Способ бесконтактного полиполяризационного исследования минералов и органических структур с различными коэффициентами пропускания
Владельцы патента RU 2466379:
Учреждение Российской академии наук "Институт истории материальной культуры" (RU)
Изобретение относится к области оптико-физических исследований состава естественных и искусственных минералов, а также органических структур с различными коэффициентами пропускания. Способ заключается в том, что осуществляют подготовку исследуемого объекта до тех пор, пока его толщина вдоль оптической оси становится достаточной для того, чтобы его коэффициент пропускания был больше нуля, а в оптическую систему включают оптически связанные между собой анализатор и поляризатор, между которыми размещают исследуемый объект. Воздействуют на объект излучением от первичного источника, при этом поворотом анализатора осуществляют снижение интенсивности паразитного излучения первичного источника, миновавшего исследуемый объект, после чего наблюдают полученную оптимальную картину исследуемого объекта. Сравнивают полученное таким образом изображение исследуемого объекта с эталонным изображением и делают вывод о составе и свойствах исследуемого объекта и их отличиях. Изобретение позволяет визуально и с высокой степенью достоверности определить структурный состав исследуемого объекта для целей его идентификации. 3 ил.
Изобретение относится к области оптико-физических исследований состава естественных и искусственных минералов, а также органических структур с различными коэффициентами пропускания.
Для оценки новизны и технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным изобретением признаков, известных из сведений, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения.
Известен метод исследования поверхностных свойств поверхностных наноструктур с использованием локальной оптической микроскопии, см. Музыченко Д.А., www.pis.msu.ru. Недостаток данного аналога заключается в том, что традиционная оптическая микроскопия, основанная на использовании линз, имеет существенные ограничения на разрешающую способность, определяемую дифракционным пределом (критерий Рэлея).
Известен способ организации оптико-электронного канала для исследования различных оптических сред, согласно которому излучение от источника пропускают через конденсор и направляют на емкость с исследуемым объектом, затем улавливают излучение, которое направляют на фотоумножитель и средства регистрации и анализа, который характеризуется тем, что емкость с исследуемым объектом устанавливают вертикально перпендикулярно оптической оси с возможностью трехкоординатного перемещения относительно оптической оси и с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной оптической оси, на любой угол, при этом за емкостью с исследуемым объектом на оптической оси со стороны, противоположной источнику излучения, размещают неподвижный исследовательский объектив, изображение с которого подают на фотоумножитель и средства регистрации и анализа, в которых для визуального анализа цветного изображения используют прибор с зарядовой связью, см. патент РФ №2198415.
Известен оптико-электронный способ определения кальцийсодержащих компонентов строительных растворов, согласно которому излучение от источника направляют на исследуемый объект и исследуют излучение, прошедшее через объект с помощью средств визуализации, который характеризуется тем, что исследуемый объект и объектив размещают на оптической оси между двумя анализаторами-поляризаторами, при этом между объективом и анализатором-поляризатором, расположенным со стороны средств визуализации, на оптической оси устанавливают аподизационную диафрагму, настраивают объектив на исследуемый объект, добиваясь резкости изображения, затем настраивают анализаторы-поляризаторы путем изменения угла поляризации, добиваясь отсутствия основного излучения, затем фиксируют с помощью средств визуализации появившуюся на средствах визуализации поляризационную картину, производят с помощью объектива юстировку поляризационной картины, после чего сравнивают ее с эталонными изображениями, полученными аналогичным способом от кальцийсодержащих компонентов датированных строительных растворов, после чего делают вывод о виде входящих в исследуемый объект кальцийсодержащих компонентов и их количестве и возрасте, см. патент №78945.
Данному аналогу присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения, в связи с чем данное известное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.
Недостатком известных средств является сложность подготовительных работ с исследуемым объектом, в связи с необходимостью изготовления шлифов, которые приготавливают из структур исследуемых минералов, сцепленных между собой канадским бальзамом (не пропускающим ультрафиолетовое излучение), и полируемых до толщины 20-30 мк. При изготовлении шлифов теряется громадная часть информации об исследуемом объекте. Шлифы всегда имеют вид плоскопараллельных пластин, из-за этого информация с них только оптическая (дисперсия, двулучепреломление, показатели преломления, пропускание, поглощение, отражение, углы погасания и т.д.) и что-то по ним сказать о строении минералов невозможно. Порошки исследуются, но их состав заранее известен. Исследуемый объект, как правило, состоит из нескольких зон: кристаллических, жидкокристаллических, аморфных, аморфно-кристаллических и непрозрачных. Кристаллические и жидкокристаллические зоны пропускают первичное излучение за счет поворота плоскости поляризации в них. Аморфные зоны хаотично преломляют первичное излучение, и на выходе получается рассеянное вторичное излучение. Непрозрачные зоны не пропускают первичное излучение. Аморфно-кристаллические зоны, которые составляют 90% от объема исследуемых объектов, представляют наибольший интерес, и задача состоит в получении их изображения.
В основу настоящего изобретения положено решение сложной технической задачи исследования минералов и органических структур с зонами, имеющими различные коэффициенты пропускания и разную степень поляризации, в частности, фрагментов керамики, обнаруженных при археологических исследованиях с целью определения их состава и идентичности.
Сущность заявляемого изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.
