Микроспектрофотометр-флуориметр Советский патент 1991 года по МПК G01J3/42 G01N21/64 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к приборам для изме- рения спектральных характеристик светового излучения от различных объектов, наблюдаемых в отраженном или (и) проходящем, поляризованном или неполяризованном свете, а также спектров этих объектов, освещаемых актиничным светом, и может быть использовано в медицине, биологии, металловедении и т.п. для получения информации о спектральных и поляризационных характеристиках светового поля объекта наблюдения.

Цель изобретения - увеличение быстродействия и точности измерения спектра.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - алгоритм управления микроспектрофотометром.

Устройство содержит оптический тракт 1 для возбуждения флюоресценции и освещения объектов в отраженном свете и включает в себя источник 2 света с формирующей оптикой и блоком питания, светоделитель 3

и микрообъектив 4, оптический тракт 5 для освещения объектов в проходящем свете, включающий осветитель б с блоком питания и формирующей оптикой, поляризатор 7, конденсор 8, оптический тракт 9 для наблюдения объектов, включающий светоделитель 10. анализатор 11. окуляр 12 (является общим для наблюдения изучаемых объектов как в отраженном, так и в проходящем свете), акустический коллинеарный перестраиваемый фильтр, в состав которого входят установленные последовательно по направлению оптической оси двухлучевой поляризатор 13, корректирующая линза 14, акустооптическая ячейка 15 с ультразвуковым преобразователем 16, выходной поляризатор 17, Входной поляризатор 13 имеет возможность дискретной установки параллельно и ортогонально выходному поляризатору 17, а элементы акустооптического перестраиваемого фильтра могут быть одновременно с обоими поляризаторами повернуты вдоль оптической оси на угол ± 45°. С вторым лу(Л

С

о ел о

Сл5

N ю

s

чом входного поляризатора 13 оптически связан окуляр 18, а с выходным поляризатором 17 - фотодетектор 19.

К выходу фотодетектора последовательно подключены синхронный детектор 20, аналого-цифровой преобразователь 21 и блок 22 регистров, связанный с регистратором 23. Последовательно соединены также синтезатор 24 частоты, модулятор 25 и усилитель 26 мощности, выход которого нагружен на ультразвуковой преобразователь 16 акустооптической ячейки 15. Блок регистров связан также с управляемым генератором 27 временных импульсов, синтезатором 24 частоты и через блок 28 опорного сигнала частотной модуляции также с синтезатором 24 частоты, а один выход управляемого генератора 27 временных импульсов соединен одновременно с синхронным детектором 20 и модулятором 25, а второй -с аналого-цифровым преобразователем 21.

Блок 22 представляет собой совокупность четырех регистров: регистр частоты - передает кодовое значение ВЧ напряжения, генерируемого синтезатором 24, регистр ширины полосы - передает кодовое значение НЧ сигнала, генерируемого блоком 28 опорного сигнала частотной модуляции, регистр состояния - передает кодовое значение длительности импульса, вырабатываемого управляемым генератором 27 временных импульсов, определяющим время накопления в синхронном детекторе 20, регистр данных - передает кодовое значение, определяющее спектральную плотность энергетической яркости соответствующе го отсчета в регистратор 23.

Управляемый генератор 27 временных импульсов вырабатывает импульсный сигнал, определяющий время накопления (г накопления) в синхронном детекторе. Длительность этого импульса определяется кодом регистра состояния. Кроме того, генератор 27 вырабатывает импульсы запуска АЦП (блок 21), синхронизирующие работу последнего с синхронным детектором.

В качестве регистратора используются микроЭВМ, которая может Осуществлять обработку поступающей информации и управлять через блок регистров микроспект- рофотометра-флюориметра (выбор диапазонов сканирования, полосы пропускания, скорости перестройки прибора по диапазону длин волн, нормировку спектра и т.п.).

Микроспектрофотометр-флюориметр работает следующим образом.

Обьект наблюдения освещается при помощи оптических трактов - осветителя 2

светоделителя 3, микрообьектива 4 и (или) осветителя 6, поляризатора 7, конденсора 8 широкополосным или возбуждающим светом.

Изображение объекта в проходящем

или (и) отраженном свете или в свете люминесценции формируется микрообъективом 4, светоделителем 10 и наблюдается через окуляр 12 в поляризованном (анализатор 11)

0 или неполяризованном свете. Часть светового потока проходит светоделитель 10 и разделяется поляризационной призмой 13, причем изображение объекта в поляризованном свете наблюдается через окуляр 18.

5 Световой пучок другой поляризации проходит через корректирующую линзу 14, аку- стооптическую ячейку 15, выходной поляризатор 17 к фотодетектору 19. Назначением корректирующей линзы 14 является

0 коллимирование светового пучка. Для нормальной работы акустооптического фильтра необходимо, чтобы расходимость светового пучка в светозвукопроводе не превышала 3°. Входной двухлучевой 13 и выходной 17

5 поляризаторы имеют взаимно ортогональные направления поляризации

Сигнал с выхода фотодетектора 19 подается в блок 20, где осуществляется его синхронное детектирование с накоплением, и

0 далее - в аналого-цифровой преобразователь 21, после чего информация об интенсивности одной спектральной составляющей через соответствующий регистр (регистр данных) блока 22 регистров

5 поступает в регистратор 23. Регистратор 23 (микроЭВМ) в соответствии с программной через соответствующие регистры блока 22 регистров - регистр частоты, регистр ширины полосы и регистр состояния - управляет

0 соответственно работой синтезатора 24 частоты, блока 28 опорного сигнала частотней модуляции, управляемого генератора 27 временных импульсов

Синтезатор 24 частоты вырабатывает

5 сетку высокочастотных напряжений, необходимую для осуществления перестройки по диапазону длин волн принимаемого излучения. Это высокочастотное напряжение модулируется в блоке 25 низкочастотным

0 импульсным сигналом, вырабатываемым управляемым генератором 27 временных импульсов, что позволяет затем осуществить синхронное детектирование и усиленное до необходимого уровня усилителем 26

5 мощности, подается на пьезопреобразова- тель 16 акустооптической ячейки 15. В результате дифракции оптического сигнала на звуковой волне, возбужденной в акустооптической ячейке 15 пьезопреобразователем 16, через поляризатор 17 проходит лишь тз

спектральная составляющая излучения, которая удовлетворяет условиям синхронизма для данной несущей частоты звука. Таким образом, осуществляется спектральная селекция и несущая частоты ВЧ-сигнала определяет длину волны пропускания фильтра. Блок 28 предназначен для фазочастот- ной модуляции ВЧ-сигнала, подаваемого на акустооптический фильтр, с целью изменения его полосы пропускания. Модуция осуществляется путем изменения опорной частоты синтезатора 24.

Поворачивая вдоль оптической оси на угол в пределах ± 45° одновременно входной двухлучевой 13, выходной 17 поляризаторы и акустооптическую ячейку 15. можно измерять спектральные характеристики светового излучения от обьекта наблюдения при различных направлениях поляризации. Устанавливая выходной поляризатор параллельно входному, можно осуществлять заграждающий режим работы фильтра.

Использование в микроспектрофото- метре-флюориметре коллинеарного перестраиваемого акустооптического фильтра позволяет полностью устранить механические узлы перестройки длины волны, увеличить скорость перестройки, расширить функциональные возможности, повысить надежность, уменьшить габариты, расширить допускаемый диапазон механико-климатических воздействий прибора.

Высокий контраст акустооптического фильтра (КУ-Ю5) и высокое спектральное разрешение (0,1-0,2 нм) позволяют регистрировать характеристики светового поля обьекта наблюдения в широком диапазоне (350-1200 нм) оптических длин волн. Время записи спектра во всем диапазоне длин волн составляет 2 с. Модуляция полезного сигнала, осуществляемая в акустооптиче- ском фильтре, позволяет произвести последующее синхронное детектирование, что позволяет значительно повысить чувствительность устройства в целом. Структура прибора, включающая микроэвм, обеспечивает возможность оперативного изменения режимов работы устройства, включая выбор произвольных участков измерения спектра сигнала, их комбинации, различные методы обработки полученной информации.

Таким образом, высокое спектральное разрешение, высокая чувствительность, быстродействие и оперативное управление

программой работы устройства позволяют повысить точность анализа спектра. Формула изобретения

1.Мискроспектрофотометр-флюори- метр, содержащий оптические тракты для

возбуждения флюоресценции, освещения и наблюдения объектов в проходящем и (или) отраженном свете, перестраиваемый диспергирующий элемент, на выходе которого

установлены фотодетектор и регистратор сигнала, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия и точности измерения, в него введены окуляр, блок опорного сигнала частотной модуляции, а

также последовательно соединенные синтезатор частоты, модулятор и усилитель мощности и последовательно соединенные синхронный детектор, аналого-цифровой преобразователь и блок регистров, при этом

перестраиваемый диспергирующий элемент выполнен в виде акустооптического коллинеарного фильтра, включающего установленные последовательно по направлению оптической оси входной двухлучевой

поляризатор, корректирующую линзу, акустооптическую ячейку с ультразвуковым преобразователем и выходной поляризатор, причем три выхода блока регистров соединены соот вегственио с регистратором, с

управляемым генератором временных импульсов и с синтезатором частоты, а четвертый подключен к синтезатору частоты через блок опорного сигнала частотной модуляции, фотодптектор оптически связан с выходным поляризатором и подключен к синхронному детектору, один выход управляемого генератора временных импульсов присоединен к аналого-цифровому преоб- разователю. а другой подключен к модулятору и синхронному детектору, а выход усилителя мощности связан с ультразвуковым преобразователем.

2.Микроспектрофотометр-флюориметр по п.1,отличающийся тем, что, с целью

анализа одновременно в двух плоскостях, однс плечо входного поляризатора оптически связано с окуляром, э другое - с корректирующей линзой.

3.Микроспектрофотометр-флюориметр по л.1, с т л и ч а ю щ и и с я тем что, с целью

реализации заграждающего режима работы фильтра, входной поляризатор установлен к выходному поляризатооу и с возможностью поворота на ±45° вместе с акустооптиче- ской ячейкой и выходным поляризатором.

Изобретение относится к спектральному анализу и предназначено для исследования спектральных характеристик светового излучения от различных объектов, наблюдаемых в отраженном или проходящем свете, а также флюоресценции объектов Целью изобретения является увеличение быстродействия и точности измерений. Для этого в микроспектрофотометре-флюориметре выполняют диспергирующий элемент в виде управляемого акустооптического коллине- арного фильтра, что позволяет устранить механические узлы перестройки длины волны. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.