RU17087U1

RU17087U1 - OPTICAL ELECTRON INSTRUMENT FOR RESEARCH OF TRANSPARENT AND MUTY OPTICAL MEDIA AND THE COMPLEX OF EQUIPMENT FOR ITS OPERATION

Info

Publication number: RU17087U1
Application number: RU2000127548/20U
Authority: RU
Inventors: В.Н. Игнатьев; В.Е. Куликов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Балтийская инновационная компания "Балтинком"; Игнатьев Виктор Николаевич; Куликов Вадим Евгеньевич
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2001-03-10

Description

Оптикоэлектронный прибор для исследования прозрачных и мутных оптических сред и комплекс аппаратуры для его работы.Optoelectronic device for the study of transparent and cloudy optical media and a set of equipment for its operation.

Полезная модель относится к области оптического приборостроения и может быть использована при проведении исследований прозрачных и мутных сред в медицине, биологии, биофизике, металлографии и других отраслях науки и техники.The utility model relates to the field of optical instrumentation and can be used in studies of transparent and turbid media in medicine, biology, biophysics, metallography and other branches of science and technology.

Для оценки новизны и промышленной применимости заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.To assess the novelty and industrial applicability of the claimed solution, we consider a number of well-known technical means of a similar purpose.

Известные средства получения оптических изображений основаны на теории Аббе, которая для несамосветящихся объектов учитывает физиологические особенности глаза и соответствующих отделов мозга человека. Возможности таких оптических приборов ограничены разрешающей способностью глаза и необходимостью располагать изображение на расстоянии наилучшего видения.Known means for obtaining optical images are based on the Abbe theory, which for non-luminous objects takes into account the physiological characteristics of the eye and the corresponding sections of the human brain. The capabilities of such optical devices are limited by the resolution of the eye and the need to position the image at a distance of the best vision.

Известен Оптикоэлектронный прибор ЛЮМАМ-И, включающий средства для размещения исследуемого объекта, которые выполнены в виде горизонтально размещенных предметного и покровного стекол, осветительную систему, включающую коллиматор и конденсор, набор исследовательских объективов , набор диафрагм, фильтров, поляроидов, полупрозрачное зеркало, призменный блок, фотоумножитель и бинокулярную насадку, а также набор иммерсионных жидкостей, см. В.А.Панов, Л.Н.Андреев «Оптика микроскопов, «Машиностроение, 1976 г., с.365.Known Optoelectronic device LUMAM-I, including means for placing the studied object, which are made in the form of horizontally placed object and cover glasses, a lighting system including a collimator and a condenser, a set of research lenses, a set of diaphragms, filters, polaroids, a translucent mirror, a prism block, a photomultiplier and a binocular nozzle, as well as a set of immersion fluids, see V.A. Panov, L.N. Andreev, "Optics of microscopes," Engineering, 1976, p.365.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано за прототип настоящего изобретения.By the greatest number of similar features and achieved by using the result, this technical solution is selected as the prototype of the present invention.

Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является недостаточная степень увеличения ( до 1000А, где Ачисловая апертура объектива), субъективизм исследований и иммерсия при максимальных увеличениях.The disadvantages of the prototype, which does not allow us to achieve our goal, is an insufficient degree of magnification (up to 1000A, where the numeric aperture of the lens), subjectivity of research and immersion at maximum magnifications.

МПК :О02В21/00IPC: O02V21 / 00

в основу полезной модели положено решение задачи создания оптикоэлектронного прибора для исследования прозрачных и мутных оптических сред , а также комплекса аппаратуры для наиболее эффективного использования его возможностей.The utility model is based on solving the problem of creating an optoelectronic device for the study of transparent and turbid optical media, as well as a set of equipment for the most efficient use of its capabilities.

Сущность первого независимого объекта полезной модели выражается в следующей совокупности существенных признаков.The essence of the first independent object of the utility model is expressed in the following set of essential features.

