Устройство для регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии

Заявленная группа изобретений относится к устройствам получения и обработки изображений оптической интерферометрии и может быть использовано для прижизненной визуализации и количественной оценки деполяризующих свойств отдельных участков биологических тканей, в том числе человеческих. Заявленное устройство регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии содержит источник оптического излучения, направляющий элемент, оптически связанный с источником оптического излучения, устройство доставки, формирующее и доставляющее оптический пучок к исследуемому образцу, содержащее входную и выходную (дистальную) части, выходная часть которого содержит поляризационно независимый опорный отражатель, устройство доставки обеспечивает формирование комбинированного оптического излучения, содержит обратно рассеянное от исследуемого образца и отраженное от поляризационно независимого опорного отражателя излучения преобразующее устройство, предназначенное для разделения комбинированного оптического излучения, поступающего с устройства доставки через направляющий элемент, на по крайней мере две части и последующего объединения этих частей после приобретения ими предустановленных оптических задержек. При этом по крайней мере один из оптических путей содержит управитель поляризации, предназначенный для формирования состояния поляризации первой части оптического излучения, ортогонального по отношению к состоянию поляризации второй части оптического излучения, оптоэлектронное регистрирующее устройство, оптически соединенное с преобразующим устройством, предназначенное для спектральной регистрации по крайней мере одного из: кросс-поляризованной компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, и компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, сохранившей исходное состояние поляризации излучения. Кроме того, управитель поляризации выполнен управляемым электронным образом для обеспечения в процессе последовательной регистрации изображений последовательного изменения состояния поляризации первой части оптического излучения с ортогонального на параллельное по отношению к состоянию поляризации второй части оптического излучения и обратно. Технический результат - осуществление визуализации деполяризующих свойств приповерхностных слоев биологической ткани и оценки наличия организованных деполяризующих структур, таких как коллагеновые волокна. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к устройствам получения и обработки изображений оптической интерферометрии (оптической когерентной томографии). Изобретение может быть использовано для прижизненной визуализации и количественной оценки деполяризующих свойств отдельных участков биологических тканей, в том числе человеческих.

Для целей диагностики ряда заболеваний, в том числе онкологических и воспалительных, а также оценки, в том числе ранней, эффективности некоторых видов терапии важную роль играет информация о деполяризующих свойствах биологической ткани, определяемых, в частности, наличием в биологической такни коллагеновых волокон, а также характером распределения коллагеновых волокон в биологической ткани. Данные о характере и степени повреждений коллагеновой сети могут быть использованы в клинике для дифференциальной диагностики заболеваний, выявления ранних неопластических процессов, определения ответа соединительнотканной стромы на проводимое лечение, определения качества трансплантатов на основе коллагена.

Известно, что патологические состояния, меняя свойства и целостность здоровых тканей, меняют их поляризационные свойства (двулучепреломление, деполяризацию). Именно по этой причине перспективным методом является использование поляризационной оптической интерферометрии для выявления патологии тканей, в частности поляризационно-чувствительной оптической интерферометрии, исследующей двулучепреломление ткани, и кросс-поляризационной оптической интерферометрии, которая регистрирует случайную деполяризацию излучения.

Известно устройство, предназначенное для выделения и визуализации информации о поляризационных свойствах участков биологической ткани. В частности, известен способ, описанный в Johannes F. de Boer and Thomas E. Milner "Review of polarization sensitive optical coherence tomography and Stokes vector determination", J. Biomed. Opt. 7(3), 359-371 (Jul 01, 2002).; http://dx.doi.org/10.1117/1.1483879 авторов Johannes F. de Boer and Thomas E. Milner, при котором для формирования изображения используется специальным образом подготовленная опорная волна и независимая регистрация компонент изображения независимыми регистрирующими устройствами. Недостатком описанного подхода является использование элементов оптики свободного пространства и нереализуемость устройства в волоконном варианте, позволяющем использовать гибкие зонды, обеспечивающие возможность наблюдения и анализа внутренней структуры ряда внутренних органов.

За прототип предлагаемого изобретения выбрано устройство регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии, содержащее источник оптического излучения, направляющий элемент, оптически связанный с источником оптического излучения, устройство доставки, формирующее и доставляющее оптический пучок к исследуемому образцу, содержащее входную и выходную (дистальную) части, выходная часть которого содержит поляризационно независимый опорный отражатель, устройство доставки, обеспечивающее формирование комбинированного оптического излучения, содержит обратно рассеянное от исследуемого образца и отраженное от поляризационно независимого опорного отражателя излучения преобразующее устройство, предназначенное для разделения комбинированного оптического излучения, поступающего с устройства доставки через направляющий элемент, на по крайней мере две части и последующего объединения этих частей после приобретения ими предустановленных оптических задержек, где по крайней мере один из оптических путей содержит управитель поляризации, предназначенный для формирования состояния поляризации первой части оптического излучения, ортогонального по отношению к состоянию поляризации второй части оптического излучения, оптоэлектронное регистрирующее устройство, оптически соединенное с преобразующим устройством, предназначенным для спектральной регистрации по крайней мере одного из: кросс-поляризованной компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, и компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, сохранившей исходное состояние поляризации излучения (патент US 7728985 В2 «Polarization-sensitive common path optical coherence reflectometry/tomography device», авторов Feldchtein, Felix I., Gelikonov, Valentin M., Gelikonov, Grigory V. 1.)

Однако при реализации известного устройства в случае спектральной регистрации оптического излучения с использованием одного оптоэлектронного регистрирующего устройства возможна регистрация только одного из кросс-поляризованной компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, и компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, сохранившей исходное состояние поляризации излучения. Для спектральной регистрации второй компоненты в ближайшем аналоге вводятся второе преобразующее устройство и второе оптоэлектронное регистрирующее устройство, что существенно усложняет и удорожает конечный продукт.

Техническим эффектом, на получение которого направлено данное изобретение, является разработка устройства для регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии, позволяющего расширить его функциональные возможности, а именно обеспечить регистрацию кросс-поляризованной компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, и компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, сохранившей исходное состояние поляризации излучения, с использованием одного оптоэлектронного регистрирующего устройства.

Указанный технический эффект достигается тем, что в устройстве регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии, содержащем источник оптического излучения, направляющий элемент, оптически связанный с источником оптического излучения, устройство доставки, формирующее и доставляющее оптический пучок к исследуемому образцу, содержащее входную и выходную (дистальную) части, выходная часть которого содержит поляризационно независимый опорный отражатель, устройство доставки обеспечивает формирование комбинированного оптического излучения, содержит обратно рассеянное от исследуемого образца и отраженное от поляризационно независимого опорного отражателя излучения преобразующее устройство, предназначенное для разделения комбинированного оптического излучения, поступающего с устройства доставки через направляющий элемент, на по крайней мере две части и последующего объединения этих частей после приобретения ими предустановленных оптических задержек, где по крайней мере один из оптических путей содержит управитель поляризации, предназначенный для формирования состояния поляризации первой части оптического излучения, ортогонального по отношению к состоянию поляризации второй части оптического излучения, оптоэлектронное регистрирующее устройство, оптически соединенное с преобразующим устройством, предназначенное для спектральной регистрации по крайней мере одного из: кросс-поляризованной компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, и компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, сохранившей исходное состояние поляризации излучения, управитель поляризации выполнен управляемым электронным образом для обеспечения в процессе последовательной регистрации изображений последовательного изменения состояния поляризации первой части оптического излучения с ортогонального на параллельное по отношению к состоянию поляризации второй части оптического излучения и обратно. Управитель поляризации выполнен магнитооптическим. Преобразующее устройство содержит как минимум один поляризационно независимый элемент, предназначенный для разделения и последующего объединения частей комбинированного оптического излучения после приобретения ими предустановленных оптических задержек, все оптические пути оканчиваются регулярными зеркалами. Преобразующее устройство содержит как минимум первый и второй поляризационно независимые элементы, предназначенные первый - для разделения комбинированного оптического излучения, поступающего с устройства доставки через направляющий элемент, на по крайней мере две части и второй - для последующего объединения этих частей после приобретения ими предустановленных оптических задержек.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии, содержащем источник оптического излучения, преобразующее устройство, оптически связанное с источником оптического излучения, содержащее как минимум два оптических пути, предназначенное для разделения комбинированного оптического излучения, поступающего с устройства доставки через направляющий элемент, на по крайней мере две части и последующего объединения этих частей после приобретения ими предустановленных оптических задержек, где по крайней мере один из оптических путей содержит управитель поляризации, предназначенный для формирования состояния поляризации первой части оптического излучения, ортогонального по отношению к состоянию поляризации второй части оптического излучения, направляющий элемент, оптически связанный с преобразующим устройством, устройством доставки и оптоэлектронным регистрирующим устройством, устройство доставки, формирующее и доставляющее оптический пучок к исследуемому образцу, устройство доставки содержит входную и выходную (дистальную) части, выходная часть содержит поляризационно независимый опорный отражатель, устройство доставки обеспечивает формирование комбинированного оптического излучения, содержащего обратно рассеянное от исследуемого образца и отраженное от поляризационно независимого опорного отражателя излучения, оптоэлектронное регистрирующее устройство, оптически соединенное с преобразующим устройством, предназначенное для спектральной регистрации по крайней мере одного из: кросс-поляризованной компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, и компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, сохранившей исходное состояние поляризации излучения, управитель поляризации выполнен управляемым электронным образом для обеспечения в процессе последовательной регистрации изображений последовательного изменения состояния поляризации первой части оптического излучения с ортогонального на параллельное по отношению к состоянию поляризации второй части оптического излучения и обратно. Управитель поляризации выполнен магнитооптическим. Преобразующее устройство содержит как минимум один поляризационно независимый элемент, предназначенный для разделения и последующего объединения частей излучения, поступающего от источника оптического излучения после приобретения ими предустановленных оптических задержек, все оптические пути оканчиваются регулярными зеркалами. Преобразующее устройство содержит как минимум первый и второй поляризационно независимые элементы, предназначенные первый - для разделения излучения, поступающего от источника оптического излучения, поступающего на устройство доставки через направляющий элемент, на по крайней мере две части, и второй - для последующего объединения этих частей после приобретения ими предустановленных оптических задержек.

Новизну устройства авторы усматривают в том, что управитель поляризации выполнен управляемым электронным образом для обеспечения в процессе последовательной регистрации изображений последовательного изменения состояния поляризации первой части оптического излучения с ортогонального на параллельное по отношению к состоянию поляризации второй части оптического излучения и обратно. Управитель поляризации выполнен магнитооптическим. Преобразующее устройство содержит как минимум один поляризационно независимый элемент, предназначенный для разделения и последующего объединения частей комбинированного оптического излучения после приобретения ими предустановленных оптических задержек, все оптические пути оканчиваются регулярными зеркалами. Преобразующее устройство содержит как минимум первый и второй поляризационно независимые элементы, предназначенные первый - для разделения комбинированного оптического излучения, поступающего с устройства доставки через направляющий элемент, на, по крайней мере две части и второй - для последующего объединения этих частей после приобретения ими предустановленных оптических задержек.

Новизну устройства авторы усматривают в том, что управитель поляризации выполнен управляемым электронным образом для обеспечения в процессе последовательной регистрации изображений последовательного изменения состояния поляризации первой части оптического излучения с ортогонального на параллельное по отношению к состоянию поляризации второй части оптического излучения и обратно. Управитель поляризации выполнен магнитооптическим. Преобразующее устройство содержит как минимум один поляризационно независимый элемент, предназначенный для разделения и последующего объединения частей излучения, поступающего от источника оптического излучения после приобретения ими предустановленных оптических задержек, все оптические пути оканчиваются регулярными зеркалами. Преобразующее устройство содержит как минимум первый и второй поляризационно независимые элементы, предназначенные первый - для разделения излучения, поступающего от источника оптического излучения, поступающего на устройство доставки через направляющий элемент, на по крайней мере две части и второй - для последующего объединения этих частей после приобретения ими предустановленных оптических задержек.

Предлагаемое устройство поясняется графическим материалом

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии, состоящего из источника оптического излучения 1, направляющего элемента 2, устройства доставки 3, преобразующего устройства 5, оптоэлектронного регистрирующего устройства 6 и объекта исследования 4.

На фиг. 2 представлена принципиальная схема преобразующего устройства, состоящего в первом частном случае из управителя поляризации 7, неполяризующего делителя оптического излучения 8, зеркал 9.

На фиг. 3 представлена принципиальная схема преобразующего устройства, состоящего во втором частном случае из управителя поляризации 7, двух неполяризующих делителей оптического излучения 8.

На фиг. 4 представлена принципиальная схема устройства для регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии во втором частном случае реализации, состоящего из источника оптического излучения 1, преобразующего устройства 5, направляющего элемента 2, устройства доставки 3, оптоэлектронного регистрирующего устройства 6 и объекта исследования 4.

На фиг. 5 представлены характерные изображения кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии (верхний ряд) и изображения гистологических препаратов в поляризованном свете, окраска пикросириусом красным (нижний ряд) слизистой оболочки щеки для состояний: а, г - деградации KB (острое воспаление), б, д - избыточного накопления КВ (слабый фиброз), в, е - избыточного накопления коллагеновых волокон (выраженный фиброз).

Предлагаемое устройство позволяет получить при использовании следующий технический эффект - осуществить регистрацию кросс-поляризованной компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, и компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, сохранившей исходное состояние поляризации излучения, с использованием одного оптоэлектронного регистрирующего устройства.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Излучение источника оптического излучения 1 (фиг 1) направляется на направляющий элемент 2, перенаправляющий излучение на устройство доставки 3. На дистальном конце устройства доставки 3 организуется опорное отражение оптического излучения и формируется зондирующий пучок, направляемый на объект исследования 4. Оптическое излучение рассеивается на оптических неоднородностях объекта исследования 4 и частично возвращается в устройство доставки 3. Опорное и рассеянное в объекте исследования 4 оптическое излучение распространяется по устройству доставки 3 в направлении направляющего элемента 2, где перенаправляется на преобразующее устройство 5. Преобразующее устройство 5 содержит как минимум два оптических пути и предназначено для разделения комбинированного оптического излучения, поступающего с устройства доставки 3 через направляющий элемент 2, на по крайней мере две части и последующего объединения этих частей после приобретения ими предустановленных оптических задержек. По крайней мере один из оптических путей в преобразующем устройстве 5 содержит управитель поляризации 7 (фиг 2, 3), предназначенный для формирования состояния поляризации первой части оптического излучения, отличного по отношению к состоянию поляризации второй части оптического излучения. Разность оптических задержек, приобретаемая порциями комбинированного оптического излучения при прохождении преобразующего устройства 5, совпадает с величиной разности оптических задержек, приобретаемых опорным и рассеянным в объекте исследования 4 оптическим излучением, что делает возможной спектральную регистрацию изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии с использованием оптоэлектронного регистрирующего устройства 6. В процессе последовательной регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии происходит последовательное переключение управителя поляризации 7 между состояниями, обеспечивающими на выходе преобразующего устройства 5 состояние поляризации компоненты, прошедшей через управитель поляризации 7, ортогональным и параллельным состоянию поляризации компоненты, прошедшей по второму оптическому пути. Благодаря этим переключениям на выходе оптоэлектронного регистрирующего устройства 6 последовательно формируются сигналы, соответствующие изображениям кросс-поляризованной и сохранившей исходное состояние поляризации компонент комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта.

В частном случае, управитель поляризации может быть выполнен на основе магнитоактивного элемента (элемента Фарадея), вращающего плоскость поляризации излучения на 90 градусов при подаче на него соответствующего напряжения и не изменяющего состояния поляризации излучения в отсутствие подаваемого напряжения.

В первом частном случае реализации преобразующее устройство выполнено по схеме интерферометра Майкельсона и состоит из управителя поляризации 7, неполяризующего делителя оптического излучения 8 и двух зеркал 9. Реализация преобразующего устройства по схеме интерферометра Майкельсона позволяет обеспечить широкий диапазон изменения величины разности оптических путей в плечах интерферометра и оптимально для построения преобразующего устройства на элементах объемной оптики.

В втором частном случае реализации преобразующее устройство выполнено по схеме интерферометра Маха-Цандера и состоит из управителя поляризации 7 и двух неполяризующих делителей оптического излучения 8. Реализация преобразующего устройства по схеме интерферометра Маха-Цандера оптимальна при реализации преобразующего устройства на элементах волоконной оптики.

В первом частном случае реализации устройства для регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии преобразующее устройство 5 может быть расположено в оптическом тракте непосредственно перед оптоэлектронным регистрирующим устройством 6 (фиг 1), что позволяет использовать часть излучения, выходящего из второго выхода неполяризующего делителя оптического излучения 8, для оперативной корректировки мощности излучения и состояния его поляризации.

Во втором частном случае реализации устройства для регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии преобразующее устройство 5 может быть расположено в оптическом тракте до направляющего элемента 2 (фиг 4), что позволяет увеличить величину полезного сигнала за счет уменьшения потерь комбинированного оптического излучения.

Пример конкретной реализации устройства для регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии.

Для конкретной реализации было собрано устройство, содержащее источник оптического излучения с длиной волны 1,3 мкм, преобразующее устройство, оптически связанное с источником оптического излучения, реализованное по схеме интерферометра Майкельсона, содержащее управитель поляризации на основе элемента Фарадея, при подаче напряжения поворачивающего плоскость поляризации падающего излучения на 45 градусов (при двойном проходе на 90 градусов), направляющий элемент, реализованный на основе трехпортового оптического циркулятора, устройство доставки, состоящее из оптоволоконного кабеля, с системой линз и электромеханического сканирования на дистальном конце и оптоэлектронное регистрирующее устройство, представляющее собой спектрометр на основе дифракционной решетки и линейного массива фотоприемных элементов. В качестве объекта исследования были выбраны участки слизистой оболочки щеки при нарушении нормального состояния коллагеновых волокон в ходе патологических процессов.

На изображениях кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии оценивался характер ОКТ-сигнала в ортогональной поляризации по визуальным критериям. Типичные изображения кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии изученных патологических состояний слизистой оболочки щеки представлены на фиг. 5 (а, б, в). На гистологических срезах, окрашенных пикросириусом красным, в поляризованном свете визуально оценивался цвет, в который окрашивались коллагеновые волокна: преобладание темных зон свидетельствовало о деградации коллагеновых волокон (фиг 5г); зон с тонкими бледно-зелеными коллагеновыми волокнами - о синтезе нового коллагена в процессе репарации; наличие толстых красных волокон говорило о состоянии фиброза, причем плотность ярко-красных волокон отражала степень фиброза (фиг. 5д, е).

Параллельные гистотомографические изображения позволили выявить закономерность изменения ОКТ-сигнала в ортогональной поляризации при патологических доброкачественных состояниях слизистой оболочки щеки: при структурной дезорганизации (деградации) коллагеновых волокон на фрагменты в ходе острого воспаления наблюдался низкий относительно нормы сигнал; при структурной организации (избыточном накоплении) коллагеновых волокон в ходе хронического воспаления, приводящего к локальному или обширному уплотнению соединительной ткани, а именно к развитию слабого или выраженного фиброза, наблюдался повышенный относительно нормы ОКТ-сигнал (в зависимости от выраженности процесса фиброзирования) (фиг. 5б, в).

1. Устройство регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии, содержащее источник оптического излучения, направляющий элемент, оптически связанный с источником оптического излучения, устройство доставки, формирующее и доставляющее оптический пучок к исследуемому образцу, содержащее входную и выходную (дистальную) части, выходная часть которого содержит поляризационно независимый опорный отражатель, устройство доставки обеспечивает формирование комбинированного оптического излучения, содержит обратно рассеянное от исследуемого образца и отраженное от поляризационно независимого опорного отражателя излучения преобразующее устройство, предназначенное для разделения комбинированного оптического излучения, поступающего с устройства доставки через направляющий элемент, на по крайней мере две части и последующего объединения этих частей после приобретения ими предустановленных оптических задержек, где по крайней мере один из оптических путей содержит управитель поляризации, предназначенный для формирования состояния поляризации первой части оптического излучения, ортогонального по отношению к состоянию поляризации второй части оптического излучения, оптоэлектронное регистрирующее устройство, оптически соединенное с преобразующим устройством, предназначенное для спектральной регистрации по крайней мере одного из: кросс-поляризованной компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, и компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, сохранившей исходное состояние поляризации излучения, отличающееся тем, что управитель поляризации выполнен управляемым электронным образом для обеспечения в процессе последовательной регистрации изображений последовательного изменения состояния поляризации первой части оптического излучения с ортогонального на параллельное по отношению к состоянию поляризации второй части оптического излучения и обратно.

2. Устройство регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии по п. 1, отличающееся тем, что управитель поляризации выполнен магнитооптическим.

3. Устройство регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии по п. 1, отличающееся тем, что преобразующее устройство содержит как минимум один поляризационно независимый элемент, предназначенный для разделения и последующего объединения частей комбинированного оптического излучения после приобретения ими предустановленных оптических задержек, все оптические пути оканчиваются регулярными зеркалами.

4. Устройство регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии по п. 1, отличающееся тем, что преобразующее устройство содержит как минимум первый и второй поляризационно независимые элементы, предназначенные первый для разделения комбинированного оптического излучения, поступающего с устройства доставки через направляющий элемент, на по крайней мере две части и второй для последующего объединения этих частей после приобретения ими предустановленных оптических задержек.

5. Устройство регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии, содержащее источник оптического излучения, преобразующее устройство, оптически связанное с источником оптического излучения, содержащее как минимум два оптических пути, предназначенное для разделения комбинированного оптического излучения, поступающего с устройства доставки через направляющий элемент, на по крайней мере две части и последующего объединения этих частей после приобретения ими предустановленных оптических задержек, где по крайней мере один из оптических путей содержит управитель поляризации, предназначенный для формирования состояния поляризации первой части оптического излучения, ортогонального по отношению к состоянию поляризации второй части оптического излучения, направляющий элемент, оптически связанный с преобразующим устройством, устройством доставки и оптоэлектронным регистрирующим устройством, устройство доставки, формирующее и доставляющее оптический пучок к исследуемому образцу, устройство доставки содержит входную и выходную (дистальную) части, выходная часть содержит поляризационно независимый опорный отражатель, устройство доставки обеспечивает формирование комбинированного оптического излучения, содержащего обратно рассеянное от исследуемого образца и отраженное от поляризационно независимого опорного отражателя излучения, оптоэлектронное регистрирующее устройство, оптически соединенное с преобразующим устройством, предназначенное для спектральной регистрации по крайней мере одного из: кросс-поляризованной компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, и компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, сохранившей исходное состояние поляризации излучения, отличающееся тем, что управитель поляризации выполнен управляемым электронным образом для обеспечения в процессе последовательной регистрации изображений последовательного изменения состояния поляризации первой части оптического излучения с ортогонального на параллельное по отношению к состоянию поляризации второй части оптического излучения и обратно.

6. Устройство регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии по п. 5, отличающееся тем, что управитель поляризации выполнен магнитооптическим.

7. Устройство регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии по п. 1, отличающееся тем, что преобразующее устройство содержит как минимум один поляризационно независимый элемент, предназначенный для разделения и последующего объединения частей излучения, поступающего от источника оптического излучения после приобретения ими предустановленных оптических задержек, все оптические пути оканчиваются регулярными зеркалами.

8. Устройство регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии по п. 1., отличающееся тем, что преобразующее устройство содержит как минимум первый и второй поляризационно независимые элементы, предназначенные первый для разделения излучения, поступающего от источника оптического излучения, поступающего на устройство доставки через направляющий элемент, на по крайней мере две части и второй для последующего объединения этих частей после приобретения ими предустановленных оптических задержек.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области литографии и касается системы литографии. Система литографии включает в себя основание, установленную на основании оптическую колонну для проецирования шаблона на мишень, подвижный держатель мишени, модуль дифференциального интерферометра, предназначенный для измерения смещения держателя мишени.

Способ получения спектральных цифровых голографических изображений, реализуемый устройством, заключается в формировании коллимированного широкополосного светового пучка, его селективной дифракции в акустооптическом фильтре, делении его на два пучка, пропускании одного из них через исследуемый объект.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства для измерения угловых перемещений объекта. Устройство включает в себя источник когерентного излучения, расширитель светового пучка, светоделитель, который пропускает без изменения направления первый луч и отражает второй луч, установленное на пути второго луча зеркало, два установленных на измеряемом объекте уголковых отражателя, приемник интерференционной картины, блок фильтрации и усиления сигнала, компаратор и концевые датчики положения.

Способ контроля параметров сигнала волоконно-оптического интерферометра фазового датчика с перестраиваемым источником оптического излучения включает в себя измерение амплитуды контролируемого интерферометрического сигнала, по которому судят о текущем значении глубины фазовой модуляции, ее регулировку до оптимального значения путем изменения амплитуды модулирующего сигнала, изменение центральной длины волны излучения источника оптического излучения и измерение соответствующих текущих значений амплитуды контролируемого интерферометрического сигнала.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения линейных перемещений по трем взаимоортогональным осям. Интерферометр содержит одночастотный лазер, коллиматор для ввода излучения в транспортное волокно, коллиматор, вводящий излучение в оптическую схему, акустооптический модулятор, формирующий опорное и измерительное плечи интерферометра, поляризационный светоделитель, позволяющий развести лучи на расстояние, достаточное для их независимого использования зеркалами, систему зеркал, которая расположена вокруг пьезоэлектрического стола, триппель-призмы, закрепленные на пьезоэлектрическом столе так, что их оси симметрии проходят через центр вращения пьезоэлектрического стола, фотоприемники, подключенные к соответствующим измерительным входам фазометра, а также генератор сдвиговой частоты, связанный с акустооптическим модулятором и опорным входом фазометра.

Изобретение относится к области спектроскопии и касается спектроскопического прибора. Спектрометрический прибор включает в себя сканирующий интерферометр.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается интерферометра Майкельсона с колеблющимися зеркалами. Интерферометр включает в себя n зеркал, причем n≥2.

Способ получения оптических трёхмерных и спектральных изображений микрообъектов включает в себя коллимирование широкополосного оптического излучения источника, разделение на два пучка - референтный и объектный, формирование интерференционной картины за счёт сведения указанных пучков, регистрация её матричным приемником.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к интерференционным системам и методам контроля качества оптических поверхностей. Устройство для контроля качества плоских оптических деталей, расположенных под углом к оптической оси, состоит из передающего канала, включающего источник излучения, формирующий два пучка, расположенных на расстоянии друг от друга со взаимно перпендикулярными линейными состояниями поляризации, находящихся в фокальной плоскости объектива, четвертьволновую пластину, а также последовательно расположенные по ходу излучения на выходе объектива эталонную оптическую пластину, контролируемую оптическую деталь и возвратное зеркало, а также приемного канала, включающего светоделитель и после него приемник излучения, состоящий из матричного фотоприемника и линейного анализатора, позволяющий регистрировать одновременно несколько интерферограмм, необходимых для дальнейшего анализа.

Изобретение относится к области спектроскопии, а именно к интерферометрам и фурье-спектрометрам. Сущность решения заключается в использовании электродинамической головки, у которой резонансная частота fr, обуславливающая паразитные вибрации, эффективно подавляется с помощью активной системы с обратной связью, за счет того, что достаточно удалена на частотной оси относительно частоты колебания зеркала f.

Изобретение относится к области оптических измерений. Интерферометр содержит лазерный осветитель, вогнутое сферическое зеркало с центральным соосно осветителю отверстием, светоделительный элемент в виде куб-призмы с полупрозрачной гипотенузной гранью. На первой плоской грани куб-призмы выполнено микросферическое - вогнутое либо выпуклое - зеркало, центр которого располагается на оптической оси интерферометра. Технический результат состоит в уменьшении габаритных размеров интерферометра, увеличении числовой апертуры и повышении качества выходящего волнового фронта, расширении диапазона использования. 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к интерферометрам. Интерферометр содержит когерентный источник света 1, излучающий исходный луч 2, проходящий через полупрозрачную отражательную пластинку 3 и расщепляющийся на проходящий луч 4 и отраженный луч 5, который проходит световод 6 и световод с изменяемой длиной пути 7 с светопрозрачным наполнителем 8 с заданным коэффициентом преломления, который снабжен приводом изменения длины 9. Световод 7 подсоединен к световоду 10. Световой блок 11 состоит из элементов 6-10 и привода 12, обеспечивающего возможность совершать повороты. Луч 13, выходящий из световода 10, проходит на вторую полупрозрачную пластинку 14, становясь лучом 16. Также через пластинку 14 проходит луч 4, становясь проходящим лучом 15. Лучи 15 и 16 проходят через фокусирующую систему 17 на полупрозрачный экран 18, сзади которого находится камера 19, подсоединенная к контроллеру 20. Контроллер 20 подсоединен к приводам 9 и 12, а также к панели управления 21, экрану 22, модему 23. Технический результат – повышение компактности, гибкости настройки. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области интерференционной оптики и может быть использовано для определения рельефа поверхности на основе фазового изображения, например, в интерференционных микроскопах. Согласно способу получения фазового изображения когерентный лазерный луч разделяют на два луча, первый из которых направляют на фазово-контрастный объект, а второй - на эталонное зеркало. Отраженный первый луч и отраженный второй луч совмещают и направляют на фотоприемник, после чего определяют фазу каждой области фазово-контрастного объекта. При этом предварительно определяют фазовый набег каждой области эталонного зеркала, который получают на основе многократного измерения фазы на каждом пикселе фотоприемника при случайном смещении тестовой поверхности в каждом измерении с последующим усреднением результатов измерений. Измеренная ранее фаза каждой области фазово-контрастного объекта является промежуточной фазой, а истинную фазу каждой области фазово-контрастного объекта получают путем корректировки промежуточной фазы на фазовый набег, соответствующей данному пикселю области эталонного зеркала. Достигается учет как систематической, так и случайной составляющей погрешности фазового изображения, возникающей вследствие неточного исполнения опорного зеркала. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при создании волоконно-оптических интерферометрических датчиков для регистрации фазовых сигналов (вибраций, акустических воздействий). Изобретение решает задачу создания волоконно-оптического интерферометрического устройства для регистрации различных фазовых сигналов (вибраций, акустических воздействий), которое позволяет избавиться от искажений полезного сигнала и уменьшить оптические потери при одновременном упрощении конструкции. Волоконно-оптическое интерферометрическое устройство для регистрации фазовых сигналов, включающее оптически соединенные источник когерентного оптического излучения, фазовый модулятор, устройство для распределения оптической мощности, чувствительную часть, включающую, по крайней мере, один чувствительный элемент, представляющий собой отрезок чувствительного оптического волокна, находящийся между двумя волоконными брэгговскими решетками (ВБР) одной резонансной длины волны, расположенными на заданном расстоянии, и фотоприемное устройство со схемой демодуляции, при этом вход фазового модулятора соединен с источником когерентного оптического излучения, а его выход соединен с первым портом устройства для распределения оптической мощности, второй порт которого соединен с чувствительной частью, а третий порт устройства для распределения оптической мощности соединен с входом фотоприемного устройства, а длина чувствительного элемента (Lчэ) и длительность лазерного импульса источника когерентного оптического излучения (tимп) связаны соотношением: ,где с - скорость света, n - показатель преломления оптического волокна чувствительного элемента, tимп - длительность лазерного импульса, Lчэ - длина чувствительного элемента. 4 ил.

Голографический способ изучения нестационарных процессов, в котором используют когерентный источник излучения, коллиматор и первый, второй и третий светоделители, а также зеркала, при помощи которых формируют три опорных и один объектный пучки. В процессе реализации способа указанные три опорных пучка могут быть перекрыты экранами, что обеспечивает возможность последовательного во времени формирования голограмм. Технический результат заключается в обеспечении возможности изучения нестационарных процессов на разных стадиях их развития, не вмешиваясь в их физико-химические явления, что повышает точность измерений параметров исследуемого процесса. 2 ил.

Изобретение может быть использовано для формирования периодических интерференционных картин, например, для записи голографических дифракционных решеток, создания периодических структур различной размерности, реализации Фурье-спектрометров, брэгговских зеркал и т.п. Интерферометр содержит источник коллимированного светового пучка, светоделительный элемент, разделяющий исходный пучок на два парциальных, два зеркала, направляющие эти пучки под углом схождения друг к другу, и светочувствительный элемент. Светоделительный элемент, два зеркала и светочувствительный элемент образуют зеркально-симметричную систему относительно плоскости светоделительного зеркала, встроенного в светоделительный элемент, и установлены неподвижно на основании, ось вращения которого расположена так, что обеспечивает согласование вращательного движения основания и перемещения по светоделительному зеркалу коллимированного светового пучка за счет изменения его угла падения. Технический результат - повышение виброустойчивости и упрощение конструкции. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения положения объектов относится к оптическим способам определения положения сканирующих датчиков при измерении полного поперечного профиля объекта. В первом варианте реализации способа определения положения оптических датчиков в устройстве контроля замкнутого профиля изделий с использованием формирования датчиками световой линии на его поверхности с последующим получением изображения световой линии и его обработки в устройство вводят эталонный образец с плоской поверхностью, протяженность которой обеспечивает прием сигналов от двух соседних датчиков одновременно. Образец вращают вокруг фиксированной оси в плоскости расположения датчиков устройства и получают изображение световых линий от каждой пары датчиков при нескольких разных положениях плоской поверхности и при каждом ее положении совмещают изображения световых линий двух датчиков и измеряют координаты второго датчика в системе координат первого датчика и измеряют угол между изображением световой линии профиля и осью абсцисс в системе координат датчика, у которой ось ординат совпадает с направлением излучения. По разности измеренных углов для первого и второго датчиков в паре судят о разности их положений. Измерения повторяют последовательно для всех пар датчиков измерительной системы, в которых второй датчик в паре является первым для последующей пары, и таким образом последовательно определяют положения всех оптических датчиков в системе датчиков измерительного устройства, причем положения всех оптических датчиков определяют относительно первого датчика измерительного устройства. Второй вариант реализации способа отличается тем, что положение изображения, измеренного первым датчиком в паре, корректируют с учетом точно измеренного угла наклона поверхности эталонного объекта. Технический результат – повышение точности определения положения датчиков в измерительной системе и, как следствие, возможность учета этого положения при формировании полного профиля объекта из частей, измеренных всеми датчиками измерительной системы. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ однопозиционного определения угловых координат заключается в применении в качестве фотоприемного устройства матричного фотоприемника, осуществляющего прием суммарного излучения сигнальной волны и волны гетеродина. В результате суперпозиции сигнальной волны и волны гетеродина на поверхности МФП формируется изображение в виде интерференционных полос. По ширине интерференционных полос и угла их наклона определяют угловые координаты источника лазерного излучения. Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности определения направления на источник лазерного излучения. 2 ил.

Изобретение относится к области метрологии тонких пленок. Способ определения толщины пленки с помощью интерферометрии белого света, при котором подложку, содержащую измеряемую пленку, подвергают в интерферометре воздействию белого света с ограниченной когерентностью и измеряют коррелограммы, характеризуется тем, что предварительно подложку, не содержащую измеряемую пленку, подвергают воздействию белого света с ограниченной когерентностью и определяют набор коррелограмм, кроме того, набор коррелограмм определяют для каждого пикселя оптического поля, после чего выделяют нелинейную в зависимости от волнового числа часть фазового спектра, аппроксимируют фазовые спектры известным теоретическим нелинейным спектром фазового сдвига, вызванного пленкой, определяя локальную толщину пленки как параметр наилучшей аппроксимации, получают в результате набор толщин пленки и положений ее подложки, по результатам которого строятся карты топографии поверхности и толщины пленки, причем нелинейный фазовый спектр объектной коррелограммы поверхности, содержащей пленку, корректируют путем вычитания нелинейного фазового спектра опорной коррелограммы. Технический результат заключается в снижении нижней границы диапазона толщин измеряемых тонких пленок и повышении помехозащищенности способа. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство предназначено для исследования упругопластических и прочностных свойств материалов при интенсивных динамических нагрузках. Двухканальная интерферометрическая система состоит из источника одномодового когерентного излучения, исследуемого образца, узла разделения отраженного от исследуемого образца излучения, двух независимых оптических интерферометров, построенных по схеме двухплечевого интерферометра VISAR, и системы регистрации. Излучение в оптические интерферометры поступает по единому оптическому волокну с одной точки поверхности исследуемого образца. Деление излучения в оптические интерферометры осуществляется узлом разделения, в состав которого входит телескоп, поляризационный светоделитель и два ротатора. Плечи интерферометров образуются неполяризационным светоделителем и двумя зеркалами с многослойным диэлектрическим напылением. Оптические интерферометры имеют независимые чувствительности (постоянные VPF1 и VPF2). Технический результат заключается в создании двухканальной интерферометрической системы, позволяющей подбирать постоянные интерферометров и необходимое отношение VPF1/VPF2 под условия эксперимента для однозначного восстановления профилей скорости за счет использования двух независимых каналов, обрабатывающих идентичные данные с доплеровским сдвигом частоты и эффективно использующих отраженное лазерное излучение. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Заявленная группа изобретений относится к устройствам получения и обработки изображений оптической интерферометрии и может быть использовано для прижизненной визуализации и количественной оценки деполяризующих свойств отдельных участков биологических тканей, в том числе человеческих. Заявленное устройство регистрации изображений кросс-поляризационной низкокогерентной оптической интерферометрии содержит источник оптического излучения, направляющий элемент, оптически связанный с источником оптического излучения, устройство доставки, формирующее и доставляющее оптический пучок к исследуемому образцу, содержащее входную и выходную части, выходная часть которого содержит поляризационно независимый опорный отражатель, устройство доставки обеспечивает формирование комбинированного оптического излучения, содержит обратно рассеянное от исследуемого образца и отраженное от поляризационно независимого опорного отражателя излучения преобразующее устройство, предназначенное для разделения комбинированного оптического излучения, поступающего с устройства доставки через направляющий элемент, на по крайней мере две части и последующего объединения этих частей после приобретения ими предустановленных оптических задержек. При этом по крайней мере один из оптических путей содержит управитель поляризации, предназначенный для формирования состояния поляризации первой части оптического излучения, ортогонального по отношению к состоянию поляризации второй части оптического излучения, оптоэлектронное регистрирующее устройство, оптически соединенное с преобразующим устройством, предназначенное для спектральной регистрации по крайней мере одного из: кросс-поляризованной компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, и компоненты комбинированного оптического излучения, возвращенного из исследуемого объекта, сохранившей исходное состояние поляризации излучения. Кроме того, управитель поляризации выполнен управляемым электронным образом для обеспечения в процессе последовательной регистрации изображений последовательного изменения состояния поляризации первой части оптического излучения с ортогонального на параллельное по отношению к состоянию поляризации второй части оптического излучения и обратно. Технический результат - осуществление визуализации деполяризующих свойств приповерхностных слоев биологической ткани и оценки наличия организованных деполяризующих структур, таких как коллагеновые волокна. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх