UA100915U - Пристрій для дослідження рефракції об'єктів - Google Patents

Abstract

Пристрій для дослідження рефракції об'єктів містить джерело випромінювання, перший та другий акустооптичні дефлектори, першу та другу оптичні системи, об'єктив та фотоприймач, які з'єднані між собою послідовно та механічно і встановлені по ходу світлового пучка таким чином, що мають загальну оптичну вісь, по два генератори керуючих сигналів для кожного акустооптичного дефлектора, два суматори, генератор опорного сигналу, фазовий детектор, блок керування та обробки, відеомонітор. Оптична вісь, на якій встановлені джерело випромінювання, перший та другий акустооптичні дефлектори, перша та друга оптичні системи, об'єктив та фотоприймач, є ламаною, до складу пристрою додатково додані телескопічна система Бадаля та відеомонітор, між досліджуваним об'єктом та фотоприймачем додатково встановлено другий об'єктив, фотоприймач розміщують у фокальній площині об'єктива, розміщеного за досліджуваним об'єктом, фазовий детектор містить додатково частотний фільтр, підсилювач-обмежувач, лічильник-синхронізатор і цифровий лічильник, блок керування та обробки містить додатково модуль створення "карти рефракції (щільності)" досліджуваного об'єкта та модуль вибору режимів відображення.

Description

Корисна модель належить до оптичних вимірювальних пристроїв, зокрема до засобів оптичної рефрактометрії, та може бути використана в усіх галузях промисловості, наприклад, у машинобудівній - для виконання експрес-аналізів та оцінки розмірів і кількості часток у маслах, паливі і нафтопродуктах, електронній, оптичній, медичній, хімічній, біологічній та харчовій галузях - для виконання експрес-аналізів та оцінки розмірів і кількості часток у прозорих речовинах та біологічних клітках, при створенні високоефективних трибосистем, а також при технологічних процесах виготовлення деталей, агрегатів та машин озброєння і військового призначення для авіакосмічної та бронетанкової техніки як контрольно-вимірювальний прилад визначення експлуатаційних параметрів паливо-мастильних матеріалів.

Відомий оптичний пристрій, який містить акустооптичний елемент, джерело лазерного випромінювання, генератори електричних сигналів, пристрій розгортки променя, світлодільник, об'єктив, фотоприймач та послідовно з'єднані змішувач, фазовий детектор та відеоконтрольний пристрій, причому акустооптичний елемент, пристрій розгортки променя, світлодільник і об'єктив встановлені послідовно по ходу лазерного променя, виходи генераторів електричних сигналів підключені до входу акустооптичного елемента та до змішувача, пристрій розгортки променя містить блок управління, послідовно розташовані по ходу променя телескопічну оптичну систему, розташовані у взаємно перпендикулярних площинах два акустооптичних дефлектори і циліндричну лінзу, при цьому два акустооптичні дефлектори приєднані до блока управління, а фотоприймач, що розташований уздовж осі відбитого від світлодільника променя, з'єднаний зі входом фазового детектора (11.

Недоліком цього технічного рішення є те, що у зазначеному пристрої розщеплення світлового пучка можливе тільки по одній осі, при цьому розщеплення світлового пучка найчастіше здійснюється тільки у напрямі сканування пучка, через що отримання даних про рельєф поверхні можливе тільки уздовж одного напряму, тобто по осі ОХ або осі СОУ.

Відомий також оптичний пристрій, який містить акустооптичний елемент; джерело лазерного випромінювання; засіб для приводу в дію акустооптичного елемента для перетворення падаючого лазерного променя щонайменше на два промені з різними частотами; два світлодільники, перший з яких розміщений між акустооптичним елементом та зразком на оптичній осі щонайменше двох направлених до поверхні зразка лазерних променів і

Зо використовується для їх розщеплення та для розщеплення світла, відбитого від зразка на перший і другий розщеплені промені світла, а другий використовується для відображення другого розділення променя, відбитого від першого світлодільника;х три приймача світла, перший з яких щодо формування опорного сигналу биття реагує щонайменше на два лазерних промені, що розщеплені першим світлодільником, другий щодо формування світлового сигналу биття реагує на перше відбиття розділеного променя, а третій призначений для детектування інтенсивності світла від частини другого відбиття розділеного променя світла щодо формування світлового сигналу; з'єднаний з першим та другим приймачами світла, фазовий компаратор як засіб щодо порівняння інтенсивностей і фаз світлового сигналу биття від досліджуваної поверхні та опорного сигналу биття від зразка, а також обчислювальні прилади для розрахунку параметрів рельєфу досліджуваної поверхні (2.

Недоліками цього технічного рішення є необхідність порівняння параметрів досліджуваної поверхні з параметрами еталонної поверхні, яка має свої нерівності, а також те, що розщеплення світлового пучка у зазначеному пристрої можливе тільки по одній осі, при цьому розщеплення світлового пучка найчастіше здійснюється тільки у напрямі сканування пучка, через що отримати дані про рельєф досліджуваної поверхні можливе тільки уздовж одного напряму, тобто по осі ОХ або осі ОУ. В результаті отримують профілограму, тобто переріз рельєфу досліджуваної поверхні, чи набір таких профілограм у режимі растрового сканування.

Проте, для відтворення рельєфу досліджуваної поверхні необхідно мати дані про зміну рельєфу поверхні вздовж обох осей (осі ОХ та осі ОУ) у площині сканування. Для зшивання отриманих профілограм з метою відтворення рельєфу досліджуваної поверхні необхідна додаткова інформація про початок відліку у кожній профілограмі, яка не вимірюється при такому способі дослідження - не враховувати цю інформацію можна лише у деяких випадках, наприклад, коли відомо, що досліджуваний об'єкт має відхилення від площинності на поверхні. Проте, реалізація такої можливості у пристроях диференційно-фазової профілометри та/або профілографи вимагає забезпечення однакових умов розповсюдження світлових променів при розщепленні лазерного променя по осі ОХ та по осі ОМ, що висуває достатньо жорсткі вимоги до використовуваної оптичної схеми пристрою. Окрім цього, у складі оптичної схеми відомого пристрою є опорний канал, наявність якого небажана, оскільки також ускладнює оптичну схему пристрою, потребує окремого юстування, а також вносить додаткові похибки у вимірювані (516) величини.

Відомий пристрій для вимірювання рефракційних аберацій ока, що має в своєму складі канал зондування, вимірювальний канал та канал нормування, причому канал зондування складається з послідовно встановлених: лазера, першого та другого дифракційних однокоординатних дефлекторів, селектора першого порядку дифракції та колімаційної лінзи, причому селектор першого порядку дифракції виконано у вигляді телескопа за схемою Кеплера з апертурною діафрагмою, встановленою у точці збігу фокусів вхідної та вихідної лінз, точку переднього фокуса колімаційної лінзи розташовано в площині вихідної зіниці телескопа, кожний однокоординатний дефлектор має в своєму складі акустооптичний кристал, керований цифровим синтезатором частот через вихідний підсилювач-драйвер, після колімаційної лінзи перед оком пацієнта встановлено поляризаційний розподілювач, ортогональний вихід якого зорієнтовано до вимірювального каналу, а вимірювальний канал складається з об'єктива, позиційно чутливого фотоприймача, встановленого в його фокальній площині і своїм виходом з'єднаного з блоком обробки та відображення інформації на основі комп'ютера, сполученого керуючими зв'язками з лазером, дефлекторами та каналом нормування, між акустооптичними кристалами однокоординатних дефлекторів встановлено телескоп переносу еквівалентного центру відхилення променів першим дефлектором в еквівалентний центр відхилення променів другим дефлектором так, що вхідну зіницю телескопа переносу суміщено з еквівалентним центром відхилення променів акустооптичним кристалом першого дефлектора, а вихідну зіницю телескопа переносу й вхідну зіницю селектора першого порядку дифракції суміщено з еквівалентним центром відхилення променів акустооптичним кристалом другого дефлектора, телескоп переносу виконано у вигляді схеми Кеплера й в нього введено апертурну діафрагму, встановлену в точці збігу фокуса вхідної лінзи та переднього фокуса вихідної зіниці лінзи телескопа переносу, апертурну діафрагму телескопа переносу виконано у вигляді щілини, своєю довшою стороною орієнтованої уздовж напряму відхилення променів першим дефлектором, телескоп переносу виконано з циліндричних лінз, меридіональну вісь яких орієнтовано уздовж напряму відхилення променів першим дефлектором, в телескопі переносу та в селекторі першого порядку дифракції навколо апертурних діафрагм поза зоною першого порядку дифракції обох напрямів відхилення світлових променів встановлено світлові пастки, наприклад, у вигляді поглинальних поверхонь, що сходяться під гострим кутом |З).

Зо Недоліками відомого пристрою є те, що для проведення вимірювань у даному пристрої застосовується складніший позиційно--утливий фотоприймач, що має декілька вихідних інформаційних сигналів, які потребують додаткової обробки і відповідно складнішої схеми електронного блока. Крім того, позиційно--утливий фотоприймач має лінійну характеристику лише в доволі обмеженій області, розміри якої суттєво залежать від форми та розмірів фокальної плями на фотоприймачі, які важко контролювати. Зазначені недоліки цього технічного рішення обумовлюють менший динамічний діапазон та нижчу точність вимірювань, ніж при використанні пристроїв, що реалізують диференційно-фазовий метод.

Відомий лазерний скануючий конфокальний мікроскоп, що містить мікроскоп з двома серводвигунами постійного електроструму, джерело світла у вигляді галогенної та ртутної лампи, та лазерний модуль. Лазерний блок скануючого конфокального мікроскопа містить два гальванометричні сканери, що рухаються незалежно один від одного, чотири лазери (аргоновий, два гелій-неонові та діодний) з різною довжиною хвилі (від 405 до 633 нм) та різної потужності (від 1 до 30 мВт). Мікроскоп має набір об'єктивів (від 1х до 40х), поле зору 10х10 мм (при використанні об'єктива 1,25х), два конфокальні флуоресцентні канали. Відомий мікроскоп використовується для досліджень у мікробіології та медицині (4).

Недоліками відомого скануючого конфокального мікроскопа є необхідність застосування при біологічних та медичних дослідженнях контрастних флуоресцентних речовин, дії яких можуть призвести до пошкодження живих клітин при перевищенні потрібної концентрації барвника, та випалювання фотохімічного барвника, і, як наслідок, потребує повторного внесення барвника до об'єкта дослідження. Відомий мікроскоп має рухливі елементи - гальванометричні сканери, що збільшує похибки при проведенні досліджень та вимагає додаткового складного юстирування, що, відповідно, зменшує надійність приладу та достовірність отриманих даних.

Найбільш близьким технічним рішенням, що вибрано за найближчий аналог (прототип), є пристрій для диференційно-фазової профілометрії та/або профілографії, який містить джерело випромінювання, як джерело випромінювання може бути використаний лазер; встановлені по ходу світлового пучка щонайменше два акустооптичних дефлектори, світлоподільник і об'єктив, при цьому кожен з акустооптичних дефлекторів виконаний з можливістю відхилення, сканування, а також розділення щонайменше частини світлового променя щонайменше на два промені по частоті і у просторі по одній з координат, водночас вказані акустооптичні дефлектори бо розташовані з можливістю відхилення, сканування і розподілу щонайменше частини світлового пучка, щонайменше по двох ортогональних координатах, пристрій також містить щонайменше два генератори керуючих сигналів для кожного акустооптичного дефлектора із загальним генератором опорної частоти для усіх генераторів керуючих сигналів кожного акустооптичного дефлектора, при цьому виходи генераторів керуючих сигналів з'єднані зі входом відповідного акустооптичного дефлектора через суматор, пристрій також містить фотоприймачі опорного й вимірювального сигналів і фазовий детектор, причому світлоподільник виконаний з можливістю спрямування частини світлового пучка від джерела світла на фотоприймач опорного сигналу і частини відбитого світлового пучка на фотоприймач вимірювального сигналу, вхід фазового детектора з'єднаний з виходами вказаних фотоприймачів, а вихід з блоком обробки даних, що містить перший модуль апроксимації, виконаний з можливістю апроксимації даних про різницю фаз відбитих променів світлового пучка в досліджуваних точках еталонної поверхні, третій модуль порівняння для коригування даних про різницю фаз відбитих променів в досліджуваних точках еталонної поверхні на основі вказаних апроксимованих даних, перший модуль інтегрування для інтегрування скоректованих даних про різницю фаз відбитих променів в досліджуваних точках еталонної поверхні уздовж траєкторій переміщення світлового пучка, пов'язаний з другим модулем апроксимації для апроксимації вказаних проінтегрованих даних, блок обробки даних містить також перший модуль порівняння для коригування даних про різницю фаз відбитих променів світлового пучка у відповідних точках досліджуваної поверхні на основі даних про різницю фаз відбитих променів світлового пучка у відповідних точках еталонної поверхні, другий модуль інтегрування, виконаний з можливістю інтегрування даних про різницю фаз відбитих променів світлового пучка в досліджуваних точках досліджуваної поверхні уздовж траєкторій переміщення світлового пучка, другий модуль порівняння для коригування згаданих проінтегрованих даних про різницю фаз відбитих променів світлового пучка для досліджуваної поверхні на основі згаданих даних, отриманих в результаті апроксимації проінтегрованих даних про різницю фаз відбитих променів світлового пучка у відповідних точках еталонної поверхні, крім того блок обробки даних містить модуль відображення інформації і модуль управління розгорткою, з'єднаний зі згаданими генераторами керуючих сигналів. При цьому фазовий детектор через аналого-дифровий перетворювач, модуль заглушування шуму і вузол вибору режиму роботи з'єднаний з входом третього модуля

Зо порівняння, першого модуля запам'ятовування і першого модуля апроксимації, вихід якого з'єднаний зі входом другого модуля запам'ятовування, вихід другого модуля запам'ятовування з'єднаний з другим входом згаданого третього модуля порівняння, вихід якого з'єднаний зі входом першого модуля інтегрування, а вихід першого модуля інтегрування з'єднаний зі входом другого модуля апроксимації, вихід якого з'єднаний зі входом третього модуля запам'ятовування, виходи першого і другого модулів запам'ятовування з'єднані зі входами першого модуля порівняння, вихід якого з'єднаний з першим входом другого модуля інтегрування, а другий вхід другого модуля інтегрування з'єднаний через модуль корекції з виходом згаданого першого модуля запам'ятовування, другий модуль інтегрування і третій модуль запам'ятовування з'єднані з входами другого модуля порівняння, вихід якого з'єднаний з першим входом модуля калібрування, а другий вхід модуля калібрування з'єднаний з другим виходом другого модуля інтегрування, вихід модуля калібрування з'єднаний з вузлом розрахунку параметрів поверхні, з'єднаним з першим входом модуля відображення інформації, з другим входом якого з'єднаний один з виходів вузла вибору режиму роботи, а з третім входом з'єднаний модуль управління розгорткою, виконаний з можливістю завдання напряму розподілу світлового пучка і формування послідовності координат позиціонування світлового пучка на заданій області досліджуваної поверхні, з входом модуля управління розгорткою пов'язаний модуль установки меж області досліджуваної поверхні, вхід якого з'єднаний зі згаданим модулем відображення інформації. Крім цього, між джерелом світла і акустооптичними дефлекторами по ходу світлового пучка встановлена перша оптична система, виконана з можливістю розширення світлового пучка, а після акустооптичних дефлекторів встановлена друга оптична система, виконана з можливістю звуження світлового пучка (51.