Согласно полезной модели оптикоэлектронный прибор, включающий осветительную систему, средства для размещения исследуемого объекта, по меньшей мере один исследовательский объектив , полупрозрачное зеркало, призменный блок, фотоумножитель и бинокулярную насадку, характеризуется тем, что он снабжен дополнительным оптико-электронным каналом, включающим размещенные на одной оптической оси дополнительную осветительную систему, емкость с исследуемым объектом установлена на предметном столике, который выполнен трехкоординатным и снабжен средствами для закрепления емкости с исследуемым объектом вертикально перпендикулярно оптической оси с возможностью трехкоординатного перемещения относительно оптической оси и с возможностью поворота в плоскости перпендикулярной оптической оси на любой угол, кроме того прибор снабжен по меньшей мере одним дополнительным исследовательским объективом, который размещен на оптической оси дополнительной осветительной системы за емкостью с исследуемым объектом и через дополнительное зеркало и призменный блок оптически связан с фотоумножителем и бинокулярной насадкой.According to a utility model, an optoelectronic device including a lighting system, means for placing an object under study, at least one research lens, a translucent mirror, a prism block, a photomultiplier, and a binocular nozzle are characterized in that it is equipped with an additional optoelectronic channel including those placed on one optical axis additional lighting system, the container with the studied object is installed on the stage, which is made three-coordinate and equipped means for fixing the container with the object under investigation vertically perpendicular to the optical axis with the possibility of three-coordinate movement relative to the optical axis and with the possibility of rotation in the plane perpendicular to the optical axis at any angle, in addition, the device is equipped with at least one additional research lens, which is placed on the optical axis of an additional illumination the system behind the container with the object under study and through an additional mirror and prism unit is optically connected to the photoum scissors and binocular nozzle.

В этом заключается совокупность существенных признаков первого независимого объекта полезной модели, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.This is the totality of the essential features of the first independent object of the utility model, which provides a technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies.

Кроме этого, заявленное решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, конкретные формы его материального воплощения либо особые условия его использования, а именно:In addition, the claimed solution has optional features characterizing its particular cases, specific forms of its material embodiment or special conditions for its use, namely:

- фотоумножитель снабжен дополнительным призменным блоком оптически связанным с прибором с зарядовой связью, прибор с зарядовой связью установлен с возможностью перемещения относительно оптической оси.- the photomultiplier is equipped with an additional prism unit optically coupled to a charge-coupled device, the charge-coupled device is mounted with the possibility of movement relative to the optical axis.

на оптической оси за конденсором размещен набор фильтров, на оптической оси за конденсором размещены поляроиды, между емкостью с исследуемым объектом и исследовательским объективом установлена диафрагма.a set of filters is placed on the optical axis behind the condenser, polaroids are placed on the optical axis behind the condenser, a diaphragm is installed between the container with the object under study and the research lens.

Известен комплекс для получения и анализа изображения , включающий оптический микроскоп, содержащий соединенные оптически проекционную электронно-лучевую трубку, проекционный объектив, предметный столик и систему сбора и анализа отраженного от исследуемого объекта излучения в виде фотоумножителя и соединенной с ним электронную систему визуализации изображения, в котором система сбора отраженного от исследуемого объекта излучения выполнена в виде установленного под предметным столиком эллипсоида с внутренним отражением и установленной за предметным столиком кассеты с набором диафрагм различного диаметра, по крайней мере одна из которых выполнена с центральным отверстием и по крайней мере несколько из которых выполнены с внеосевыми полевыми отверстиями различного диаметра, расположенными на различных расстояниях от оптической оси, см. патент РФ № 1797717, G02B 21/00.A known complex for obtaining and analyzing an image, including an optical microscope, containing a connected optically projection cathode ray tube, a projection lens, a stage and a system for collecting and analyzing radiation reflected from the object under study in the form of a photomultiplier and an electronic image visualization system connected to it, in which the collection system of radiation reflected from the object under study is made in the form of an ellipsoid mounted under the subject table with internal reflection and installed cassettes with a set of diaphragms of different diameters, at least one of which is made with a central hole and at least several of which are made with off-axis field openings of different diameters located at different distances from the optical axis, see RF patent No. 1797717 G02B 21/00.

