UA134322U - Пристрій для вимірювання показника заломлення біологічних середовищ - Google Patents

Abstract

Пристрій для вимірювання показника заломлення біологічних середовищ містить оптико-механічний вузол формування падаючого випромінювання, елемент повного внутрішнього відбиття, на бічну поверхню якого нанесене дзеркальне покриття, узгоджувальну оптичну систему та приймач випромінювання. Елемент повного внутрішнього відбиття виконаний у вигляді оптично прозорого еліпсоїдального рефлектора, ортогонально зрізаного по фокальних площинах, нижня фокальна площина якого контактує з досліджуваним зразком біологічного середовища, а верхня - оптично спряжена з приймачем випромінювання.

Description

Корисна модель належить до технічної фізики, а саме до рефрактометрії, зокрема до вимірювання показників заломлення оптично мутних середовищ, і може бути використана для дослідження біологічних тканин, рідин тощо.

Відомий пристрій вимірювання розподілу величини комплексного показника заломлення сильно поглинаючих зразків, що складається з оптико-механічного вузла формування падаючого випромінювання, елемента повного внутрішнього відбиття (ПВВ), узгоджувальної оптичної системи та приймача випромінювання.

Недоліком даного пристрою є те, що він не забезпечує дослідження біологічних зразків типу іп мімо, відсікання дифузних компонентів, тобто не фіксує дифузного розсіяння від зразка 11.

Найбільш близьким аналогом корисної моделі є пристрій для вимірювання показника заломлення поглинаючих середовищ, що містить оптико-механічний вузол формування падаючого випромінювання, елемент повного внутрішнього відбиття (ПВВ), на бічну поверхню якого нанесене дзеркальне покриття, оптичну систему та приймач випромінювання.

Недоліком пристрою є складність конструкції, у зв'язку з необхідністю калібрування та встановленням амплітуди модуляції, помірна швидкість обробки результату, а також необхідність підбору параметрів зразка на кожному кроці досліджень |21.

В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення пристрою для вимірювання показника заломлення біологічних середовищ шляхом введення нових конструкційних елементів та зв'язків, що розширить функціональні можливості вимірювань показників заломлення біологічних середовищ.

Поставлена задача вирішується тим, що у пристрої для вимірювання показника заломлення біологічних середовищ, що містить оптико-механічний вузол формування падаючого випромінювання, елемент повного внутрішнього відбиття, на бічну поверхню якого нанесене дзеркальне покриття, узгоджувальну оптичну систему та приймач випромінювання, згідно з корисною моделлю, елемент повного внутрішнього відбиття, виконаний у вигляді оптично прозорого еліпсоїдального рефлектора, ортогонально зрізаного по фокальних площинах, нижня фокальна площина якого контактує з досліджуваним зразком біологічного середовища, а верхня - оптично спряжена з приймачем випромінювання.

Корисна модель пояснюється кресленням, на якому зображений пристрій для вимірювання

Зо показника заломлення біологічних середовищ.

Пристрій складається з оптико-механічного вузла 1, який містить монохроматичне джерело 2 випромінювання, оптично зв'язане з послідовно розміщеними поляризатором З та системою 4 формування колімованого світлового пучка променів, еліпсоїдального рефлектора 5, який контактує з досліджуваним зразком 6, оптичної системи 7 та приймача 8 випромінювання.

Оптико-механічний вузол 1 складається з монохроматичного джерела 2 випромінювання, яке оптично пов'язане з системою 4 формування колімованого або сфокусованого світлового пучка променів необхідного діаметра, а також з системи переміщення, повороту та відліку (на кресленні не показано). Поляризатор З, розміщений по ходу променів від джерела 2 випромінювання, задає напрямок вектора поляризації. Еліпсоїдальний рефлектор 5 застосовують для повного внутрішнього відбиття на межі "ЕР-досліджуваний зразок", збирання відбитого та розсіяного випромінювання, в зворотному від джерела напрямку. Нижня фокальна площина рефлектора контактує з досліджуваним зразком 6, а верхня - за допомогою оптичної системи 7 проектується на приймач 8 випромінювання. Еліпсоїдальний рефлектор 5, виконаний з оптично прозорого матеріалу, показник заломлення якого більший, ніж очікуваний показник заломлення досліджуваного зразку б, що забезпечить явище ПВВ. На бічні грані еліпсоїдального рефлектора 5 нанесене дзеркальне покриття для переносу у верхню фокальну площину відбитих від досліджуваного зразка 6 променів, що зібрані у його нижній фокальній площині. На визначену ділянку бічної грані (вхідну щілину) еліпсоїдального рефлектора 5 дзеркальне покриття не наноситься. Форма та розміри вхідної щілини забезпечують переміщення променя для досягнення критичного кута Єпвв, а ширина відповідає максимальному діаметру пучка променів, який сформований оптичною системою 3.

