Устройство позиционирования образца

Полезная модель относится к технике и оптике и может быть использована в системах позиционирования образцов в промышленности, а также при проведении микроскопических исследований.
В качестве прототипа выбрана моторизованная накладка на предметный столик микроскопа (пат. России на полезную модель №166710, от 10.12.2016, бюл. №34, МПК G02B 21/26), которая содержит неподвижную часть, закрепленную на предметном столике и выполненную с разъемным подвижным соединением для крепления с подвижной частью, подвижную часть, состоящую из двух боковых деталей и центральной детали, расположенной между боковыми деталями и закрепленной разъемными подвижными соединениями с боковыми деталями, при этом на центральной детали размещены предметные стекла, а на одной из сторон центральной детали, обращенной к одной из боковых деталей, зафиксирована первая зубчатая рейка, вступающая в разъемное подвижное соединение с соответствующей боковой деталью, а на торцах боковых деталей подвижной части зафиксирована вторая зубчатая рейка, вступающая в разъемное подвижное соединение с неподвижной частью, электродвигатели с зубчатым приводом для автоматизированного перемещения подвижной части в продольном направлении относительно неподвижной части и центральной детали подвижной части в поперечном направлении относительно неподвижной части, при этом электродвигатели расположены на неподвижной части и на соответствующей боковой детали подвижной части, которая отличается тем, что боковые детали подвижной части дополнительно соединены одной или двумя фиксирующими планками, закрепленными на верхних поверхностях боковых деталей, которая дополнительно отличается тем, что электродвигатели связаны с компьютером, выполненным с возможностью задания алгоритма работы электродвигателей с учетом сигналов с камеры оптического микроскопа.
Недостатки данного устройства: малая точность позиционирования образца и отсутствие контроля смещения образца, вследствие каких-либо внешних возмущающих воздействий.
В основу полезной модели поставлена задача повысить точность позиционирования образца и обеспечить контроль смещения образца, вследствие каких-либо внешних возмущающих воздействий, за счет введения дополнительных конструктивных элементов.
Задача решается тем, что устройство позиционирования образца, включающее подвижную часть, дополнительно содержит устройство перемещения, фотоприемную первую матрицу, первый лазер, второй лазер, третий лазер, устройство управления, первый формирователь оптического вихря, второй формирователь оптического вихря, третий формирователь оптического вихря, первый интерферометр, второй интерферометр, третий интерферометр, индикатор, причем устройство управления соединено с первым лазером, вторым лазером, третьим лазером, первым формирователем оптического вихря, вторым формирователем оптического вихря, третьим формирователем оптического вихря, первой фотоприемной матрицей, второй фотоприемной матрицей, третьей фотоприемной матрицей, устройством перемещения, индикатором, излучение первого лазера передается на первый формирователь оптического вихря и первый интерферометр, излучение второго лазера передается на второй формирователь оптического вихря и второй интерферометр, излучение третьего лазера передается на третий формирователь оптического вихря и третий интерферометр, устройство перемещения подсоединено к подвижной части, образец располагается на подвижной части.
Общим с прототипом признаком технического решения является:
подвижная часть.
Отличительными признаками технического решения являются:
устройство управления;
устройство перемещения;
первый лазер;
второй лазер;
третий лазер;
первый формирователь оптического вихря;
второй формирователь оптического вихря;
третий формирователь оптического вихря;
первый интерферометр;
второй интерферометр;
третий интерферометр;
первая фотоприемная матрица;
вторая фотоприемная матрица;
третья фотоприемная матрица;
индикатор.
Совокупность существенных признаков обеспечивает повышение точности позиционирования образца и обеспечение контроля смещения образца, вследствие каких-либо внешних возмущающих воздействий, за счет введения дополнительных конструктивных элементов.
Сущность технического решения поясняет схема устройства позиционирования образца на фиг. 1.
Устройство позиционирования образца содержит индикатор (1), первый лазер (2), первый интерферометр (3), первый формирователь оптического вихря (4), первую фотоприемную матрицу (5), подвижную часть (6), устройство управления (7), второй лазер (8), второй интерферометр (9), устройство перемещения (10), второй формирователь оптического вихря (11), вторую фотоприемную матрицу (12), третий лазер (13), третий интерферометр (14), третий формирователь оптического вихря (15), третью фотоприемную матрицу (16), причем устройство управления (7) соединено с первым лазером (2), вторым лазером (8), третьим лазером (13), первым формирователем оптического вихря (4), вторым формирователем оптического вихря (11), третьим формирователем оптического вихря (15), первой фотоприемной матрицей (5), второй фотоприемной матрицей (12), третьей фотоприемной матрицей (16), устройством перемещения (10), индикатором (1), излучение первого лазера (2), передается на первый формирователь оптического вихря (4) и первый интерферометр (3), излучение второго лазера (8), передается на второй формирователь оптического вихря (11) и второй интерферометр (9), излучение третьего лазера (13), передается на третий формирователь оптического вихря (15) и третий интерферометр (14), первый формирователь оптического вихря (4), второй формирователь оптического вихря (11) и третий формирователь оптического вихря (15) передают излучение на образец, образец передает излучение на первую фотоприемную матрицу (5), вторую фотоприемную матрицу (12), третью фотоприемную матрицу (16), на которой происходит интерференция излучения с образца и первого интерферометра (3), второго интерферометра (9), третьего интерферометра (14), соответственно, устройство перемещения (10) подсоединено к подвижной части (6), образец располагается на подвижной части (6).
