Осветительный узел малогабаритного спектрофотометра


 


Владельцы патента RU 2547891:

Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро специального приборостроения" (RU)

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и касается осветительного узла спектрофотометра. Осветительный узел содержит последовательно расположенные источник оптического излучения, полевую диафрагму и систему двух соосно расположенных зеркальных поверхностей вращения, представляющих собой гиперболоид и эллипсоид. Радиус при вершине гиперболоида близок к нулю. В предельном случае гиперболоид приближается к прямому круговому конусу. Полевая диафрагма и система соосно расположенных зеркальных поверхностей вращения расположены таким образом, что изображение диафрагмы после отражения пучков излучения от поверхностей гиперболоида и эллипсоида формируется в виде освещенной площадки, которая совмещена с поверхностью исследуемого объекта. Технический результат заключается в обеспечении возможности освещения без потерь на экранирование и повышении достоверности и оперативности проведения измерений. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, а именно к спектрофотометрам и таким их основным узлам, как осветительные устройства, а также к устройствам измерения и контроля характеристик отражения и люминесценции объектов.

Известны системы (В.Н. Чуриловский «Теория оптических приборов», М-Л, Машиностроение,1965, стр.282, Бергнер, Гельбке, Мелисс «Практическая микрофотография», М., Мир, 1977, стр.198,199) для кругового (безазимутального) освещения объектов, содержащие зеркальные поверхности различной формы.

Однако указанные системы не могут быть применены в качестве встроенных осветителей в малогабаритных устройствах при жестких ограничениях потребляемой мощности источника излучения и связанным с ней вредным воздействием теплового излучения на стабильность и точность параметров устройств, так как взаимное расположение источника и зеркальных поверхностей позволяет эффективно использовать только меньшую часть полного пространственного излучения источника из-за экранирования пучков. Кроме того, при применении таких систем в малогабаритных устройствах невозможно встроить в них одновременно средства для наблюдения освещаемой поверхности объекта и для отведения в измерительное устройство излучения, отраженного объектом, без потерь излучения.

Наиболее близким аналогом разработанного устройства по назначению можно признать устройство, известное из книги («Оптико-механические приборы», М., Машиностроение, 1975, стр.98). Известное устройство содержит широкоапертурный круговой осветитель со встроенным в него микроскопом для наблюдения поверхности объекта.

Недостатками известного устройства следует признать, кроме экранирования излучения источника, расположение источника непосредственно в зоне зеркала осветителя, в малогабаритных устройствах встроенного в измерительный прибор, что существенно увеличивает вредное температурное влияние, а также невозможность независимого изменения апертурных углов освещения и габаритных размеров освещаемой площадки объекта, необходимых для оптимальной работы измерительного устройства и подавления мешающего излучения (помех).

Техническая задача, решаемая посредством разработанного устройства, состоит в разработке эффективного осветителя для малогабаритных устройств измерения спектральных коэффициентов диффузного отражения (СКДО) плоских нелюминесцирующих полиграфических изображений в ближней ИК области и, в частности, определения параметров защитных признаков ценных бумаг и документов по значениям измеренных коэффициентов.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного устройства, состоит в повышении достоверности и оперативности инструментального контроля ценных бумаг и документов в системе ЦБ России, в экспертных подразделениях правоохранительных органов при проверке подлинности банкнот и документов.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный осветительный узел малогабаритного спектрофотометра. Разработанный осветительный узел содержит последовательно расположенные источник оптического излучения, полевую диафрагму и систему двух соосно расположенных зеркальных поверхностей вращения, включающую эллипсоид и гиперболоид, при этом радиус при вершине гиперболоида близок к нулю, в этом предельном случае гиперболоид приближается к прямому круговому конусу, причем полевая диафрагма и система соосно расположенных зеркальных поверхностей вращения расположены таким образом, что излучение источника, ограниченное полевой диафрагмой, после отражения пучков излучения от поверхностей гиперболоида и эллипсоида формирует на поверхности объекта освещенную площадку.

В некоторых вариантах реализации вершина гиперболоида может быть расположена вблизи одного из геометрических фокусов образующей эллипсоида, при этом с указанной вершиной совмещен также центр полевой диафрагмы, изображение которой в виде освещенной площадки сформировано вблизи второго геометрического фокуса.

Габариты освещенной площадки, при выбранных значениях эксцентриситета, размерах полевой диафрагмы и апертурных углах освещения, определяются расчетом хода лучей в осветителе, так как условие синусов в системе зеркал не выполняется.

Изменением осевого положения диафрагмы и связанного с ним положения вершины гиперболоида, а также положения поверхности объекта обеспечивается требуемое распределение освещенности в пределах освещенной площадки: квазиравномерное, локально-зональное (с яркой точкой в центре или с темной точкой в центре).

Значения эксцентриситета «е» образующей эллипсоида и угла «ф» главных лучей пучков, сходящихся в центре изображения полевой диафрагмы, определяют положение действующей (рабочей) части поверхности эллипсоида, параксиальный и эффективный масштабы изображения полевой диафрагмы и значение эксцентриситета гиперболоида (или угла при вершине конуса) и выбираются из условий конкретной схемы освещения. Частное решение, при значении эксцентриситета «е»=0,707 и угле «ф»=45 градусов, определяет действующую центральную, симметричную относительно малой оси, часть поверхности эллипсоида, которая с достаточной точностью может быть заменена торической поверхностью. При этом осуществляется симметричный круговой ход освещающих пучков относительно общей оси симметрии. Выбором таких параметров реализуется применяемая в практических измерениях схема освещения 45/0. Выбор величины малой оси образующей эллипсоида «2в», при установленном фиксированном значении эксцентриситета «е», определяет, через уравнение образующей, величину большой оси «2а» и расстояние между фокусами «2с» и, тем самым, габариты осветительной системы.

Для этого частного решения габарит освещенной площадки при малых апертурных углах (около 1 градуса) равен габариту полевой диафрагмы. При апертурных углах от 5 до 10 градусов габарит освещенной площадки составляет соответственно от 1,3 до 1.9 габаритов диафрагмы.

Осветительный узел может дополнительно содержать:

- схему визирования и наведения, включающую светодиод (или кольцо светодиодов), для освещения поверхности объекта, защитное стекло с кольцевой маркой, отмечающей освещаемую зону, и средство наблюдения, например миниатюрную TV-камеру;

- схему сопряжения осветительной системы с измерительным устройством, включающую защитное стекло с кольцевой маркой и плоское наклонное зеркало;

- осветительный узел может дополнительно содержать более двух светодиодов, расположенных по окружности;

- осветительный узел может также дополнительно содержать схему сопряжения осветительной системы с измерительным устройством, включающую защитное стекло с кольцевой маркой и плоское наклонное зеркало;

сферическое зеркало-контротражатель, расположенное за источником оптического излучения относительно полевой диафрагмы.

Схематично разработанный осветительный узел малогабаритного спектрофотометра в одном из вариантов реализации приведен на чертеже, при этом использованы следующие обозначения: зеркало сферическое 1, источник 2 оптического излучения, линза-коллектор 3, линза-светофильтр 4 конденсора 3, полевая диафрагма 5, гиперболоид 6, плоское зеркало 7, зеркало 8 эллипсоидальное, светодиод 9 подсветки, стекло 10 защитное с маркой, плоскость 11 объекта.

Узел спектрофотометра разработанной конструкции работает следующим образом.

Излучение источника 2 через конденсор 3,4 заполняет полевую диафрагму 5, затем рабочую поверхность гиперболоида 6, отражается от нее и заполняет рабочую поверхность эллипсоида 8, после отражения от которой на поверхности объекта 11 формируется освещенная площадка, форму и габариты которой повторяет марка, нанесенная на плоскости защитного стекла 10, совмещенной с плоскостью 11 объекта. Отраженное плоскостью 11 объекта излучение наклонным зеркалом 7 направляется в измерительное устройство. Плоскость 11 объекта и стекло защитное 10 с маркой освещаются также светодиодом 9, которые наблюдаются при помощи средства наблюдения, например миниатюрной TV-камеры.

Использование разработанного устройства позволяет осуществить:

- круговое освещение без потерь из-за экранирования, с оптимальным использованием пространственного излучения источника;

- минимизацию потребляемой мощности источника и его вредного теплового воздействия;

- обеспечение свободного линейного поля на поверхности объекта, используемого для наблюдения и контролируемого позиционирования освещенной зоны (являющейся зоной измерения или контроля устройств измерения параметров объекта) на поверхности объекта, при отношении размеров поля наблюдения и освещенной зоны не менее 5:1 (для эффективного поиска необходимых фрагментов объекта);

- размещение в пространстве осветительной системы схемы визирования и наведения: дополнительных источников излучения, например светодиодов для освещения поля наблюдения, и миниатюрной видеокамеры; размещение схемы сопряжения: зеркала для отведения отраженного от объекта потока излучения (или потока люминесценции) в измерительное устройство без снижения эффективности освещения (без экранирования).

1. Осветительный узел малогабаритного спектрофотометра, отличающийся тем, что он содержит последовательно расположенные источник оптического излучения, полевую диафрагму и систему двух соосно расположенных зеркальных поверхностей вращения, включающую эллипсоид и гиперболоид, при этом радиус при вершине гиперболоида близок к нулю, причем в предельном случае гиперболоид приближается к прямому круговому конусу, полевая диафрагма и система соосно расположенных зеркальных поверхностей вращения расположены таким образом, что изображение диафрагмы после отражения пучков излучения от поверхностей гиперболоида и эллипсоида сформировано в виде освещенной площадки, которая совмещена с поверхностью объекта.

