ИНТЕРФЕРОМЕТР Российский патент 2003 года по МПК G01J9/02 G01N21/41 G01B9/02 

Изобретение относится к области измерения оптических характеристик веществ и может быть использовано для оптического детектирования вещественных компонентов.

Известен интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающую пластинку, выполненную из оптически прозрачного вещества с показателем преломления n₁, приемную оптическую систему и фотоприемник излучения [Бегунов Б.Н., Заказнов Н.П. Теория оптических систем. М.: Машиностроение, 1973, с. 488].

Данный интерферометр не обеспечивает достаточно точного измерения формы волнового фронта излучения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающую пластинку, выполненную из оптически прозрачного вещества с показателем преломления n₁, светоделительный элемент, сопряженную с ним матричную периодическую систему фотоэлементов [Патент РФ 2085873, МПК 6 G 01 J 9/02, опубл. 27.07.97 в БИ 21, (прототип)].

К недостаткам данного интерферометра следует отнести сложность измерения такого физического параметра, как, например, влажность на поверхности присоединенного вещественного компонента.

Задачей изобретения является регистрация распределения областей раствора по поверхности присоединенного анализируемого вещественного компонента (например, капель пота, выделяемых из пор кожи, или капель влаги, осажденных на какую-либо поверхность и т.д.).

Поставленная задача решается за счет того, что интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающую пластинку, выполненную из оптически прозрачного вещества с показателем преломления n₁, светоделительный элемент, сопряженную с ним матричную периодическую систему фотоэлементов, дополнительно содержит также спектроанализатор, по меньшей мере один тонкий частично пропускающий слой толщиной не более λ/2, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенный между источником светового излучения и отражающей пластинкой под углом θ, определяемым из соотношения
sinθ = λ/2d,
где θ - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны;
λ - длина световой волны;
d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны.

При этом интерферометр выполнен с возможностью присоединения к поверхности отражающей пластинки анализируемого вещественного компонента, на поверхности компонента могут быть расположены области раствора, отражающая пластинка выполнена из оптически прозрачного вещества с показателем преломления n₁, который выбран из соотношения, n₁ < n₂, где n₂ - показатель преломления раствора, а периодическая система фотоэлементов установлена с возможностью ее разворота вокруг оптической оси интерферометра.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена схема интерферометра.

Интерферометр содержит оптически сопряженные источник 1 светового излучения, отражающую пластинку 2, выполненную из оптически прозрачного вещества с показателем преломления n₁, светоделительный элемент 3, сопряженную с ним матричную периодическую систему 4 фотоэлементов 5. Интерферометр дополнительно содержит также спектроанализатор 6, два тонких частично пропускающих слоя 7 и 8 толщиной не более λ/2, рассеивающих или поглощающих энергию электрического поля стоячей световой волны. При этом каждый из упомянутых слоев 7 и 8 расположены между источником 1 светового излучения и отражающей пластинкой 2 под углом θ, определяемым из соотношения
sinθ = λ/2d,
где θ - угол между тонким частично пропускающим слоем 7 или 8 и волновым фронтом световой волны;
λ - длина световой волны;
d - период интерференционных полос 9, система которых образуется в каждом тонком частично пропускающем слое 7 и 8 при воздействии стоячей световой волны.

При этом интерферометр выполнен с возможностью присоединения к поверхности отражающей пластинки 2 анализируемого вещественного компонента 10, на поверхности компонента 10 могут быть расположены области 11 раствора. Отражающая пластинка 2 выполнена из оптически прозрачного вещества с показателем преломления n₁, который выбран из соотношения, n₁< n₂, где n₂ - показатель преломления раствора, а периодическая система 4 фотоэлементов 5 установлена с возможностью ее разворота вокруг оптической оси интерферометра. Периодическая система 4 фотоэлементов 5 выполнена в виде матрицы приборов с зарядовой связью.

Интерферометр работает следующим образом.

Световой поток от источника 1 светового излучения поступает на отражающую пластинку 2. Благодаря тому, что отражающую пластинку 2 выполняют из оптически прозрачного вещества с показателем преломления n₁, а показатель преломления раствора, области 11 которого расположены на поверхности присоединенного к отражающей пластинке 2 анализируемого вещественного компонента 10, равен n₂, причем n₁ < n₂, на границе отражающей пластинки 2 и присоединенных областей 11 раствора происходит отражение световой волны с потерей полуволны электрического вектора. Тогда как в местах отсутствия контакта отражающей пластинки 2 с областями 11 раствора анализируемого вещественного компонента 10 происходит отражение световой волны с потерей полуволны магнитного вектора, так как n₁> n₃, где n₃ - показатель преломления воздуха, находящегося между отражающей пластинкой 2 и вещественным компонентом 10. Далее частично отраженный световой поток в виде стоячей световой волны поступает на два тонких частично пропускающих слоя 7 и 8. За счет того, что тонкие частично пропускающие слои 7 и 8 рассеивают или поглощают энергию электрического поля стоячей световой волны и расположены наклонно, при этом угол θ между плоскостью каждого тонкого частично пропускающего слоя 7 и 8 и волновым фронтом световой волны задан из соотношения
sinθ = λ/2d,
где λ - длина световой волны;
d - период интерференционных полос 9, в них образуются две системы интерференционных полос 9.

Так как плоскость тонкого частично пропускающего слоя 8 развернута по оси, совпадающей с направлением распространения светового излучения, относительно плоскости тонкого частично пропускающего слоя 7 на угол 90^o, эти системы являются ортогональными. В полученной таким образом сетке из интерференционных полос 9 отображается распределение областей 11 раствора по поверхности присоединенного анализируемого вещественного компонента 10 в виде изменения интенсивности стоячей световой волны. При этом регистрацию изменения интенсивности упомянутой световой волны при присоединении областей 11 раствора анализируемого вещественного компонента 10 осуществляют в виде сигнала пространственной частоты путем проецирования упомянутой световой волны с измененной интенсивностью на периодическую систему 4 фотоэлементов 5, полученные с фотоэлементов 5 электрические сигналы регистрируют в виде их зависимости от местоположения фотоэлементов 5 в периодической системе 4 и, используя двухмерное преобразование Фурье, анализируют на спектроанализаторе 6, на выходе которого получают их частотное преобразование. В качестве вещества, из которого выполняют отражающую пластинку 2, возможно использование фтористого натрия с показателем преломления n=1,32. Области 11 раствора могут представлять собой либо капли пота, выделяемые из пор кожи, либо капли влаги, осажденные на какую-либо поверхность и т.д.

Предлагаемый интерферометр позволяет регистрировать распределение областей раствора по поверхности анализируемого присоединенного вещественного компонента в виде частотного распределения и может найти применение, например, для диагностики состояния кожного покрова человека.

Изобретение относится к измерению оптических характеристик веществ и может быть использовано для оптического детектирования вещественных компонентов. Интерферометр содержит оптически сопряженные источник светового излучения, отражающую пластинку, выполненную из оптически прозрачного вещества с показателем преломления n₁, светоделительный элемент, сопряженную с ним матричную периодическую систему фотоэлементов, спектроанализатор, по меньшей мере один тонкий частично пропускающий слой толщиной не более λ/2, расположенный между источником светового излучения и отражающей пластинкой под углом θ, определяемым из соотношения: sinθ = λ/2d, где θ - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, λ - длина световой волны, d - период интерференционных полос, при этом интерферометр выполнен с возможностью присоединения к поверхности отражающей пластинки анализируемого вещественного компонента, на поверхности компонента могут быть расположены области раствора, отражающая пластинка выполнена из оптически прозрачного вещества с показателем преломления n₁, который выбран из соотношения, n₁<n₂, где n₂ - показатель преломления раствора, а периодическая система фотоэлементов установлена с возможностью ее разворота вокруг оптической оси интерферометра. Предлагаемый интерферометр может найти применение для диагностики состояния кожного покрова человека. Технический результат - возможность с помощью несложного оптического устройства регистрировать распределение и местонахождение многочисленных областей раствора на поверхности. 1 ил.

Интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающую пластинку, выполненную из оптически прозрачного вещества с показателем преломления n₁, светоделительный элемент, сопряженную с ним матричную периодическую систему фотоэлементов, отличающийся тем, что интерферометр содержит также спектроанализатор, по меньшей мере один тонкий частично пропускающий слой толщиной не более λ/2, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенный между источником светового излучения и отражающей пластинкой под углом θ, определяемым из соотношения sinθ=λ/2d, где θ - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, λ - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, при этом интерферометр выполнен с возможностью присоединения к поверхности отражающей пластинки анализируемого вещественного компонента, на поверхности компонента могут быть расположены области раствора, отражающая пластинка выполнена из оптически прозрачного вещества с показателем преломления n₁, который выбран из соотношения n_1<n₂, где n₂ - показатель преломления раствора, а периодическая система фотоэлементов установлена с возможностью ее разворота вокруг оптической оси интерферометра.