Известен комплекс аппаратуры для получения изображения ЛЮМАМИ, включающий оптическую систему в виде агрегатного микроскопа, фотоумножитель и анализатор получаемого изображения, см. В.А.Панов, Л.Н.Андреев «Оптика микроскопов, «Машиностроение. 1976 г., с.365.A well-known complex of equipment for acquiring an LUMA image, including an optical system in the form of an aggregate microscope, a photomultiplier and an analyzer of the resulting image, see V. A. Panov, L. N. Andreev “Optics of microscopes,“ Engineering. 1976, p. 365.

Сущность второго независимого объекта полезной модели выражается в следующей совокупности существенных признаков.The essence of the second independent object of the utility model is expressed in the following set of essential features.

Согласно полезной модели комплекс аппаратуры для получения изображения , включающий оптическую систему, фотоумножитель и анализатор получаемого изображения, характеризуется тем, что комплекс снабжен спектрографом и прибором с зарядовой связью, а также адаптером, передающим изображение от объектива оптической системы к матрице прибора с зарядовой связью, кроме того комплекс снабжен аналого-цифровым преобразователем, компьютером с блоком программного обеспечения, видеомагнитофоном, телевизором и принтером, причем выход анализатора соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен ко входу компьютера, выходы прибора с зарядовой связью подключены ко входам компьютера, видеомагнитофона, телевизора, выходы видеомагнитофона и телевизора подключены ко входам компьютера, выход которого соединен со входом принтера .According to a utility model, a complex of equipment for acquiring an image, including an optical system, a photomultiplier and an analyzer of the resulting image, is characterized in that the complex is equipped with a spectrograph and a charge-coupled device, as well as an adapter that transmits the image from the lens of the optical system to the charge-coupled device matrix, except the complex is equipped with an analog-to-digital converter, a computer with a software unit, a VCR, a TV and a printer, and the analyzer output with one with the input of the analog-digital converter whose output is connected to an input of the computer device outputs a CCD are connected to inputs of a computer, a VCR, TV, VCR and TV outputs are connected to inputs of the computer, whose output is connected to the input of the printer.

В этом заключается совокупность существенных признаков второго независимого объекта полезной модели, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.This is the totality of the essential features of the second independent object of the utility model, which provides a technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных заявленному, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию новизна.The applicant has not identified sources containing information on technical solutions identical to the claimed one, which allows us to conclude that it meets the novelty criterion.

За счет реализации отличий заявленного решения достигаются важные новые свойства объекта. В предложенном техническом решении достигается возможность компьютерного анализа цветного изображения в телевизионном режиме, т.е. совмещения в одном комплексе исследовательских и аналитических средств в принятой в мировой практике форме.Due to the implementation of the differences of the claimed solution, important new properties of the object are achieved. In the proposed technical solution, the possibility of computer analysis of color images in television mode is achieved, i.e. combining in one set of research and analytical tools in the form accepted in world practice.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена схема дополнительного канала заявленного оптикоэлектронного прибора, на фиг.2 - блок-схема заявленного комплекса аппаратуры.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, where Fig. 1 shows a diagram of an additional channel of the claimed optoelectronic device, and Fig. 2 is a block diagram of the claimed apparatus complex.