Недоліками прототипу є необхідність порівняння параметрів досліджуваної поверхні з параметрами еталонної поверхні, яка має свої нерівності, через що результати таких досліджень не є беззаперечними. Наявність похибок визначення параметрів рельєфу еталонного зразку призводить до додаткових похибок у вимірюванні та обробці даних щодо параметрів рельєфу досліджуваної поверхні. До того ж принципова схема пристрою, в тому числі двоканальна схема вимірювання параметрів рельєфу досліджуваної поверхні, схема блоку обробки отриманих даних є надто складними. Окремий фотоприймач для виділення опорного сигналу ускладнює оптичну схему пристрою і вносить додаткові похибки. Крім того, бо зазначений прилад не може реалізовувати спосіб диференційно-фазових вимірювань щільності прозорих об'єктів, тобто, працювати у режимі "на просвіту, що не дає можливості використовувати його для дослідження параметрів розподілення показника заломлювання середовища (або щільності).

Таким чином, задача, на рішення якої спрямована корисна модель, полягає в удосконаленні відомого пристрою щодо забезпечення можливості дослідження рефракції об'єктів, побудови "карти рефракції (щільності)" об'єкта для використання у біологічних, медичних дослідженнях без використання еталонних зразків, побудови тривимірного (30) зображення "карти рефракції (щільності), спрощення принципової функціональної схеми пристрою шляхом заміни двоканальної схеми визначення параметрів досліджуваної поверхні на одноканальну і виключення окремого фотоприймача сигналів, отриманих від еталонного зразка, що використовуються для виділення опорного сигналу.

Технічний результат, що досягається при реалізації корисної моделі, що заявляється, полягає у спрощенні принципової функціональної схеми, включаючи як електронну, так і оптичну частини відомого пристрою, щодо забезпечення вимірювання відносної зміни оптичної довжини шляху світлового пучка, та у забезпеченні точності й надійності результатів визначення параметрів розподілення показника заломлювання середовища (або щільності) з одночасним зменшенням часу обробки отриманих даних.

Пристрій для дослідження рефракції об'єктів, що забезпечує досягнення зазначеного вище технічного результату у всіх випадках, на які розповсюджується необхідний обсяг правової охорони, являє собою пристрій для диференційно-фазової рефрактометрії, який містить джерело випромінювання, за який може бути використаний лазер, перший та другий акустооптичні дефлектори, першу та другу оптичні системи, об'єктив та фотоприймач, які з'єднані між собою послідовно та механічно і встановлені по ходу світлового пучка таким чином, що мають загальну оптичну ось, по два генератори керуючих сигналів для кожного акустооптичного дефлектора, два суматори, генератор опорного сигналу, фазовий детектор, блок керування та обробки, відеомонітор.

Новим у запропонованому пристрої є те, що оптична вісь, на якій встановлені джерело випромінювання, перший та другий акустооптичні дефлектори, перша та друга оптичні системи, об'єктив та фотоприймач, є ламаною, до складу пристрою додатково додані телескопічна система Бадаля та відеомонітор, між досліджуваним об'єктом та фотоприймачем додатково встановлено другий об'єктив, фотоприймач розміщують у фокальній площині об'єктива, розміщеного за досліджуваним об'єктом, причому другий об'єктив та фотоприймач також розміщують на загальній оптичній осі, фазовий детектор містить додатково частотний фільтр, підсилювач-обмежувач, лічильник-синхронізатор і цифровий лічильник, блок керування та обробки містить додатково модуль створення "карти рефракції (щільності)" досліджуваного об'єкта та модуль вибору режимів відображення, при тому, що вхід частотного фільтра, який одночасно є входом фазового детектора, зв'язаний з виходом фотоприймача, а вихід частотного фільтра зв'язаний зі входом підсилювача-обмежувача, вихід якого зв'язаний з першим входом цифрового лічильника. Водночас вихід генератора опорного сигналу зв'язаний з першими входами генераторів керуючих сигналів, зі входом лічильника-синхронізатора та третім входом цифрового лічильника, а вихід лічильника-синхронізатора зв'язаний з другим входом цифрового лічильника, вихід якого зв'язаний зі входом модуля вибору режиму роботи, який одночасно є входом блока керування та обробки, який містить додатково модуль створення "карти щільності" досліджуваного об'єкта, модуль вибору режимів відображення та модуль керування розгорткою, при цьому виходи модуля вибору режиму роботи зв'язані зі входами модуля створення "карти рефракції (щільності)" досліджуваного об'єкта та модуля вибору режиму відображення, вихід модуля створення "карти рефракції (щільності)" досліджуваного об'єкта зв'язаний з другим входом модуля вибору режиму відображення, один з виходів модуля вибору режиму відображення зв'язаний зі входом модуля керування розгорткою, один з виходів якого, в свою чергу, зв'язаний зворотнім зв'язком з четвертим входом модуля вибору режиму відображення, а другий - зі входом додатково встановленого відеомонітора, а другий вихід модуля вибору режиму відображення зв'язаний зі входом додатково встановленого відеомонітора, при тому, що інші виходи модуля керування розгорткою, які одночасно є виходами блока керування та обробки, зв'язані зі входами генераторів керуючих сигналів, виходи яких через суматори зв'язані зі входами першого і другого акустооптичних дефлекторів.