Устройство позиционирования образца работает следующим образом. На подвижную часть (6) помещается позиционируемый образец. Устройство управления (7) подает сигнал включения лазера на первый лазер (2), второй лазер (8), третий лазер (13) и подает сигнал формирования сингулярности волнового фронта - оптического вихря [Короленко В.П. Оптические вихри / В.П. Короленко // Соросовский образовательный журнал. - 1998. - №6. с. 94-99] на первый формирователь оптического вихря (4), второй формирователь оптического вихря (11), третий формирователь оптического вихря (15). Лазерное излучение от первого лазера (2), второго лазера (8), третьего лазера (13) передается на первый интерферометр (3), второй интерферометр (9), третий интерферометр (14), а также первый формирователь оптического вихря (4), второй формирователь оптического вихря (11), третий формирователь оптического вихря (15), соответственно. На первом формирователе оптического вихря (4), втором формирователе оптического вихря (11), третьем формирователе оптического вихря (15) формируются сингулярности волнового фронта - оптические вихри, которые представляют собой трубчатое поле [Короленко В.П. Оптические вихри / В.П. Короленко // Соросовский образовательный журнал. - 1998. - №6. с. 94-99]. Оптические вихри с первого формирователя оптического вихря (4), второго формирователя оптического вихря (11), третьего формирователя оптического вихря (15) передаются на образец. Взаимодействие оптического вихря с поверхностью образца изменяет параметры оптического вихря, в частности поворот фазового геликоида, угол которого оказывается пропорциональным расстоянию до образца. Поворот фазового геликоида оптических вихрей отслеживаются с помощью первой фотоприемной матрицы (5), второй фотоприемной матрицы (12), третьей фотоприемной матрицы (16), на которых происходят интерференция оптического вихря, отраженного от образца, оптического вихря и излучений, вышедших из первого интерферометра (3), второго интерферометра (9), третьего интерферометра (16), соответственно. Первая фотоприемная матрица (5), вторая фотоприемная матрица (12), третья фотоприемная матрица (16), непрерывно передают данные о параметрах фазовых геликоидов оптических вихрей на устройство управления (7), которое производит расчет координаты образца в пространстве. Три комплекта лазеров, интерферометров, формирователей оптического вихря и фотоприемных матриц позволяют однозначно определять положение образца в пространстве. При подаче на устройство управления (7) данных с внешних устройств о перемещении образца на заданную координату, устройство управления (7) подает сигнал перемещения образца на устройство перемещения (10), которое перемещает подвижную часть, на которой находится образец на требуемое расстояние. В процессе перемещения устройство управления (7), получая данные о параметрах фазовых геликоидов оптических вихрей, непрерывно рассчитывает координаты образца в пространстве. При достижении заданных с внешних устройств координат, устройство управления (7) останавливает устройство перемещения (10). При этом устройство управления (7) продолжает получать данные о параметрах фазовых геликоидов оптических вихрей, непрерывно рассчитывая координаты образца в пространстве. При изменении координаты образца в пространстве без подачи на устройство управления данных с внешних устройств (за счет какого-либо внешнего возмущающего воздействия), устройство управления (7) подает сигнал включения индикатора (1), сигнализирующего об изменении положения образца в пространстве.
Пример исполнения. В качестве лазеров могут использоваться лазеры лгн-208 с длиной волны 632,8 нм, мощностью 2 мВт. В качестве формирователей оптических вихрей могут использоваться пространственные световые модуляторы slm lc 2012. Устройством управления может выступать микроконтроллер кр1878ве1. В качестве фотоприемных матриц могут использоваться пзс-матрицы icx228al. Подвижная часть может представлять собой квадратную пластину из алюминия со стороной 20 мм. В качестве устройства перемещения может использоваться набор шаговых двигателей 25byz-b03. Индикатором может выступать dm-0113-t.
Устройство позиционирования образца обеспечивает повышение точности позиционирования образца и осуществляет контроль смещения образца, вследствие каких-либо внешних возмущающих воздействий, за счет введения дополнительных конструктивных элементов.