Оптикоэлектронный прибор включает дополнительный канал, который содержит ртутную лампу 1, конденсор 2, фильтр 3, поляроид 4, кювету 5 с исследуемым объектом, установленную на трехкоординатном предметном столике 6 вертикально перпендикулярно оптической оси с возможнотью поворота относительно нее на любой угол, а также дополнительный исследовательский объектив 7, зеркало 8, бинокулярную насадку 9 с призменным блоком 10 и линзой 11, а также фотоумножитель 12с дополнительным призменным блоком 13, оптически связанном с прибором с зарядовой связью ( ПЗС-камера ) 14. Прибор также содержит первые аподизационные диафрагмы 15, вторые ападизационные диафрагмы 16, увеличительную линзу 17 фотоумножителя 12, а также набор интерференционных фильтров 18.The optoelectronic device includes an additional channel, which contains a mercury lamp 1, a condenser 2, a filter 3, a polaroid 4, a cuvette 5 with an object under study, mounted on a three-coordinate object stage 6 vertically perpendicular to the optical axis with the possibility of rotation relative to it at any angle, as well as an additional research a lens 7, a mirror 8, a binocular nozzle 9 with a prism unit 10 and a lens 11, as well as a photomultiplier 12c with an additional prism unit 13, optically connected with a charge-coupled device (P ZS-camera) 14. The device also contains the first apodization diaphragms 15, the second apadization diaphragms 16, a magnifying lens 17 of the photomultiplier 12, and a set of interference filters 18.

Комплекс аппаратуры для получения изображения содержит оптическую систему 19, которая через адаптер 20 связана с ПЗС-камерой 14, фотоумножитель 12, анализатор получаемого изображения 21, спектрограф 22, аналого-цифровой преобразователь 23, компьютером 24 о блоком программного обеспечения 25, видеомагнитофон 26, телевизор 27, принтер 28.The complex of equipment for acquiring an image contains an optical system 19, which is connected via an adapter 20 to a CCD camera 14, a photomultiplier 12, an analyzer of the obtained image 21, a spectrograph 22, an analog-to-digital converter 23, a computer 24 about a software block 25, a video recorder 26, a television 27, printer 28.

Оптикоэлектронный прибор и комплекс аппаратуры работает следующим образом.Optoelectronic device and complex equipment operates as follows.

Излучение от ртутной лампы 1 последовательно проходит конденсор 2, в котором он преобразуется в коллимерный пучок, набор фильтров 3, которые устанавливают требуемый спектральный интервал, поляроиды 4 .The radiation from the mercury lamp 1 passes sequentially through a condenser 2, in which it is converted into a collimator beam, a set of filters 3, which set the required spectral range, polaroids 4.

Кювету 5 с исследуемым веществом устанавливают вертикально перпендикулярно оптической оси с возможнотью поворота относительно нее на любой угол на дополнительном трехкоординатном предметном столике 6.A cuvette 5 with the test substance is installed vertically perpendicular to the optical axis with the possibility of rotation relative to it at any angle on an additional three-coordinate stage 6.

Прошедший через исследуемый объект свет попадает на дополнительный объектив 7, который снимает изображение исследуемого объекта, а затем с помощью зеркала 8 с соответственным образом ориентированной отражающей поверхностью попадает на призменный блок 10 бинокулярной насадки 10, а также на призменный блок 13, с которого он попадает на ПЗСкамеру 14 и на фотоумножитель 12.The light passing through the object under investigation falls on an additional lens 7, which takes an image of the object under study, and then, using a mirror 8 with an appropriately oriented reflecting surface, enters the prism unit 10 of the binocular nozzle 10, as well as the prism unit 13 from which it enters CCD camera 14 and a photomultiplier 12.

ПЗС-камера 14 передает сигнал на компьютер 24, видеомагнитофон 26 и телевизор 27. Последние два прибора в свою очередь связаны с компьютером 24. Выход анализатора 21 подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя 23, который подключен к компьютеру 24. Работу компьютера 24 обеспечивает блок программного обеспечения 25.The CCD camera 14 transmits a signal to a computer 24, a VCR 26 and a television 27. The last two devices are in turn connected to a computer 24. The output of the analyzer 21 is connected to the input of the analog-to-digital converter 23, which is connected to the computer 24. The operation of the computer 24 is provided by the unit software 25.

Заявленный комплекс преобразовывает оптическое изображение объекта в любом оптическом приборе, предназначенном для непосредственного наблюдения (различные варианты комплектации), в цветное изображение на экране компьютера в телевизионном режиме с дополнительными возможностями современной цифровой обработки . Обеспечивается возможность рационального совмещения в одном комплексе средств исследования, регистрации результатов и создания собственной информации в наиболее эффективной и принятой в мировой практике форме.The claimed complex converts the optical image of an object in any optical device intended for direct observation (various configuration options) into a color image on a computer screen in television mode with additional features of modern digital processing. It is possible to rationally combine in one set of research tools, record results and create your own information in the most effective and accepted form in world practice.

Комплекс занимает «нишу (по информативности) между телескопической системой и электронным микроскопом (до 10000), тогда как оптические микроскопы работают в диапазоне .The complex occupies a “niche (in terms of information content) between the telescopic system and the electron microscope (up to 10,000), while optical microscopes work in the range.

Заявленный оптикоэлектронный прибор и комплекс аппаратуры для его работы обладает существенными преимуществами перед традиционными способами фиксации изображений, получаемых в процессе исследований, в полной мере могут быть реализованы в ситуациях, когда в анализ необходимо вовлекать большой объем разномасштабной и разнородной цветной и чернобелой информации. Использование возможностей современной компьютерной обработки информации позволяет определять и использовать общие категории сравнения, количественно-качественный анализ исследуемого объею-а, работать с крупногабаритными и малоконтрастными материалами при полном отсутствии субъективизма исследователя.The claimed optoelectronic device and a set of equipment for its operation have significant advantages over traditional methods of fixing images obtained in the research process, can be fully implemented in situations where a large amount of different-sized and heterogeneous color and black-and-white information must be involved in the analysis. Using the capabilities of modern computer information processing allows you to define and use general comparison categories, a quantitative and qualitative analysis of the volume under investigation, and work with large-sized and low-contrast materials in the complete absence of the researcher's subjectivity.

Заявленный оптикоэлектронный прибор и комплекс аппаратуры для его работы может быть реализован промышленным образом с использованием известных технологий и технических средств ( источник света, конденсоры, объективы, средства исследования и средства обработки информации), что обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость.The claimed optoelectronic device and a set of equipment for its operation can be implemented industrially using well-known technologies and technical means (light source, capacitors, lenses, research tools and information processing tools), which determines, according to the applicant, his compliance with the criterion of “industrial applicability” .

Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества:Using the claimed solution in comparison with all known means of a similar purpose provides the following advantages:

Комплекс позволяет решить следующие задачи, представляющие интерес для развития основных направлений исследовательской и практической работы:The complex allows you to solve the following problems of interest for the development of the main areas of research and practical work:

- В биологии: создание банка данных фрагментов исследуемых образцов, с вводом информации по химическим, гранулометрическим и физикохимическим методам анализа с последующей их систематизацией (как в статике, так и в динамике).- In biology: the creation of a data bank of fragments of the studied samples, with the input of information on chemical, particle size and physicochemical methods of analysis with their subsequent systematization (both in statics and dynamics).

- В архитектуре: создание аналогичных банков данных для фрагментов строительного раствора, кирпича, строительного камня с вводом информации по минералогическому и петрографическому анализу этих материалов.- In architecture: the creation of similar data banks for fragments of mortar, brick, building stone with the input of information on the mineralogical and petrographic analysis of these materials.

- Проведение сравнительного анализа цветовых характеристик фрагментов настенной живописи. в н т -Рассматривание и запись информации на объектах, находящихся в труднодоступных для исследования замкнутых объемах и полостях в сочетании с неразрушающими методами интроскопии. -Исследование скульптуры и инженерных конструкций зданий с созданием соответствующих банков данных и использованием возможностей, упомянутых выше. На данной установке проведена запись некоторых фрагментов настенной живописи и связующего материала с наполнителями из коллекции фрагментов живописи Десятинной церкви (Каргер, 1948). -В медицине: проведение экспресс-диагностики непосредственно во емя операции, анализ крови и т.д. -В металлургии: кристаллография - исследование образцов, их сравтельный анализ, определение качества. -В живописи: реставрационные работы, определение авторства и т.д. Заявленный комплекс имеет следующие тактико-технические харакристики: 1.Безиммерсионное увеличение от О до 10000. 2.Возможность работы в проходящем, отраженном свете, как в статике, так и в динамике. 3.Получение в данном диапазоне увеличений люминесцентной информации; от ультрафиолетовых до инфракрасных длин волн. 4.Возможность люминесцентного томографирования объектов. 5.Возможность работы с вертикальными объектами (кюветами, капиллярами и т.д.).- Carrying out a comparative analysis of the color characteristics of fragments of wall painting. in nt - Consideration and recording of information at objects located in confined spaces and cavities difficult to study in combination with non-destructive methods of introscopy. - Study of sculpture and engineering structures of buildings with the creation of appropriate data banks and using the capabilities mentioned above. This installation recorded some fragments of wall painting and binding material with fillers from the collection of fragments of painting of the Church of the Tithes (Karger, 1948). -In medicine: carrying out express diagnostics directly during an operation, a blood test, etc. -In metallurgy: crystallography - the study of samples, their comparative analysis, determination of quality. -In painting: restoration work, the definition of authorship, etc. The claimed complex has the following tactical and technical characteristics: 1. Unimmersion-free increase from O to 10000. 2. The ability to work in transmitted, reflected light, both in static and in dynamics. 3. Obtaining in this range of increases in luminescent information; from ultraviolet to infrared wavelengths. 4. The possibility of luminescent tomography of objects. 5. The ability to work with vertical objects (cuvettes, capillaries, etc.).

Claims

1. An optoelectronic device including a lighting system, means for placing an object under study, at least one research lens, a translucent mirror, a prism block, a photomultiplier and a binocular nozzle, characterized in that it is equipped with an additional optoelectronic channel, including an additional optical channel placed on one optical axis a lighting system, a container with a test object is mounted on a stage, which is made three-coordinate and equipped with means for fixing containers with the studied object vertically perpendicular to the optical axis with the possibility of three-coordinate movement relative to the optical axis and with the possibility of rotation in a plane perpendicular to the optical axis at any angle, in addition, the device is equipped with at least one additional research lens, which is placed on the optical axis of the additional lighting system Behind the container with the object under study and through an additional mirror and a prism block, it is optically connected with a photomultiplier and binocular SADC.

2. The device according to claim 1, characterized in that the photomultiplier is equipped with an additional prism unit optically coupled to a charge-coupled device.

3. The device according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that the charge-coupled device is mounted with the possibility of movement relative to the optical axis.

4. The device according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that on the optical axis behind the condenser placed a set of filters.

5. The device according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that on the optical axis behind the condenser placed polaroids.

6. The device according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that between the tank with the test object and the research lens installed diaphragm.

7. A set of equipment for acquiring an image containing an optical system, a photomultiplier and an analyzer of the received image, characterized in that the complex is equipped with a spectrograph and a device with charge coupling, as well as an adapter that transmits the image from the lens of the optical system to the matrix of the device with charge coupling the complex is equipped with an analog-to-digital converter, a computer with a software unit, a VCR, a TV and a printer, the analyzer output connected to an analog-digital input a converter, the output of which is connected to the input of the computer, the outputs of the device with a charge connection are connected to the inputs of the computer, VCR, TV, the outputs of the VCR and TV are connected to the inputs of the computer, the output of which is connected to the printer input.