ОПТИЧЕСКИЙ УЗЕЛ СПЕКТРОФОТОМЕТРА

Полезная модель относится к медицинской аналитической технике и может быть использована для одновременного определения концентрации общего гемоглобина крови и ряда его фракций по оптической плотности в диапазоне длин волн 450-650 нм.
Известен анализатор фракций гемоглобина АФГ-01. Анализатор выполнен в виде настольного переносного устройства. Несущим элементом конструкции является нижняя часть корпуса - основание. На основании расположены управляющий электронный блок, блок питания и принтер. Оптико-электронный блок расположен на верхней крышке анализатора. Оптический узел анализатора содержит последовательно расположенные на одной оптической оси светодиод, коллиматорную линзу, кювету с исследуемым прозрачным раствором, фокусирующую линзу, оптическую щель, коллиматорную линзу, дифракционную решетку, фокусирующую линзу и фотоприемную линейку. Принцип работы анализатора основан на многоканальном измерении оптической плотности гемолизата крови и хемометрических методах калибровки и количественного анализа многокомпонентных смесей. При расчете концентраций фракций гемоглобина используются их нормированные спектральные оптические плотности, записанные в память анализатора при его изготовлении. Анализатор обладает стабильностью фотометрических параметров. Компенсация влияния дестабилизирующих факторов окружающей среды обеспечивается специальными схемотехническими решениями, адаптивными алгоритмами обработки сервисной информации и периодической калибровкой анализатора.
Недостатком описанного устройства является расположение оптической части устройства в общем корпусе прибора, что приводит к необходимости компенсировать влияние дестабилизирующих факторов окружающей среды специальными схемотехническими решениями.
Техническим результатом настоящего технического решения является упрощение конструкции оптического узла.
Технический результат достигается тем, что оптический узел спектрофотометра содержит последовательно установленные на одной оптической оси оптические элементы светодиодный осветитель, первую линзу, вторую линзу, щель, третью линзу, дифракционную решетку, четвертую линзу и линейку фотоприемников. Оптические элементы расположены внутри корпуса, выполненного в виде сопрягаемых верхней части и нижней части корпуса и боковой стенки. На внутренних поверхностях верхней и нижней частей корпуса выполнены идентичные сопрягаемые между собой посадочные места в виде углублений для оптических элементов узла спектрофотометра. Дифракционная решетка закреплена на боковой стенке, установленной под углом 31° относительно оптической оси узла спектрофотометра. Контактирующие поверхности нижней и верхней части корпуса снабжены посадочными выступами и ответными посадочными пазами. Нижняя часть корпуса снабжена смотровым окном, которое расположено между четвертой линзой и линейкой фотоприемника. Между первой и второй линзами расположена зона фотометрирования в виде сквозного отверстия в верхней и нижней части корпуса.
Технический результат также достигается тем, что дифракционная решетка установлена под углом 2° относительно вертикали.
Технический результат также достигается тем, что за первой линзой и перед второй линзой в зоне фотометрирования выполнены первая и вторая диафрагмы, расположенные на оптической оси в виде сквозных отверстий в нижней и верхней частях корпуса.
Технический результат также достигается тем, что на контактируемой поверхности нижней части корпуса установлены, по меньшей мере, две втулки, а на контактирующей поверхности верхней части корпуса выполнены соответственно отверстия для взаимодействия с втулками, которые служат для крепления, нижней и верхней частей корпуса.
В дальнейшем полезная модель поясняется примерами конкретного выполнения и чертежом, на котором изображен оптический узел в изометрии.
Оптический узел содержит оптически сопряженные между собой и последовательно установленные на одной оптической оси следующие оптические элементы: светодиодный осветитель 1, первую линзу 2, вторую линзу 3, щель 4, третью линзу 5, дифракционную решетку 6, четвертую линзу 7 и линейку 8 фотоприемников. Оптические элементы расположены внутри корпуса, выполненного в виде сопрягаемых верхней части 9 и нижней части 10 корпуса и боковой стенки 11. На внутренних поверхностях верхней и нижней частей корпуса 9, 10 выполнены идентичные сопрягаемые между собой посадочные места в виде углублений для оптических элементов узла спектрофотометра. Дифракционная решетка закреплена на боковой стенке 11, установленной под углом 31° относительно оптической оси узла спектрофотометра. Контактирующие поверхности нижней и верхней части корпуса 9, 10 снабжены посадочными выступами (на чертежах не показаны) и ответными посадочными пазами 12. Нижняя часть корпуса 10 снабжена смотровым окном 14, которое расположено между четвертой линзой 7 и линейкой фотоприемника 8. Между первой и второй линзами 2, 3 расположена зона фотометрирования в виде сквозного отверстия 15 и 16 в верхней и нижней части корпуса 9, 10.
Дифракционная решетка 6 закреплена на боковой стенке 11 под углом 2° относительно вертикали.
За первой линзой 2 и перед второй линзой 3 в зоне фотометрирования выполнены первая и вторая диафрагмы 17, 18, расположенные на оптической оси, в виде сквозных отверстий и в нижней, и верхней частях корпуса.
Технический результат также достигается тем, что на контактируемой поверхности нижней части 10 корпуса установлены, по меньшей мере, две втулки 19, а на контактирующей поверхности верхней части 9 корпуса выполнены соответственно отверстия (на чертеже не показаны) для взаимодействия с втулками 19, которые служат для крепления нижней и верхней частей 9 и 10 корпуса.
Устройство работает в диапазоне длин волн 450-650 нм. В качестве светодиодного осветителя 1 можно использовать мощный белый светодиод (VD9). Светодиодный осветитель 1 формирует параллельный пучок, проходящий через зону фотометрирования. Для надежной работы устройства необходимо получить равномерную освещенность по яркости и цвету в плоскости щели 4.
Для обеспечения этих условий в фокусе линзы осветителя находится не сам светодиодный осветитель 1, а апертурная диафрагма 20, в которой излучение светодиода перемешано.
После зоны фотометрирования и второй линзы 3 параллельный пучок собирается на щель 4. Высота щели 4 выбрана таким образом, чтобы минимизировать эффекты паразитного отражения и рассеяния сигнала в зоне фотоприемника 8. Ширина щели 4 соответствует шагу элементов фотоприемника 8.
Третья линза 5 формирует параллельный пучок на дифракционной решетке 6.
В качестве диспергирующего элемента используется дифракционная решетка 6 с заданным углом блеска. Это необходимо для направления максимального количества энергии в рабочий порядок дифракции. Угол наклона дифракционной решетки 6 относительно вертикальной плоскости составляет 2°, что позволяет устранить паразитные отражения от третьей линзы 5 и четвертой линзы 7 в зоне дифракционной решетки 6.
Диспергированное излучение от дифракционной решетки 6 направляется к четвертой линзе 7, которая формирует изображение на фотоприемнике 8.
Угол наклона плоскости фотоприемника 8 к оптической оси отличается от 90°, что позволяет устранить паразитные отражения от четвертой линзы 7 и от покровного стекла фотоприемника 8.
Сборку узла осуществляют следующим образом. Верхняя часть корпуса 9 и нижняя часть корпуса 10 изготавливаются методом литья из пластмассы. Обе части корпуса имеют посадочные места для элементов оптической схемы. Посадочные места выполнены в виде канавок, которые охватывают оптические элементы по их периметру и предотвращают какие-либо их сдвиги в поперечном и продольном направлении относительно оптической оси узла. Все оптические элементы устанавливают в соответствующие посадочные места на нижней части 10 корпуса и накрываются верхней частью 9 корпуса, при этом втулки 19, расположенные на нижней части 10 корпуса входят в соответствующие ответные отверстия на верхней части 9 корпуса. Окончательное совмещение частей 9 и 10 корпуса осуществляется за счет совмещения продольных и поперечный выступов (на чертеже не показаны) на верхней части 9 корпуса с соответствующими канавками 12 на нижней части 10 корпуса. После соединения нижней части 10 и верхней части 9 корпуса устанавливают боковую стенку 11 с дифракционной решеткой 6. Юстировка фотоприемника 8 выполняется за счет увеличенных отверстий в печатной плате, на которую установлен фотоприемник 8. Печатная плата устанавливается на посадочное место 13. Визуальный контроль юстировки проводится через отверстие 14 в нижней части 10 корпуса.
Заявленное техническое решение имеет простую конструкцию, которая позволяет легко собирать в едином корпусе практически все оптические элементы, также расположение оптических элементов в едином корпусе не требует их взаимных юстировок, что также упрощает конструкцию узла.