Метод бесконтактного полиполяризационного исследования минералов и органических структур, с различными коэффициентами пропускания, включающий подготовку исследуемого объекта и его визуальное исследование с использованием оптической системы, характеризующийся тем, что подготовку исследуемого объекта осуществляют до тех пор, пока его толщина вдоль оптической оси становится достаточной для того, чтобы его коэффициент пропускания был больше нуля, а в оптическую систему включают оптически связанные между собой анализатор и поляризатор, затем исследуемый объект размещают между анализатором и поляризатором и воздействуют на него излучением от первичного источника, при этом поворотом анализатора осуществляют снижение интенсивности паразитного излучения первичного источника, миновавшего исследуемый объект, после чего наблюдают полученную оптимальную картину исследуемого объекта, сравнивают полученное таким образом изображение исследуемого объекта с эталонным изображением и делают вывод о составе и свойствах исследуемого объекта и их отличиях.
В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, совокупности признаков которых совпадают с совокупностью отличительных признаков заявленного изобретения.
Отдельные отличительные признаки заявленного изобретения, такие как источники излучения, анализаторы-поляризаторы, средства визуализации, известны из уровня техники, однако заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии данных отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат, который заключается в том, что предварительная подготовка исследуемого образца заявленным способом и снижение в процессе исследования интенсивности паразитного излучения первичного источника позволяет исследовать вторичное излучение от объекта и получать изображения различных зон объекта различными по цвету и интенсивности, видеть четкие контуры и границы этих зон, что позволяет достоверно определить структурный состав исследуемого объекта.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана общая схема реализации заявленного метода, на фиг.2 - вид получаемого изображения исследуемого объекта при наличии паразитного излучения первичного источника, на фиг.3 - вид получаемого изображения исследуемого объекта при отсутствии паразитного излучения первичного источника.
На чертеже на фиг.1 позициями обозначены: 1 - анализатор, 2 - поляризатор, 3 - предметное стекло, 4 - исследуемый объект, 5 - кристаллическая зона в исследуемом объекте, 6 - аморфно-кристаллическая зона в исследуемом объекте, 7 - аморфная зона в исследуемом объекте объектив, 8 - непрозрачная зона в исследуемом объекте, 9 - излучение первичного источника, 10 - вторичное излучение, 11 - паразитное излучение первичного источника, миновавшее исследуемый объект.
На чертеже на фиг.2 позициями обозначены: 12 - область изображения, засвеченная паразитным излучением первичного источника, 13 - вид контуров исследуемого объекта, 14 - области исследуемого объекта, невидимые на полученном изображении.
На чертеже на фиг.3 позициями обозначены: 15 - зоны изображения при снижении интенсивности паразитного излучением первичного источника, 16 - изображения зон исследуемого объекта, полученные за счет поляризации, 17 - изображения зон исследуемого объекта, полученные за счет вторичного излучения, 18 - изображения зон исследуемого объекта, полученные за счет излучения первичного источника и вторичного излучения, 19 - оптически непрозрачные зоны исследуемого объекта.
Заявленный метод реализуют следующим образом.
Подготовку исследуемого объекта 4 осуществляют до тех пор, пока его толщина вдоль оптической оси становится достаточной для того, чтобы его коэффициент пропускания был больше нуля. Размещают исследуемый объект на предметном стекле 3 в оптической системе, включающей оптически связанные между собой анализатор 1 и поляризатор 2, и воздействуют на исследуемый объект 4 излучением 9 от первичного источника. Исследуемый объект 4 в проходящем свете становится источником вторичного излучения 10, которое и подвергается дальнейшему исследованию. Поворотом анализатора 1 осуществляют снижение интенсивности паразитного излучения 11 первичного источника, миновавшего исследуемый объект 4, после чего наблюдают полученную оптимальную картину исследуемого объекта 4. При этом происходит "затухание " фона и увеличение яркости кристаллов за счет поворота плоскости поляризации этими кристаллами в системе «анализатор-поляризатор», а так же появляется четкое изображение всех зон исследуемого объекта как вторичного источника излучения. При работе с глазом яркие объекты мешают анализировать едва видимы (щурим глаза, закрываем глаза от солнца и т.п..), а при работе с ПЗС-матрицами яркие источники света, попадающие в цифровую камеру, искажают и цвет, и структуру исследуемого объекта. При реализации заявленного метода этого не происходит. Все кристаллические зоны 5 исследуемого объекта становятся видны на изображении за счет обычной поляризации. Для других зон исследуемого объекта система «анализатор-поляризатор» является поляризационным фильтром.
Дальнейшее исследование ведется путем сравнения полученного таким образом изображения исследуемого объекта с эталоном (минералы) или с получаемым в обычном микроскопе изображением (органика), после чего делают окончательный вывод о составе и свойствах исследуемого объекта и их отличиях.
Существенным преимуществом заявленного способа является возможность визуально и с высокой степенью достоверности определить структурный состав исследуемого объекта для целей его идентификации.
Заявленный способ был опробован специалистами Санкт-Петербургского Института истории материальной культуры при исследованиях фрагментов археологических материалов для установления их минерального и биологического состава и идентификации с эталонными.
Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения.
Способ бесконтактного полиполяризационного исследования минералов и органических структур с различными коэффициентами пропускания, включающий подготовку исследуемого объекта и его визуальное исследование с использованием оптической системы, содержащей размещенные на оптической оси источник излучения, поляризатор, исследуемый объект, анализатор, отличающийся тем, что подготовку исследуемого объекта осуществляют до тех пор, пока его толщина вдоль оптической оси становится достаточной для того, чтобы его коэффициент пропускания был больше нуля, затем на исследуемый объект воздействуют излучением от первичного источника, при этом поворотом анализатора осуществляют снижение интенсивности паразитного излучения первичного источника, миновавшего исследуемый объект, после чего наблюдают полученную оптимальную картину исследуемого объекта, сравнивают полученное таким образом изображение исследуемого объекта с эталонным изображением и делают вывод о составе и свойствах исследуемого объекта и их отличиях.