Поставлена задача вирішується тим, що до принципової схеми відомого пристрою внесені такі зміни: - оптична вісь пристрою виконана ламаною;

- до складу пристрою додатково внесено телескопічну систему Бадаля для перенесення центру сканування з першого до другого акустооптичного дефлектора; - до складу пристрою додатково внесено другий об'єктив; - фотоприймач розміщують у фокальній площині другого об'єктива, розміщеного за досліджуваним об'єктом; - зі складу пристрою вилучено фотоприймач опорного сигналу та світлодільник; - до складу фазового детектора додатково доданий частотний фільтр, що обмежує полосу частот вхідного сигналу, який відповідає оптичному сигналу, який пройшов наскрізь через об'єкт, та містить змінну складову сигналу з частотою Дії, що є головним носієм інформації про рефракцію (щільність) досліджуваного об'єкта; - зі складу блока керування та обробки виключені модулі встановлення меж поверхні дослідження, заглушення шуму, апроксимації, інтегрування, запам'ятовування, розрахунку параметрів поверхні, а також аналого-цдцифровий перетворювач; - до складу блока керування та обробки додатково додані модуль створення "карти рефракції (щільності)" досліджуваного об'єкта та модуль вибору режиму відображення; - до складу пристрою додатково доданий відеомонітор.

Можливість здійснення заявленої корисної моделі, охарактеризованої приведеними вище сукупностями ознак, щодо її призначення може бути проілюстрована детальним описом її конструкції та роботи згідно з наступними графічними матеріалами:

Фіг. 1 - принципова функціональна схема пристрою;

Фіг. 2 - зовнішній вигляд пристрою.

Фіг. З - приклад використання пристрою у медичній галузі;

Фіг. 4 - приклад використання пристрою у біології.

Принципова функціональна схема (Фіг. 1) пристрою, що заявляється, складається з двох частин - оптичної частини 1 та електронної частини 2.

Оптична частина 1 пристрою містить джерело З випромінювання, першу оптичну систему 4, перший акустооптичний дефлектор 5, телескопічну систему Бадаля 6, другий акустооптичний дефлектор 7, встановлені послідовно по ходу світлового пучка 11 та зв'язані між собою технологічно (оптично і механічно), другу оптичну систему 8, що містить лінзи 9, об'єктив 10, додатково доданий другий об'єктив 12 та фотоприймач 13, що встановлені за досліджуваним об'єктом 14.

Як джерело З випромінювання використовують джерело когерентного випромінювання з лінійною поляризацією (лазер). Оптична вісь пристрою є ламаною, тобто, зміщена у просторі від прямої (уявної) осі по відповідних напрямках (У та Х) - від дефлектора 5 через телескопічну систему 6 Бадаля до дефлектора 7 (по осі ОХ), від дефлектора 7 до досліджуваної поверхні 14 (по осі ОХ). Перша оптична система 4 виконана з можливістю розширення світлового пучка 11 на вході першого акустооптичного дефлектора 5. Акустооптичні дефлектори 5 та 7 виконані з можливістю розділення світлового пучка 11 на два пучки, їх зміщення у просторі та по частоті та сканування по одній з осей (ОХ або ОУ), і розташовані один відносно одного з поворотом на 907. Телескопічна система б Бадаля дозволяє перенести центр сканування з першого акустооптичного дефлектора 5 до другого акустооптичного дефлектора 7. Друга оптична система 8 узгоджує діаметр скануючого пучка випромінювання з вхідною зіницею об'єктива 10.

Об'єктив 10 призначений для фокусування світлового пучка 11 на об'єкт дослідження 14. Другий об'єктив 12 спрямовує світлові пучки, що пройшли наскрізь об'єкт 14, до фотоприймача 13.

Фотоприймач 13 має забезпечувати високі чутливість, співвідношення сигнал/шум, динамічний діапазон та мінімальні фазові спотворення.

Електронна частина 2 пристрою містить генератор 15 опорних сигналів; генератори 16, 17, 18 і 19 керуючих сигналів; суматори 20 і 21; блок 22 керування та обробки, що включає модуль 23 вибору режимів роботи, модуль 24 модуль створення "карти рефракції (щільності)" досліджуваного об'єкта, модуль 25 вибору режимів відображення і модуль 26 керування розгорткою; фазовий детектор 27, що включає частотний фільтр 28, підсилювач-обмежувач 29, лічильник-синхронізатор 30 і цифровий лічильник 31, та відеомонітор 32.

Елементи електронної частини 2 пристрою зв'язані між собою таким чином. Вихід фотоприймача 13 зв'язаний зі входом фазового детектора 27, який одночасно є входом частотного фільтра 28, при цьому вихід частотного фільтра 28 зв'язаний зі входом підсилювача- обмежувача 29, вихід якого зв'язаний з першим входом цифрового лічильника 31. Водночас вихід генератора 15 опорних сигналів зв'язаний з першими входами генераторів 16, 17, 18119 керуючих сигналів, зі входом лічильника-синхронізатора 30 та третім входом цифрового лічильника 31, при цьому вихід лічильника-синхронізатора 30 зв'язаний з другим входом бо цифрового лічильника 31, вихід якого зв'язаний зі входом блока 22 керування та обробки, який одночасно є входом модуля 23 вибору режиму роботи. Другий вихід модуля 23 вибору режиму роботи зв'язаний зі входом модуля 24 створення "карти рефракції (щільності)" досліджуваного об'єкта, а третій - з першим входом модуля 25 вибору режиму відображення, причому вихід модуля 24 створення "карти щільності" досліджуваного об'єкта зв'язаний з другим входом модуля 25 вибору режиму відображення, третій вихід модуля 25 вибору режиму відображення зв'язаний зі входом модуля 26 керування розгорткою, перший вихід якого, в свою чергу, зв'язаний зворотним зв'язком з четвертим входом модуля 25 вибору режиму відображення, а п'ятий вихід модуля 25 вибору режиму відображення зв'язаний зі входом відеомонітора 32.

Третій, четвертий, п'ятий і шостий виходи модуля 26 керування розгорткою зв'язані відповідно з другими входами генераторів 16, 17, 18 та 19 керуючих сигналів. Виходи генераторів 16 та 17 зв'язані відповідно з першим та другим входами суматора 20, а виходи генераторів 18 та 19 зв'язані відповідно з першим та другим входами суматора 21. Вихід суматора 20 зв'язаний зі входом першого акустооптичного дефлектора 5, а вихід суматора 21 зв'язаний зі входом другого акустооптичного дефлектора 7.

Фазовий детектор 27 забезпечує вимірювання фази сигналу 34, що збуджується світловим променем 33, який пройшов наскрізь товщу досліджуваного об'єкта 14, у фотоприймачі 13.

Частотний фільтр 28 фазового детектора 27 обмежує смугу частот вхідного сигналу 34, який відповідає оптичному сигналу 33 і містить змінну складову з частотою А, що є головним носієм інформації про коефіцієнт рефракції (щільності) досліджуваного об'єкта 14 у вибраній для дослідження множині точок, яка складається з рядів точок, розташованих уздовж осі ОХ, та окремо з рядів точок, розташованих уздовж осі ОУ, при цьому отримані дані зберігаються для кожної вибраної точки, крім координати кожної точки враховується напрямок і величина розділення світлових пучків, що були встановлені при вимірюванні даної точки. Водночас частотний фільтр 28 відокремлює змінну складову сигналу з частотою Аг у вигляді періодичного сигналу 35. Підсилювач-обмежувач 29 забезпечує відповідність фази вихідного прямокутного сигналу 36 фазі вхідного синусоїдального сигналу 35 незалежно від коливань амплітуди останнього. Прямокутний сигнал 36 використовують як цифровий сигнал для подальшого визначення фази досліджуваного сигналу. Лічильник-синхронізатор, ЗО на основі опорного сигналу 38 генератора 15 опорних сигналів генерує стартовий сигнал 37. Цифровий лічильник

Зо 31 здійснює виміряння фази прямокутного сигналу 36 відносно фази стартового сигналу 37.

Блок 22 керування та обробки забезпечує опрацювання сигналу 39, що виходить з цифрового лічильника 31 і вносить необхідну складову у формування керуючих сигналів для акустооптичних дефлекторів 5 і 7, які, в свою чергу, забезпечують сканування досліджуваного об'єкта 14 розщепленими та зміщеними у просторі і по частоті світловими пучками по заданих

З5 траєкторіях. Модуль 23 вибору режимів роботи блока 22 керування та обробки дозволяє задавати режим сканування та зчитування параметрів рефракції (щільності) досліджуваного об'єкта 14 шляхом вимірювання кінцевих приростів її показника заломлення по осях ОХ та ОУ або задавати режим виводу даних щодо параметрів рефракції (щільності) досліджуваного об'єкта 14 на модуль 25 вибору режимів відображення. Модуль 24 створення "карти рефракції (щільності)" досліджуваного об'єкта блока 22 керування та обробки на основі сигналів, що надходять від фазового детектора 27, формує дані щодо параметрів рефракції (щільності) досліджуваного об'єкта 14 та спрямовує їх до модуля 25 вибору режимів відображення. Модуль 25 вибору режимів відображення блока 22 керування та обробки здійснює вибір форми представлення даних, отриманих з модуля 23 вибору режимів роботи і модуля 24 створення "карти рефракції (щільності)" досліджуваного об'єкту, для передачі їх на вхід відеомонітора 32.

Модуль 26 керування розгорткою блока 22 керування та обробки визначає кількість точок сканування, що зчитуються, утворює сигнали, які відповідають обраним параметрам сканування, та спрямовує їх до генераторів 16, 17, 18 і 19 керуючих сигналів, куди з виходу генератора 15 опорних сигналів також надходить сигнал 38. Генератори 16, 17, 18 і 19 керуючих сигналів перетворюють сигнали, що 15 опорних сигналів у керуючі сигнали, які через суматори 20 і 21 надходять до акустооптичних дефлекторів 5 і 7 та керують розщепленням, зміщенням і скануванням світлового пучка 12. Вихідний відеосигнал 40 з блока 22 керування та обробки надходить на екран відеомонітора 32, на якому у режимі реального часу спостерігають параметри, що характеризують локальну рефракцію (щільність) об'єкта, і/або зображення "карти рефракції (щільності)" досліджуваного об'єкта 14 в вибраному масштабі та вибраній гамі кольорів.

Зовнішній вигляд заявленого пристрою показаний на Фіг. 2.

На Фіг. З показано приклад застосування заявленого пристрою у медичній галузі - показано зображення еритроцитів у прохідному світлі з використанням диференціально-фазового

Гс10) методу.

На Фіг. 4 показано приклад застосування заявленого пристрою у біології - у прохідному світлі з використанням диференціально-фазового методу показано зображення крильця золотоглазки.

Пристрій, що заявляється, працює таким чином.

Джерело З випромінювання (Фіг. 1) генерує світловий пучок 11, який розширюється у першій оптичній системі 4, проходить перший акустооптичний дефлектор 5, який розщеплює світловий пучок 11 на дві частини для зміщення їх у просторі, наприклад по осі ОУ, та подальшого сканування, проходить телескопічну систему б Бадаля, яка переносить центр сканування з першого 5 до другого 7 акустооптичного дефлектора. Другий акустооптичний дефлектор 7 розщеплює світловий пучок, що надходить з першого акустооптичного дефлектора 5 через телескопічну систему 6 Бадаля, на дві частини для зміщення їх у просторі, наприклад, по осі

ОХ, та для подальшого сканування. Розщеплений світловий пучок надходить до другої (звужуючої) оптичної системи 8 із лінзами 9. Після проходження другої оптичної системи 8 світловий пучок попадає на лінзи об'єктива 10 і далі на досліджуваний об'єкт 14. Другий об'єктив 12 спрямовує світловий пучок 33 випромінювання, що пройшов через товщу об'єкта 14, до фотоприймача 13. Таким чином, світловий пучок 33, що пройшов крізь досліджуваний об'єкт 14, у вигляді оптичного сигналу 33 надходить до фотоприймача 13, де перетворюється у його електричний аналог - сигнал 34, який надходить на вхід фазового детектора 27. Після фотоприймача 12 електричний сигнал 34 містить змінну частотну компоненту А, фаза якої несе інформацію про різницю фаз світлових пучків 33, які пройшли через товщу досліджуваного об'єкту 14 при кожному вимірюванні, та є головним носієм інформації про розподілення показника заломлювання середовища (або щільності) досліджуваного об'єкта 14. Фаза змінної частотної компоненти АГ реєструється фазовим детектором 27, причому частотний фільтр 28, що міститься у складі фазового детектора 27, відокремлює необхідну частотну компоненту Аг у вигляді періодичного сигналу 35, який обробляє підсилювач-обмежувач 29 таким чином, що на його виході утворюється сигнал прямокутної форми 36 з фазою, що відповідає фазі вхідного синусоїдального сигналу 35 незалежно від коливань амплітуди останнього. Прямокутний сигнал 36 потрапляє на цифровий лічильник 31, який визначає фазу прямокутного сигналу 36 (що відповідає змінній частотній компоненті ДЯ відносно стартового сигналу 37, що генерує

Зо лічильник-синхронізатор 30 на основі опорного сигналу 38 генератора 15 опорних сигналів, причому початкова фаза змінної частотної компоненти Ді збігається з фазою стартового сигналу 37 завдяки одночасному використанню спільного генератора 15 опорних сигналів як для генерування керуючих сигналів для акустооптичних дефлекторів 5 і 7, так і як опорного сигналу для лічильника-синхронізатора 30. Вихідний сигнал 39 цифрового лічильника 31, що відповідає фазі прямокутного сигналу 36 і, відповідно, параметрам рефракції досліджуваного об'єкта 14, обробляється блоком 22 керування та обробки і спрямовується на екран відеомонітора 32 у вигляді відеосигналу 40. В результаті на екрані відеомонітора 32 спостерігають параметри рефракції (щільності) і/або зображення "карти рефракції (щільності)" досліджуваного об'єкта 14 в вибраному режимі.

Пристрій для дослідження рефракції об'єктів, що заявляється, забезпечує можливість визначення щільності досліджуваного об'єкта, побудови висококонтрастного двовимірного (20) та тримірного (30) зображення "карти рефракції (щільності)" досліджуваного об'єкта без використання контрастуючих флуоресцентних речовин та еталонних зразків, має спрощені принципову функціональну схему та конструктивне виконання щодо відомого пристрою диференційно-фазової профілометрії та/або профілографії, а також високу чутливість, високу швидкодію та високий ступінь віброзахисту - принцип диференційно-фазового вимірювання забезпечує сканування досліджуваного об'єкта одночасно двома лазерними пучками, що розповсюджуються по одному шляху, тобто будь-які зміни оптичної довжини шляху, що виникають при вібрації, однаково впливають на фазу кожного із скануючих пучків і взаємно компенсуються при реєстрації сигналів на детекторі та, як результат, забезпечує підвищення точності й надійності вимірювань.

Джерела інформації: 1. Патент України Мо 19905 Спосіб дослідження рельєфних та фазових об'єктів у лазерному скануючому мікроскопі та пристрій для його здійснення (перереєстроване Авторське Свідоцтво

СРСР Мо 1734066 А1 від 30.03.1989), 402 В21/00, 25.12.1997 - аналог. 2. Патент США Мо 5481360 А Оптичний пристрій для вимірювання форми поверхні (Орііса демісе ог теазигіпуд зипасе 5паре), 101 В11/00, 02.01.1996 - аналог.

З. Патент України Мо 66936 Пристрій для вимірювання рефракційних аберацій ока, Аб1В 3/00, А61В 3/10, А61В8 3/14, 15.06.2004 - аналог. бо 4. мм. Біоспетівігу.ог9д.па/паех.рипр/иКіасіїміев/5егмісе5.пІті - аналог.

5. Патент Російської Федерації на винахід Мо 2179328 Спосіб диференціально-фазової профілометрії та/або профілографи та пристрій для його реалізації, 402 В21/00, 2401 В11/30, 19.06.2001 - прототип.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пристрій для дослідження рефракції об'єктів, який містить джерело випромінювання, як джерело випромінювання може бути використаний лазер, перший та другий акустооптичні дефлектори, першу та другу оптичні системи, об'єктив та фотоприймач, які з'єднані між собою послідовно та механічно і встановлені по ходу світлового пучка таким чином, що мають загальну оптичну вісь, по два генератори керуючих сигналів для кожного акустооптичного дефлектора, два суматори, генератор опорного сигналу, фазовий детектор, блок керування та обробки, відеомонітор, який відрізняється тим, що оптична вісь, на якій встановлені джерело випромінювання, перший та другий акустооптичні дефлектори, перша та друга оптичні системи, об'єктив та фотоприймач, є ламаною, до складу пристрою додатково додані телескопічна система Бадаля та відеомонітор, між досліджуваним об'єктом та фотоприймачем додатково встановлено другий об'єктив, фотоприймач розміщують у фокальній площині об'єктива, розміщеного за досліджуваним об'єктом, фазовий детектор містить додатково частотний фільтр, підсилювач-обмежувач, лічильник-синхронізатор і цифровий лічильник, блок керування та обробки містить додатково модуль створення "карти рефракції (щільності)" досліджуваного об'єкта та модуль вибору режимів відображення, при тому, що вхід частотного фільтра, який одночасно є входом фазового детектора, зв'язаний з виходом фотоприймача, а вихід частотного фільтра зв'язаний зі входом підсилювача-обмежувача, вихід якого зв'язаний з першим входом цифрового лічильника, вихід генератора опорного сигналу зв'язаний з першими входами генераторів керуючих сигналів, зі входом лічильника-синхронізатора та третім входом цифрового лічильника, а вихід лічильника-синхронізатора зв'язаний з другим входом цифрового лічильника, вихід якого зв'язаний зі входом модуля вибору режиму роботи, який одночасно є входом блока керування та обробки, який містить додатково модуль створення "карти рефракції (щільності)" досліджуваного об'єкта, модуль вибору режимів відображення та модуль керування Зо розгорткою, при цьому виходи модуля вибору режиму роботи зв'язані зі входами модуля створення "карти рефракції (щільності) досліджуваного об'єкта та модуля вибору режиму відображення, вихід модуля створення "карти рефракції (щільності)" досліджуваного об'єкта зв'язаний з другим входом модуля вибору режиму відображення, один з виходів модуля вибору режиму відображення зв'язаний зі входом модуля керування розгорткою, один з виходів якого, в свою чергу, зв'язаний зворотним зв'язком з четвертим входом модуля вибору режиму відображення, а другий - із входом додатково встановленого відеомонітора, а другий вихід модуля вибору режиму відображення зв'язаний зі входом додатково встановленого відеомонітора, при тому, що інші виходи модуля керування розгорткою, які одночасно є виходами блока керування та обробки, зв'язані зі входами генераторів керуючих сигналів, виходи яких через суматори зв'язані зі входами першого і другого акустооптичних дефлекторів.