Пристрій працює наступним чином.

Оптико-механічний вузол 1 переміщується по твірній, котра визначається ексцентриситетом е та фокальним параметром р еліпсоїдального рефлектора 5 (ЕР). Електромагнітний потік від джерела 2 випромінювання, за допомогою оптичної системи формування світлового пучка 4, під кутом єї на висоті п спрямовується в точку А вхідної щілини оптично прозорого еліпсоїдального рефлектора 5. Після заломлення на межі "повітря-ЕР", світловий пучок поширюється в оптично прозорому еліпсоїдальному рефлекторі 5, потрапляє у фокус Рі його нижньої фокальної площини та взаємодіє з досліджуваним зразком б. За допомогою зміни кута с, система бо переміщення, повороту та відліку задає положення оптико-механічного вузла 1 таким чином, що кут падіння єї та висота й забезпечують потрапляння заломленого променя у точку КЕ: для створення явища ПВВ на межі "ЕР-досліджуваний зразок". Кут падіння єї та висота п залежать від показника заломлення пе та конструктивних параметрів оптично прозорого ЕР 5, ексцентриситету е та фокального параметру р, а також від показника заломлення досліджуваного зразку Пвс.

Розсіяне та відбите від досліджуваного зразка 6 випромінювання - у нижній фокальній площині ЕР 5, завдяки внутрішньому дзеркальному покриттю на його бічних гранях, передається у верхню фокальну площину та за допомогою оптичної системи 7 переноситься у вигляді плями розсіювання на приймач 8 випромінювання. За інтенсивністю просторового розподілу розсіяного та відбитого випромінювання, що формується у вигляді фотометричної плями на приймачі 8 випромінювання, здійснюють аналіз наявності чи відсутності явища ПВВ, а також момент досягнення критичного кута єЄпвв. При зміні кута « інтенсивність відбитого та розсіяного назад випромінювання збільшується до того моменту, поки кути падіння променя на межу "ЕР-досліджуваний зразок" є меншими за критичний кут єпвв, та стає сталою - при кутах падіння, більших за критичний. Значення показника заломлення пе матеріалу оптично прозорого

ЕР 5 та критичного кута єпвв, визначають показник заломлення біологічного середовища пс.

ПБо-5іпепвв' Пе.

Для калібрування та визначення френелівських втрат в нижній фокальній площині ЕР 5 запропонованого пристрою як досліджуваний об'єкт використовують поверхню з зовнішнім дзеркальним покриттям та центральним перехрестям. Потік світла від монохроматичного джерела 2 випромінювання проходить через поляризатор 3, який визначає напрямок вектора поляризації. За отриманою поляризованою інтенсивністю визначають втрати на відбиття.

При дослідженні зразків з малим показником поглинання та розсіювання, інтенсивність падаючого світлового пучка на 99 95 співпадає з інтенсивністю світлового пучка при явищі повного внутрішнього відбиття, що не є характерним для мутних біологічних середовищ. Тому, при взаємодії оптичного випромінювання з біологічним середовищем навіть при забезпеченні явища повного внутрішнього відбиття, частина - поглинається, а частина - дифузно розсіюється назад. Конструктивні особливості оптично прозорого еліпсоїдального рефлектора забезпечують реєстрацію не тільки колімованого відбиття, а й дифузного розсіювання назад, що збільшить

Зо інформативність визначення показника заломлення мутних середовищ, до яких відносять біологічні, а саме - підвищить чутливість визначення критичного кута повного внутрішнього відбиття єпвв.

Запропонована корисна модель забезпечує здійснення вимірювань показника заломлення біологічних середовищ у відбитому світлі в умовах експерименту іп мімо, іп 5йЙМ, іп міо з урахуванням дифузного розсіювання.

Джерела інформації: 1. Патент ВО Мо 2396547 "Способ измерения распределения величиньі комплексного показателя преломления сильно поглощающих образцов", МПК СО1М 21/43, опуб. 10.08.2010. 2. А.С. СССР Мо 1520404 "Способ измерения показателя преломления поглощающих сред",

МПК СОМ 21/43, опуб. 07.11.1989.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пристрій для вимірювання показника заломлення біологічних середовищ, що містить оптико-

   механічний вузол формування падаючого випромінювання, елемент повного внутрішнього відбиття, на бічну поверхню якого нанесене дзеркальне покриття, узгоджувальну оптичну систему та приймач випромінювання, який відрізняється тим, що елемент повного внутрішнього відбиття виконаний у вигляді оптично прозорого еліпсоїдального рефлектора, ортогонально зрізаного по фокальних площинах, нижня фокальна площина якого контактує з досліджуваним зразком біологічного середовища, а верхня - оптично спряжена з приймачем випромінювання.