Инфракрасный микроскоп

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

«i>980043 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 24Q881 (21) 3307473/18-10 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 07.1232 Бюллетень Йо 45

Дата опубликования описания 1012.82 (И) М.к.

С 02 В 21/06

Государственный комнтет

СССР по делам нзобретеннй н открытий (33) УДК 535. 82 (088. 8) И. В. Грошев, И.И. Лущиков, Г.И. Рукман, И.Г. Черньдаев и Е.Б. Шелемин (72) Авторы мзобретени я (71) Заявитель (54) HH

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть ис. пользовано для определения распределения температуры по поверхности объекта 5 (микрообъекта) .

Известен инфракрасный микроскоп, содержащий оптическую систему и приемник излучения, в качестве которого используется электронно-оптический пре- 0 образователь, установленные по ходу излучения от объекта, а также источник подсветки объекта и устройство обработки электрического сигнала, подключенное к выходу приемника излучения (1 ).

Недостатком такого устройства является низкое пространственное разрешение, определяемое диапазоном спектральной чувствительности приемника излучения и разрешающей способностью оптической системы на рабочей длине волны, Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является инфракрасный микроскоп, содержа- 25 щий источник подсветки объекта, предметный стол, оптическую систему и приемник излучения, расположенные послеловательно по ходу излучения, а также систему сканирования и уст- 30 ройство обработки электрического сигнала Г23.

Недостаток этого микроскопа заключается в его низкой разрешающей способности.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности микроскопа при измерении распределения температуры по поверхности объекта.

Поставленная цель достигается тем, что в инфракрасный микроскоп, содержащий источник подсветки объекта, предметный стол, оптическую систему и приемник излучения, расположенные последовательно по ходу излучения, а также систему сканирования и устройство обработки электрического сигнала, введены кювета, установленная на предметном столе и заполненная жидкой или газообразной средой, контактирующей с исследуемой поверхностью объекта и содержащей взвесь инертных по отношению к среде и объекту частиц, оптические свойства которых отличны от оптических свойств среды, а также блок из- мерения уширения спектра сигнала, вход которого соединен с выходом приемника излучения, а выход - co входом устройства обработки элект980043 рического сигнала, причем угол между осью излучения источника подсветки объекта и осью оптической системы отличен от О, но не прев1>шает

90О.

На чертеже представлена структур- 5 ная схема предл- ã"àåìîго устройства.

Инфракрасный микроскоп содержит оптическую систему 1, приемник 2 излучения, источник 3 подсветки объекта, устройство 4 обработки электрического сигнала, объект 5, жидкую или газообразную среду со взвесью частиц б, целевую диафрагму 7, блок 8 измерения уширения спектра сигнала, блок 9 перемещения объекта, перемещающийся предметный стол 10, кювету 11.

В инфракрасном микроскопе по ходу излучения от объекта 5, установленного на перемещающемся столе 10, расположены жидкая или газообразная среда со взвесью частиц 6, оптическая система 1, щелевая диафрагма 7 и приемник 2 излучения. Указапнь.. е частицы инертны по отношению к среде и объекту, а их оптические свойства отличаются от оптических свойств среды.

Выход приемника 2 излучения через блок 8 измерения уширения спектра сигнала соединен с устройством 4 обработки электрического сигнала на второй вход которого подаются сигналы о перемещении объекта 5 блоком 9 перемещения объекта. Блок 9 перемещения объекта позволяет производить изменение положения объекта в двух взаимно 35 перпендикулярных направлениях. При этом блок 9 перемещения объекта, связанный с перемсщающимся столом 10 и с устройством 4 обработки электрического сигнала, а также щелевая диаф- 4О рагма 7 представляют собой системы сканирования. Для увеличения помехоустойчивости результатов измерения между оптической системой 1 и приемником 2 излучения может быть введен узкополосный фильтр с шириной полосы пропускания, немногим большей, чем ширина спектрального диапазона, излуч иия источника 3 подсветки. В качестве источника 3 подсветки может быть использован монохроматический источник, например, лазер УФ, либо видимого диапазона спектра излучения.

Жидкая или газообразная среда олжна быть прозрачной для иэлучения источника 3 подсветки и иметь приемлемую вязкость в рабочем диапазоне температур. Размер частиц, находящихся во взвеси в жидкой или газообразной среде, может быть как больше длины волны излучения источника 3 подсветки, так и меньше ее.

Перенос плоскости изображения на чувствительный слой приемника 2 излучения может быть осушествлеи также с помощьк> волоконно-оптических элементов. Жидкая или газообразная среда со взвееью частиц б и объектом

5 помещены в кювету 11, выполненную пз материала, прозрачного для излучения источника 3 подсветки. Применение кюветы 11 в некоторых случаях пе обязательно, поскольку среда со взвесью частиц б может быть нанесена на микрообъект 5 в виде капли, т.е; с использованием свободного растекания по объекту 5.

Угол между осью излучения источника 3 подсветки и осью оптической системы 1,выбирается в зависимости от решаемой задачи. При этом он отличен от 0 >, но не превышает 90 на чертеже указанный угол равен 90".

Микроскоп работает следующим образом.

Объект 5 помещают в кювету 11, заполненную жидкой или газообразной средой со взвесью частиц 6, причем размер частиц во взвеси равен 0,1 мкм.

Излучение источника 3 подсветки фокусируется его оптической частью на приповерхностном слое жидкой или газообразной среды со взвесью частиц б. Это .излучение, рассеиваясь на частицах иэ взвеси, попадает через оптическую систему 1 и щелевую диафрагму 7 на чувствительный слой приемника 2 излучения

Введение жидкой или газообразной среды со взвесью частиц б дает возможность проводить измерение распределения температуры на поверхности объекта 5 косвенным методом, обеспечивающим высокую разрешающую способ,ность, так как при таком метопе измеряется измег>ение скорости броуновского движениячастиц,пропорциональное распределению абсолютнойтемпературы на поверхности объекта 5. Измерение изменения скорости броуновского движения частиц осуществляется в блоке

S и..змерения уширения спектра сигнала, получаемого от приемника 2 излучения, поскольку указанное изменение скорости вызывает соответствующее уширение спектра источника подсветки 3. При этом в приемнике 2 излучения реализуется либо гетеродинный, либо гомодинный режим работы, а частота сигнала пропорциональна средней скорости броуновского движения.частиц.

Установка в плоскости изображения оптической системы 1 щелевой диаграгмы 7 совместно с использованием блока перемещения объекта

9 позволяет получать значения температуры по площади объекта 5 с высокой точностью, так как щелевая дифграгма 7 экранирует чув<:тяительный слой приемника с>т излу гения соседних уч >с гков г>бь к >а >, а бяок

9 пер "мещеиия поз в я- . -1 .. я

980043

Формула изобретения

ВПИИПИ Заказ 9354/36 Тираж 518 Подписное! н !и:л ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 но привязывать результаты иэмерений к поверхности объекта 5.

Макет инфракрасного микроскопа был разработан, изготовлен и испытан на базе микроскопа МИИ-8, лазера ЛГ-56 и двухканального блока измерения уширения спектра сигнала с параметрами ы1=45 Гц, ы =620 Гц, Ь . 1=0,5 Гц,лы =2 Гц на уровне 0,7 (ui и и - частоты максимумов по1 2 лос пропускания соответственно перого и второго каналов). В качестве вог нсреды использовалась дистиллирова— ная вода с частицами, изготовленными иэ латекса с размерами 0

0 1

0,5 мкм. Величина регистрируемого ушире ирения в экспериментах составила

10, что соответствует чувствительности по изменению температуры на поверхности объекта 10-з К при пространственном разрешении 2 мкм.

Таким образом, благодаря применению косвенного метода измерения температуры в предлагаемом устройстве превзойден теоретически возможный для прямых методов предел разрешения, равный длине волны излучателя, т.е. 5 - 10 мкм для Т=ЗОО К, что позволяет проводить анализ распределения температуры по поверхности объекта с высокой точностью.

Инфракрасный микроскоп, содержащий источник подсветки объекта, предметный стоЛ, оптическую систему ь приемник излучения, расположенные последовательно по ходу излучения, а также систему сканиронания и устройство обработки электрического сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности микроскопа при измерении распределения температуры по поверхности объекта, в него введены кювета, 10 установленная на предметном столе и заполненная жидкой или газообразной средой, контактирующей с иссле1дуемой поверхностью объекта и содер жащей взвесь инертных по отношению

f5 к среде и объекту частиц, оптические свойства которых отличны от оптических свойств среды, а также блок измерения уширения спектра сигнала, вход которого соединен с выходом приемника излучения, а выход - с входом

20 устройства обработки электрического сигнала, причем угол между осью излучения источника подсветки объекта и осью оптической системы отличен от О,но не превышает 90

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.TasakaS. Inbrared Microscope

and its Application to Medical Use.

Electronics, Ч;34, 1961, п 41.

2. Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Митрофанов A.Ñ. Применение лазеров в машиностроении и приборостроении

Л., "Машиностроение", 1978, с.191192 (прототип).