне вікна ФГ 2 та ФС 10, можна варіювати, залежно від типу досліджуваного об'єкта, шляхом виготовлення набору відповідних ФГ або ФС. Запропоноване технічне рішення дозволяє здійснювати вимірювання для технічних зразків оптично прозорих та мутних середовищ у відбитому і пропущеному світлі, оптично непрозорих технічних зразків у відбитому світлі, біологічних зразків у відбитому та пропущеному світлі в умовах експерименту in vitro, та на живому організмі у відбитому світлі в умовах експерименту in vivo та in situ. Джерела інформації: 1. Патент України 45894, від 25.11.2009, G01N21/47, 21/55. 2. Патент США 4,360,275, від 23.11.1982, G01N21/47. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 Пристрій для визначення оптичних характеристик об'єктів, що містить блок джерела випромінювання, фотометричну головку, внутрішня поверхня якої являє собою дзеркальну порожнину з поверхнею еліпсоїда обертання, ортогонально зрізаного по фокальних площинах, на бокових поверхнях якого під певним кутом діаметрально протилежно розміщені вхідне та вихідне вікна, причому одна з фокальних площин еліпсоїда є площиною контакту з досліджуваним зразком, а в другій розміщено приймач випромінювання, котрий з'єднується з контрольно-вимірювальною системою, який відрізняється тим, що використана додаткова фотометрична система, котра містить вихідне вікно, розташоване симетрично вихідному вікну фотометричної головки, а також додаткові приймачі оптичного випромінювання, з'єднані з контрольно-вимірювальною системою. 2 UA 110073 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3