Способ дисперсионного анализа микрообъектов Советский патент 1980 года по МПК G01N15/02 

(54) СПОСОБ ДИСПЕРСИОННОГО АНАЛИЗА МИКРИЗОБЪЕКТОВ

-.; J.. , Изобретение относится к технике диС персионного анйлизамикрообъектовиможет &1тъ использовано в различных областях нау ки и техники, где требуется определение размеров, концентрации, формы, а также скорости и направления движения микрообъектов, находящихся как на подложке, так и во взвешенном состоянии или в потоках, например, в метеорологии для измерения дисперсного состава, а также скорости и направлений движений гидрометеоров, в механике и химии для анализа микроструктуры распыленных жиД-г костей и порошков, в медицине - при исследованиях амплитудных и фазовых микрообъектов. Известен способ дисперсионйого анали за микрообъектов, основанный на формиро вании изображений исследуемых объекто в с последующим измерением размеров этих изображений 03 . Сущность известного способа состоит в еле дую тем. Исследуемые объекты, находяидаеся во взвешенном состоянии или п потоке, оовешают пучком света от импульсного источника, получают их изображения и измеряют размеры этих изображений, по величине смещения изображения от импульса к импульсу и частоте повторения последних судят о скорости движения микрообъекта. Недостатком известных способов явгляется относительно низкая информативность при автоматическом анализе изображений с использовайием телевизионной техники, поскольку максимальная частота повторения импульсов света не может быть больше частоты повторения кадров (обычно - 50 Гц), что создает неудобства при исследовании малых концентраций микрообъектов. Низкая частота повторения импульсов накладывает ограниче5тя и ни диапазон измерения скоростей движения микрообъектов. Максимальная скорость, которая может быть измерена данным способом, равна 0,1 м/сек. где h j - максимальный размер поля зрения оптической систетлы; I - частота повторения кадров. При исследовании траекторий движения скорости должны бь1ть еще меньше. Известен также способ дисперсионного анализа микрообъектов, включающий осве щэйие параллельным световым пучком и измерение параметров их изображений, полученнь1х с помощью оптической системы, в фокальной плоскости которой установлен непрозрачный экран 12. Этот способ основан на том, что поле за частицей, помещенной Ни пути светового пучка, может быть представлено суперпожншей плоских волн, распространяющихся под различными углами от ее контура, иначе - угловым спектром плоских волн. Если на пути этих волн установлен объектив, то в его задней фокальной плоскости происходит прбстранствен1юе разделение углового спектра, что позволяет путем экранировки или сдвига по фазе тех или иных его участков определенным образом модифицировать изображение объекта. При освещении плос кой световой волной низкие пространств вениьхе частоты концентрируются вблизи оптической оси объектива, там же кйнцентрируется и свет от источника. Устанавливая непрозрачный экран в области кониеитравди света источника, можно осуществить формирование изображения на темном поле . Если к тому же экран перекрывает только центральный порядок или компоненту нулевой частоты , то получают изображение частац с рбрашенным контрастом. Недостатком данного способа для анализа микрообъектов, находяпшхся во взве шеннсш состоядаи или в потоках, являет ся сложность выделения раалеров рабочего объема вдоль оптической оси сиот-йлы и связанная с этим погрешность измерений размеров и концентрации чаоТИЦ. Кроме того, при исследовании траекторий и скоростей движения микрообъек тов оказь вается невозможным определение направления их движения если траектория пересекает плоскость наводки опти ческой системы. Цель предлагаемого изобретения - пр вьпиеоте точности измерений. Для этого диаметр непрозрачного экрана выбирают в пределах (8-10)Ю f (f - фокусное расстояние объектива), за счет чего получают изображение контура

714241 объекта в виде светлой полосы с темной контурной линией внутри нее, измеряют отношение интенсивностей гастей светлой полосы, находящихся с разных сторон от темной линии, и размера изображения по центру темной контурной линии. Изобретение основано на том, что характер изофажения, сформированного оптической системой, зависит от того, какие участки спектра объекта принимают участие в формировании изображения. Так, если из спектра изображения исключены пространственные частоты ниже (4-5)-10 А, где Л- длина волны источника, то оно представляет собой светлую полосу (для сферических частиц полоса образует светлое кольцо) с темной контурной линией внутри нее. Эта линия точно соответствует контуру объекта. Смещение объекта относительно плоскости наводки аызывает уменьшение контрастности этой линии, но практически не изменяет размеров изображения контура частички, при этом внутренняя и внешняя (по отношению к контурной линии) части светлого кольца ведут себя по-разному. Если:частичка находится в плоскости наводки, обе его части имеют одинаковую яркость, при смещении же ее, то есть при 1расфокусировкё изображения, яркость колец зависит от направления смещения частички относительно плоскости наводки оптической системы. Так, при смещении ее в сторону объектива интенсивность внутреннего кольца оказывается выше, при смещений в противоположную сторону ярче становится внешнее кольцо (точнее внешня часть его). Предлагаемый способ реализуется с помощью устройства на фиг. 1; на фиг. 2 изображен вид объектов на экране. Устройство содержит источник 1 электромагнитного иамучения, блок 2 для формирования параллельного светового пучка, оптическую систему 3 формирования изображения микрообъектов, в плоскости Фурье которой установлен пространственный фильтр 4, отрезающий из спектра изображения частоты ниже (4-5)10 Д, и системы 5 регистрации изображения (например, передающая телем13ионная трубка, фотопленка и т. д.). Пространственный фильтр представляет собой непрозрачный диск диаметром (4-5) flO, где if - фокусное расстояние объектива. Измерения проводят следующим обрааом. Путем исключения из спектра ббъекта пространственга 1х частот ниже 4-51О Л формируют изображения объек тов, находящихся в рабочем объеме, в ви де темных контурных линий 6, находящихся внутри светлых полос (или копеа) 7, регистрируют эти изображения, по относительной яркости внешнего и внут реннего кольца млделяют объекты, находящиеся в плоскости йаводки, размер которых в дальнейшем и определяют, измеряя расстояние между центрами коятурных линий, При определении скоростей, траекторий и направлений движения объектов освещение рабочего объема осуществляйт от импульсного источника света, получая за время экспозиции (или кадра) серию изображений движущегося объекта/ По расстоянию между изображениями определяют скорость движения; направп& ние движения определяют по изменению относительной яркости и ширины cBelTiux колец вокруг темной контурной линии в изображении от импульса к импульсу. Процесс измерения может бь1ть автоматизирован. Таким образом, установка непрозрачного экрана диаметром 8-10) 10 f в фокальной плоскости объектива с фокус ным расстоянием f , формирование изображения объекта в виде светлой полосы {ил кольца) с темной контурной линией внутри нее, а также измерение отношения интенсивноетей светлой полосы с разных сторон от темной контурной линии и измерение размера объекта по центру этой линии позволяет: - повысить точность измерения разм&ров и формы микрообъектов, уменьшить. погрешность измерений, связанную с разрешающей способностью устройства, nocKoffbKy размер частиц в Данном случае определяется по-центру темной Kotfтурной линии, положение которого не зависит от разрешающей способности системы формирования и регистрации изображения;-повысить точность измерения размеров и концентрации микрообъектов за счет более точного определения размеров рабочего объема вдоль оптической оси системы; -определять не только траекторию, но и направление движения микрообъектов при любом Их.положении относительно плоскости наводки оптической систеФормула и. 3 о б р е т е н и я Способ диcпepcиoннo o анализа микрообъектов, включающий освещение параллельным световым пучком и измерение параметров их изображений, полученных с помощью оптической системы, в фокальной плоскости объектива которой установлен непроэрачнъ1й экран, ,о т л и чающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, диаметр упомянутого непрозрачного экрана выбирают в пределах (8-10) «Ю f (f - фокусное расстояние объектива), за счет чего получают изображение контура объекта в виде светлой полосы с темной контурной линией внутри нее, измеряют отношение интенсивностей частей светлой полосы, находящихся с разных сторон от темной линии, и размер изображения объекта по центру темной контурной линии. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 545174, кл. q О1 N 15/О2, 1977. 2.ГудменДж. Введение в Фурье оптику, М., Мир, 197О, с. 192.

714241

fput.t