2. Узел по п.1, отличающийся тем, что вершина гиперболоида расположена вблизи одного из геометрических фокусов образующей эллипсоида, при этом с указанной вершиной совмещен также центр полевой диафрагмы, изображение которой в виде освещенной площадки сформировано вблизи второго геометрического фокуса.

3. Узел по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит схему визирования и наведения, включающую по меньшей мере один светодиод для освещения поверхности объекта и защитное стекло с кольцевой маркой, отмечающей освещаемую зону, а также средство наблюдения.

4. Узел по п.3, отличающийся тем, что в качестве средства наблюдения он содержит малогабаритную ТВ-камеру.

5. Узел по п.3, отличающийся тем, что он дополнительно содержит более двух светодиодов, расположенных по окружности.

6. Узел по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит схему сопряжения осветительной системы с измерительным устройством, включающую защитное стекло с кольцевой маркой и плоское наклонное зеркало.

7. Узел по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сферическое зеркало, расположенное за источником оптического излучения относительно полевой диафрагмы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам и устройствам для анализа флюида с использованием скважинной архитектуры спектрометра в оценке и испытании подземной формации для целей разведки и разработки углеводорододобывающих скважин, таких как нефтяные и газовые скважины.

Изобретение относится к устройству для получения из многоволнового источника волны, имеющей выбранную длину. .

Изобретение относится к спектральному приборостроению. .

Изобретение относится к устройствам, применяемым в спектрофотометрии в качестве излучателя на область спектра от 202 нм до 3500 нм, позволяющим получить интенсивный спектр излучения после монохроматора спектрофотометра.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к области спектрального приборостроения. .

Изобретение относится к калибровке светодиодов и их использованию, в частности, в неинвазивных оксигемометрах. .

Изобретение относится к спектральному анализу и может быть использовано для проведения анализа электропроводных материалов без предварительной механической пробоподготовки.

Изобретение относится к области микроэлектронных и микромеханических устройств и может быть использовано в качестве нагревателя интегрального полупроводникового газового датчика, инфракрасного излучателя адсорбционного оптического газоанализатора, активатора печатающей головки струйного принтера.

Изобретение относится к спектральному анализу, в частности к распылителям порошковых проб, направляемых в источник возбуждения спектра и может быть использовано для спектрального анализа проб ограниченной навески, например, при озолении биологических объектов или в минералогии.

Оптический элемент (2) для коллимирования света из источника (3) света выполнен из единого куска материала и содержит: впускную сторону (5), выполненную с возможностью приема света, выпускную сторону (6), выполненную с возможностью обеспечения излучения коллимированного света, и тело элемента, продолжающееся от впускной стороны (5) до выпускной стороны (6).

Изобретение относится к лампам с отражателем двоякой кривизны. .

Изобретение относится к области светотехники, а именно к светоизлучающим приборам, с внешним параболоцилиндрическим отражателем. .

Изобретение относится к светотехнике, а именно к светоотражающим приборам, имеющим тело излучения светового потока. .

Изобретение относится к светотехнике, в частности, к светильникам с газоразрядными источниками света, имеющими протяженное светящее тело, защищенными от вандализма и предназначенными преимущественно для освещения подземных переходов, охранных зон, подъездов и лестничных клеток зданий, садово-парковых ансамблей и т.п.

Изобретение относится к светотехнике, в частности к техническим средствам для концентрации оптического излучения, и может быть использовано при проведении светолучевой обработки материалов, включая производство пайки и сварки листовых материалов.

Изобретение относится к светотехнике и может найти применение при изготовлении отражателей света для осветительных приборов. .

Изобретение относится к осветительной технике, в частности к осветительным приборам операторского освещения, отражатели которых имеют рельефную отражающую поверхность.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение эффективности межлистового полога растений, который достигается за счет того, что оптическому устройству (100), содержащему область (109) входа света для приема света от источника света, первую поверхность (120), описанную первой рациональной квадратичной кривой Безье, и вторую поверхность (110), описанную второй рациональной квадратичной кривой Безье. Первая рациональная квадратичная кривая Безье и вторая квадратичная кривая Безье выбраны независимо друг от друга и расположены так, что оптическое устройство является асимметричным относительно его центральной оси вращения. Принятый свет, отражаемый в первой плоскости, отражается в направлении к центральной оси, а принятый свет, отражаемый во второй плоскости, отражается в направлении от центральной оси, тем самым обеспечивая асимметричное вертикальное распределение интенсивности на выходе из оптического устройства, так что в предварительно заданной области, освещаемой под углом, обеспечивается вертикальное и горизонтальное распределение освещенности. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх