RU83138U1 - Sperm Fertility Analyzer - Google Patents
Sperm Fertility Analyzer Download PDFInfo
- Publication number
- RU83138U1 RU83138U1 RU2009105769/22U RU2009105769U RU83138U1 RU 83138 U1 RU83138 U1 RU 83138U1 RU 2009105769/22 U RU2009105769/22 U RU 2009105769/22U RU 2009105769 U RU2009105769 U RU 2009105769U RU 83138 U1 RU83138 U1 RU 83138U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- biprism
- fresnel biprism
- slit diaphragm
- common axis
- slit
- Prior art date
Links
- 230000035558 fertility Effects 0.000 title claims abstract description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 21
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 11
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 230000019100 sperm motility Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
1. Анализатор фертильности спермы, содержащий источник света, оптический элемент, камеру для исследуемого образца и фотоприемник, выход которого соединен с входом блока обработки сигнала, отличающийся тем, что дополнительно содержит две щелевые диафрагмы, оптический элемент выполнен в виде бипризмы Френеля, при этом источник гауссового пучка квази- или монохроматического света, бипризма Френеля, первая щелевая диафрагма, камера для исследуемого образца, вторая щелевая диафрагма и фотоприемник расположены в указанной выше последовательности вдоль общей оси, а излучаемый источником гауссовый пучок квази- или монохроматического света направлен на грань бипризмы Френеля, которая перпендикулярна общей оси и расположена напротив пересекающего под прямым углом общую ось ребра тупого угла бипризмы Френеля, обе щелевые диафрагмы расположены в параллельных плоскостях, причем их щели расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через общую ось и ребро тупого угла бипризмы Френеля, камера для исследуемого образца расположена параллельно первой щелевой диафрагме и на расстоянии от нее, обеспечивающем формирование в измерительном объеме интерференционного поля посредством двух дополнительных пучков света, выделенных первой щелевой диафрагмой из пучков света, преломленных бипризмой Френеля, при этом в плоскости второй щелевой диафрагмы расстояние между дополнительными пучками больше ширины ее щели. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок обработки сигнала выполнен в виде микропроцессора.1. Sperm fertility analyzer containing a light source, an optical element, a camera for the test sample and a photodetector, the output of which is connected to the input of the signal processing unit, characterized in that it additionally contains two slotted diaphragms, the optical element is made in the form of Fresnel biprism, while the source a Gaussian beam of quasi- or monochromatic light, Fresnel biprism, the first slit diaphragm, the chamber for the test sample, the second slit diaphragm and photodetector are located in the above sequence along the common axis, and the Gaussian beam of quasi- or monochromatic light emitted by the source is directed to the face of the Fresnel biprism, which is perpendicular to the common axis and opposite the common axis of the edge intersecting at a right angle, of the obtuse angle of the Fresnel biprism, both slotted diaphragms are located in parallel planes, and their the slots are located symmetrically with respect to the plane passing through the common axis and the edge of the obtuse angle of the Fresnel biprism, the chamber for the test sample is parallel to the first slit diaphragm e and at a distance from it, providing formation in the measuring volume by means of the interference field of two additional light beams allocated to the first slit diaphragm of the light beams refracted Fresnel biprism, wherein, in the second slit diaphragm distance between the additional sheaves greater than the width of its slit. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the signal processing unit is made in the form of a microprocessor.
Description
Полезная модель относится к медицинской измерительной технике, а именно к анализаторам основных показателей фертильности спермы.The utility model relates to medical measuring equipment, namely to analyzers of the main indicators of sperm fertility.
Из достигнутого уровня техники известен анализатор фертильности спермы, содержащий расположенные последовательно вдоль оптической оси: источник света, коллиматор, формирователь сходящегося конического пучка света с кольцевым поперечным сечением, камеру для исследуемого образца, диафрагму, пропускающую только свет, претерпевший рассеяние или отражение в измерительном объеме камеры, и линзу. В предметной плоскости линзы расположена камера для исследуемого образца, а в плоскости изображения линзы размещен матричный фотоэлектрический преобразователь. Выход преобразователя через АЦП соединен с вычислителем (микропроцессором) (см. US 4896966, Boisseau et al., 30.01.1990).A sperm fertility analyzer is known from the prior art, which comprises sequentially along the optical axis: a light source, a collimator, a shaper of a converging conical light beam with an annular cross section, a camera for the test sample, a diaphragm that transmits only light that has undergone scattering or reflection in the measuring volume of the camera , and a lens. A camera for the test sample is located in the objective plane of the lens, and a matrix photoelectric converter is placed in the image plane of the lens. The converter output via an ADC is connected to a computer (microprocessor) (see US 4896966, Boisseau et al., 01/30/1990).
Использование формирователя сходящегося конического пучка света с кольцевым поперечным сечением, воздействующего на находящийся в камере образец, а также диафрагмы, пропускающей только рассеянный или отраженный свет, предотвращает паразитную засветку матричного фотоэлектрического преобразователя светом, не претерпевшим рассеяние и отражение в измерительном объеме. Это предполагает получение достаточно высокого отношения сигнал/шум, однако этот результат достигается за счет существенного усложнения оптической системы устройства. Использование многокомпонентной оптической системы приводит не только к увеличению габаритов устройства, но и его стоимости, в том числе, за счет увеличения трудозатрат при его сборке и юстировке. Кроме того, использование матричного фотоэлектрического преобразователя, например, на основе приборов с зарядовой связью, неизбежно влечет за собой необходимость использования сложных алгоритмов обработки поступающего на вход вычислителя видеосигнала.The use of a shaper of a converging conical beam of light with an annular cross-section, acting on a sample in the chamber, as well as a diaphragm that transmits only scattered or reflected light, prevents spurious illumination of the matrix photoelectric transducer by light that has not undergone scattering and reflection in the measuring volume. This involves obtaining a sufficiently high signal to noise ratio, however, this result is achieved due to a significant complication of the optical system of the device. The use of a multicomponent optical system leads not only to an increase in the dimensions of the device, but also to its cost, including due to an increase in labor costs during its assembly and adjustment. In addition, the use of a matrix photoelectric converter, for example, based on charge-coupled devices, inevitably entails the need to use complex processing algorithms for the video signal input to the computer.
Известен также анализатор фертильности спермы, содержащий расположенные последовательно вдоль оптической оси источник света, пространственный модулятор света (оптический элемент), обеспечивающий периодическую амплитудную модуляцию падающего на него пучка, камеру для исследуемого образца и фотоприемник, выход которого соединен с входом блока обработки сигнала, который выполнен в виде A sperm fertility analyzer is also known, which contains a light source located in series along the optical axis, a spatial light modulator (optical element), which provides periodic amplitude modulation of the incident beam, a camera for the test sample and a photodetector, the output of which is connected to the input of the signal processing unit, which is made as
анализатора спектра мощности фототока (см. RU 2130183, Габбасов и др., 10.05.1999 - прототип).a photocurrent power spectrum analyzer (see RU 2130183, Gabbasov et al. 05/10/1999 - prototype).
Это устройство характеризуется, с одной стороны, небольшими габаритами, а с другой - низким отношением сигнал/шум, поскольку на фотоприемник поступает не только полезный сигнал (часть амплитудно-модулированного в поперечном сечении пучка от источника света, которая претерпела рассеяние на находящихся в измерительном объеме частицах), но и паразитная засветка, а именно, часть упомянутого выше пучка, прошедшая измерительный объем без рассеяния. При этом, как следует из описания к более позднему изобретению (RU 2282853, Габбасов, 27.08.2006), паразитная засветка фотоприемника приводит к существенным погрешностям при определении количества частиц в измерительном объеме. Таким образом, сигнал с выхода фотоприемника обеспечивает возможность получения не только информации о распределении частиц по скоростям (на основе регистрации спектра мощности фототока), но и о количестве частиц в измерительном объеме посредством известного из уровня техники алгоритма обработки сигнала фотоприемника.This device is characterized, on the one hand, by its small dimensions and, on the other hand, by a low signal to noise ratio, since the photodetector receives not only a useful signal (part of the beam that is amplitude-modulated in the cross section from the light source, which has undergone scattering by those in the measuring volume particles), but also spurious illumination, namely, the part of the beam mentioned above that has passed the measuring volume without scattering. Moreover, as follows from the description of the later invention (RU 2282853, Gabbasov, 08.27.2006), spurious illumination of the photodetector leads to significant errors in determining the number of particles in the measuring volume. Thus, the signal from the output of the photodetector provides the opportunity to obtain not only information about the particle velocity distribution (based on recording the power spectrum of the photocurrent), but also about the number of particles in the measuring volume by means of a photodetector signal processing algorithm known from the prior art.
Что касается точности определения распределения частиц по скоростям в прототипе, то сведения об используемом пространственном модуляторе света отсутствуют. Однако, в представляющем безусловный практический интерес случае использования дифракционной решетки в качестве пространственного модулятора света, движение частицы в созданном интерференционном поле приведет к появлению двух сигналов. Первый сигнал обусловлен пересечением частицей главных максимумов интерференционного поля, а второй - побочный сигнал - пересечением той же частицей вторичных максимумов интерференционного поля, имеющих меньший пространственный период по сравнению с пространственным периодом главных максимумов. При этом, несмотря на то, что интенсивность вторичных максимумов составляет около 4% от интенсивности главных максимумов, появление побочного более высокочастотного сигнала может привести к существенным ошибкам измерений, в частности, при определении верхней границы диапазона скоростей частиц.As for the accuracy of determining the distribution of particle velocities in the prototype, there is no information about the spatial light modulator used. However, in the case of the undoubted practical interest of using a diffraction grating as a spatial light modulator, the motion of a particle in the created interference field will lead to the appearance of two signals. The first signal is due to the intersection of the main maxima of the interference field by the particle, and the second, the side signal, is due to the intersection of the secondary maxima of the interference field by the same particle, which have a shorter spatial period than the spatial period of the main maxima. Moreover, despite the fact that the intensity of the secondary maxima is about 4% of the intensity of the main maxima, the appearance of a secondary higher-frequency signal can lead to significant measurement errors, in particular, when determining the upper boundary of the particle velocity range.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи повышения точности определения как количества сперматозоидов, так и распределения их по скоростям при одновременном сохранении габаритов устройства. Достигаемый при этом технический результат заключается в исключении попадания на фотоприемник как паразитной засветки, так и света, рассеянного в областях камеры, расположенных This useful model is aimed at solving the technical problem of increasing the accuracy of determining both the number of sperm and their distribution by speed while maintaining the dimensions of the device. The technical result achieved in this case is to prevent both spurious illumination and light scattered in the areas of the camera located on the photodetector
вне измерительного объема, а также в существенном уменьшении паразитной амплитудной модуляции полезного сигнала.outside the measuring volume, as well as in a significant reduction in spurious amplitude modulation of the useful signal.
Поставленная задача решена тем, что анализатор фертильности спермы, содержащий источник света, оптический элемент, камеру для исследуемого образца и фотоприемник, выход которого соединен с входом блока обработки сигнала, согласно полезной модели, дополнительно содержит две щелевые диафрагмы, оптический элемент выполнен в виде бипризмы Френеля. При этом источник гауссового пучка квази- или монохроматического света, бипризма Френеля, первая щелевая диафрагма, камера для исследуемого образца, вторая щелевая диафрагма и фотоприемник расположены в указанной выше последовательности вдоль общей оси. Излучаемый источником гауссовый пучок квази- или монохроматического света направлен на грань бипризмы Френеля, которая перпендикулярна общей оси и расположена напротив пересекающего под прямым углом общую ось ребра тупого угла бипризмы Френеля. Обе щелевые диафрагмы расположены в параллельных плоскостях, причем их щели расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через общую ось и ребро тупого угла бипризмы Френеля. Камера для исследуемого образца расположена параллельно первой щелевой диафрагме и на расстоянии от нее, обеспечивающем формирование в измерительном объеме интерференционного поля посредством двух дополнительных пучков света, выделенных первой щелевой диафрагмой из пучков света, преломленных бипризмой Френеля, при этом в плоскости второй щелевой диафрагмы расстояние между дополнительными пучками больше ширины ее щели.The problem is solved in that the sperm fertility analyzer containing a light source, an optical element, a camera for the test sample and a photodetector, the output of which is connected to the input of the signal processing unit, according to the utility model, additionally contains two slit diaphragms, the optical element is made in the form of Fresnel biprism . In this case, the source of a Gaussian beam of quasi- or monochromatic light, Fresnel biprism, the first slit diaphragm, the chamber for the test sample, the second slit diaphragm, and the photodetector are located in the above sequence along the common axis. The Gaussian beam of quasi- or monochromatic light emitted by the source is directed to the face of the Fresnel biprism, which is perpendicular to the common axis and opposite the common axis of the edge intersecting at right angles to the obtuse angle of the Fresnel biprism. Both slit diaphragms are located in parallel planes, and their slots are located symmetrically with respect to the plane passing through the common axis and the edge of the obtuse angle of the Fresnel biprism. The chamber for the test sample is located parallel to and at a distance from the first slit diaphragm, which ensures the formation of an interference field in the measuring volume by two additional light beams extracted from the light beams refracted by the Fresnel biprism by the first slit diaphragm, while the distance between the additional slit diaphragms in the plane of the second slit diaphragm beams greater than the width of its gap.
Поставленная задача может быть решена также тем, что блок обработки сигнала выполнен в виде микропроцессора.The problem can also be solved by the fact that the signal processing unit is made in the form of a microprocessor.
Преимущество патентуемого анализатора перед прототипом состоит в том, что совместное использование бипризмы Френеля и первой щелевой диафрагмы обеспечивают формирование интерференционного поля в измерительном объеме камеры посредством двух пересекающихся под углом Θ дополнительных пучков света, которые выделяются с помощью первой щелевой диафрагмы соответственно из первого и второго преломленных бипризмой Френеля пучков света. При этом, изменяя расстояние между бипризмой Френеля и первой щелевой диафрагмой, можно изменять: степень неравномерности распределения интенсивности по сечению одновременно обоих дополнительных пучков, интенсивность одновременно обоих дополнительных пучков, а также в небольшом диапазоне - величину угла Θ между ними. Это дает возможность The advantage of the patented analyzer over the prototype is that the combined use of the Fresnel biprism and the first slit diaphragm ensure the formation of an interference field in the measuring volume of the chamber by means of two additional light beams intersecting at an angle Θ, which are extracted using the first slit diaphragm from the first and second refracted biprisms, respectively Fresnel beams of light. At the same time, changing the distance between the Fresnel biprism and the first slit diaphragm, you can change: the degree of unevenness of the intensity distribution over the cross section of both additional beams simultaneously, the intensity of both additional beams simultaneously, and also in a small range, the angle Θ between them. This makes it possible
регулировать соответственно степень паразитной амплитудной модуляции полезного сигнала, видимость интерференционных полос, а также их пространственный период.adjust accordingly the degree of parasitic amplitude modulation of the useful signal, the visibility of interference fringes, as well as their spatial period.
Кроме того, использование для формирования интерференционного поля в измерительном объеме камеры двух дополнительных пучков, пересекающихся между собой под углом Θ, биссектриса которого совпадает с общей осью анализатора, обеспечивает возможность с помощью только одной второй щелевой диафрагмы исключить попадание на фотоприемник как паразитной засветки, так и света, рассеянного вне измерительного объема камеры, что повышает отношение сигнал/шум с 25-28 дБ до 40-48 дБ, что дает возможность повысить точность определения количества сперматозоидов и распределение их по скоростям.In addition, the use of two additional beams intersecting each other at an angle Θ, the bisector of which coincides with the common axis of the analyzer, to form the interference field in the measuring volume of the chamber, allows using only one second slit diaphragm to exclude spurious illumination and light scattered outside the measuring volume of the camera, which increases the signal-to-noise ratio from 25-28 dB to 40-48 dB, which makes it possible to increase the accuracy of determining the amount of spermatozoa oidov and distribution of their velocities.
Замена пространственного модулятора света на бипризму Френеля не приводит к увеличению осевых размеров и габаритов устройства. Первая щелевая диафрагма, как будет показано ниже, в предпочтительном случае располагается вплотную к камере, а расстояние от нее до второй щелевой диафрагмы в большинстве практически важных случаев не превышает 20 мм. Иными словами, предложенное устройство, как и прототип, сохраняет небольшие осевые размеры.Replacing the spatial light modulator with a Fresnel biprism does not increase the axial dimensions and dimensions of the device. The first slit diaphragm, as will be shown below, is preferably located close to the camera, and the distance from it to the second slit diaphragm in most practically important cases does not exceed 20 mm. In other words, the proposed device, like the prototype, retains small axial dimensions.
Существо полезной модели поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения указанных выше технических результатов патентуемой совокупностью существенных признаков.The essence of the utility model is illustrated by a specific example, which, however, is not the only possible one, but clearly demonstrates the possibility of achieving the above technical results with a patentable combination of essential features.
На фиг.1 изображена принципиальная схема анализатора фертильности спермы; на фиг.2 - вариант формирования бипризмой Френеля перекрывающихся между собой пучков света; на фиг.3 - распределение модуля амплитуды в поперечном сечении пучков света, преломленных бипризмой Френеля в сечении А-А фиг.2.Figure 1 shows a schematic diagram of a sperm fertility analyzer; figure 2 is a variant of the formation of Fresnel biprism overlapping beams of light; figure 3 - distribution of the amplitude modulus in the cross section of light beams refracted by Fresnel biprism in section AA of figure 2.
Анализатор содержит (фиг.1) расположенные последовательно вдоль общей оси 1 источник 2 квази- или монохроматического света, бипризму 3 Френеля (далее - бипризма), первую щелевую диафрагму 4, камеру 5 для исследуемого образца, вторую щелевую диафрагму 6 и фотоприемник 7. Выход фотоприемника 7 соединен с входом блока 8 обработки сигнала. В качестве источника 2 квази- или монохроматического света могут использоваться светодиоды или лазеры, предпочтительно полупроводниковые. Вместо бипризмы 3, в принципе, могут быть использованы и другие расщепители света с делением волнового фронта (например, бизеркала Френеля или призменно-зеркальные расщепители). Однако, с точки зрения обеспечения минимальных габаритов, бипризма 3 имеет безусловное преимущество. Камера 5 для исследуемого образца The analyzer contains (Fig. 1) a quasi- or monochromatic light source 2 arranged in series along a common axis 1, a Fresnel biprism 3 (hereinafter referred to as biprism), a first slit diaphragm 4, a camera 5 for the test sample, a second slit diaphragm 6 and a photodetector 7. Exit the photodetector 7 is connected to the input of the signal processing unit 8. As the source 2 of quasi- or monochromatic light, LEDs or lasers, preferably semiconductor, can be used. Instead of biprism 3, in principle, other wavefront-splitting light splitters (for example, Fresnel bisercal mirrors or prism-mirror splitters) can be used. However, from the point of view of ensuring the minimum dimensions, biprism 3 has an absolute advantage. Chamber 5 for the test sample
изготовлена из оптически прозрачного материала, предпочтительно стекла, и выполнена разборной, что существенно облегчает процесс подготовки камеры 5 к очередным измерениям (мойку, обезжиривание, протирку и т.п.). Глубина полости 51 камеры 5 должна быть, с одной стороны, достаточно большой, чтобы сперматозоиды перемещались без соприкосновения с верхней и нижней стенками камеры 5. С другой стороны, глубина полости 51 должна быть небольшой, чтобы сперматозоиды не перемещались в направлении, перпендикулярном верхней и нижней стенкам камеры 5. При исследовании характеристик сперматозоидов рекомендуемая глубина полости 51 камеры 5 для исследуемого образца составляет 200 мкм.made of optically transparent material, preferably glass, and made collapsible, which greatly facilitates the process of preparing the chamber 5 for the next measurements (washing, degreasing, wiping, etc.). The depth of the cavity 51 of the chamber 5 should be, on the one hand, large enough so that the sperm cells move without touching the upper and lower walls of the chamber 5. On the other hand, the depth of the cavity 51 should be small so that the sperm cells do not move in the direction perpendicular to the upper and lower the walls of the chamber 5. When studying the characteristics of sperm, the recommended depth of the cavity 51 of the chamber 5 for the test sample is 200 μm.
Излучаемый источником 2 гауссовый пучок 9 квази- или монохроматического света направлен соосно оси 1 на грань 10 бипризмы 3, которая перпендикулярна общей оси 1 и расположена напротив пересекающей под прямым углом ось 1 ребра 11 тупого угла бипризмы 3. Преломленные бипризмой 3 пучки 12 и 13 света частично (фиг.1) или полностью (фиг.2) перекрываются между собой с образованием симметричной относительно оси 1 области 14 перекрытия. Щелевая диафрагма 4 расположена в области 14 перекрытия преломленных бипризмой 3 пучков 12 и 13 и перпендикулярно оси 1. Щель 41 диафрагмы 4 расположена симметрично относительно плоскости, проходящей через ось 1 и ребро 11 бипризмы 3, при этом боковые края щели 41 параллельны ребру 11 бипризмы 3, а ширина щели 41 равна h1.The Gaussian beam 9 of quasi- or monochromatic light emitted by the source 2 is directed coaxially to axis 1 to face 10 of biprism 3, which is perpendicular to common axis 1 and is opposite the edge 1 intersecting at right angles of edge 11 of the biprism obtuse angle 3. Light beams 12 and 13 refracted by biprism 3 partially (Fig. 1) or completely (Fig. 2) overlap with each other with the formation of a region 14 overlapping symmetrical with respect to axis 1. The slit diaphragm 4 is located in the overlap region 14 of the beams 12 and 13 refracted by the biprism 3 and is perpendicular to the axis 1. The slit 41 of the diaphragm 4 is located symmetrically with respect to the plane passing through the axis 1 and the edge 11 of the biprism 3, while the lateral edges of the slit 41 are parallel to the edge 11 of the biprism 3 , and the width of the gap 41 is equal to h 1 .
Камера 5 для исследуемого образца расположена параллельно диафрагме 4 и на расстоянии от нее, обеспечивающем формирование в ее измерительном объеме 15 интерференционного поля посредством двух дополнительных пучков 16 и 17 света, выделенных диафрагмой 4 из преломленных бипризмой 3 пучков света 12 и 13.The chamber 5 for the test sample is located parallel to the diaphragm 4 and at a distance from it, which ensures the formation of an interference field in its measuring volume 15 by means of two additional light beams 16 and 17, selected by the diaphragm 4 from the light beams 12 and 13 refracted by biprism 3.
Диафрагма 6 расположена в плоскости, параллельной плоскости размещения диафрагмы 4. Щель 61 диафрагмы 6, также как и щель 41 диафрагмы 4, расположена симметрично относительно плоскости, проходящей через ось 1 и ребро 11 бипризмы 3. При этом боковые края щели 61 параллельны ребру 11 бипризмы 3, а ширина щели 61 равна h2, удовлетворяющей неравенству: hИ≤h2≤h1, где hИ - размер измерительного объема 15 в направлении, соответствующем направлению измеряемой скорости, и не превышает расстояния между дополнительными пучками 16 и 17 света в плоскости ее расположения.The diaphragm 6 is located in a plane parallel to the plane of the diaphragm 4. The slit 61 of the diaphragm 6, as well as the slit 41 of the diaphragm 4, is symmetrical with respect to the plane passing through the axis 1 and the edge 11 of the biprism 3. In this case, the lateral edges of the slit 61 are parallel to the edge 11 of the biprism 3, and the width of the slit 61 is equal to h 2 satisfying the inequality: h AND ≤h 2 ≤h 1 , where h AND is the size of the measuring volume 15 in the direction corresponding to the direction of the measured speed and does not exceed the distance between the additional light beams 16 and 17 in its plane zheniya.
В качестве фотоприемника 7 могут быть использованы полупроводниковые фоторезисторы или фотодиоды. Блок 8 обработки сигнала может быть аналоговым или цифровым - в виде микропроцессора, обеспечивающим дополнительно (по сравнению с As the photodetector 7, semiconductor photoresistors or photodiodes can be used. The signal processing unit 8 may be analog or digital - in the form of a microprocessor, providing additionally (in comparison with
вычислителем, используемом в прототипе) вычисление отношения квадрата средней интенсивности падающего на фотоприемник 7 света к дисперсии упомянутой выше интенсивности. На фиг.3 используются также следующие обозначения |U1|, |U2| - модули амплитуд в сечении А-А фиг.2 преломленных пучков 12 и 13 света, соответственно; х - расстояние от общей оси 1 в плоскости чертежа.the calculator used in the prototype) calculates the ratio of the square of the average intensity of the light incident on the photodetector 7 to the dispersion of the intensity mentioned above. Figure 3 also uses the following notation | U 1 |, | U 2 | - amplitude modules in section AA of FIG. 2 of refracted light beams 12 and 13, respectively; x is the distance from the common axis 1 in the plane of the drawing.
Анализатор работает следующим образом.The analyzer works as follows.
Излучаемый источником 2 гауссовый пучок 9 квази- или монохроматического света направляется соосно оси 1 на грань 10 бипризмы 3. За счет преломления в бипризме 3 гауссовый пучок 9 делится пополам на два расходящихся пучка 12 и 13 (иными словами, на две половины гауссового пучка 9), которые либо частично (фиг.1), либо полностью (фиг.2) перекрываются между собой с образованием симметричной относительно плоскости, проходящей через ось 1 и ребро 11 бипризмы 3 области 14 перекрытия. Причем в любой плоскости, перпендикулярной оси 1 и пересекающей область 14 перекрытия преломленных пучков 12 и 13, наблюдаются интерференционные полосы. Однако, в отличие от известного из уровня техники случая перекрытия преломленных бипризмой Френеля пучков с равномерным распределением амплитуды по их поперечным сечениям (см., например, М.Борн, Э.Вольф, Основы оптики, М., изд. «Наука», 1970, с.295), видимость полос интерференционного поля, образующегося после бипризмы 3 Френеля в результате перекрытия двух половин гауссова пучка 9, монотонно уменьшается при увеличении расстояния х от оси 1. Дело в том, что распределение модуля амплитуды |U1| (или интенсивности I=[U|2) в поперечном сечении одного преломленного бипризмой 3 пучка света, например, обозначенного позицией 12, зеркально симметрично относительно плоскости, проходящей через ось 1 и ребро 11 бипризмы 3, распределению модуля амплитуды (U2) другого преломленного пучка 13 света (фиг.3). Таким образом, с увеличением расстояния от упомянутой выше плоскости увеличивается разность между амплитудами интерферирующих волн, а следовательно, уменьшается видимость интерференционных полос. Это приводит к возникновению паразитной амплитудной модуляции полезного сигнала, следствием которой является увеличение флуктуации фототока.The Gaussian beam 9 of quasi- or monochromatic light emitted by source 2 is directed coaxially to axis 1 to face 10 of biprism 3. Due to refraction in biprism 3, the Gaussian beam 9 is divided in half into two diverging beams 12 and 13 (in other words, into two halves of the Gaussian beam 9) , which either partially (Fig. 1) or completely (Fig. 2) overlap with each other with the formation of a symmetrical relative to the plane passing through the axis 1 and the edge 11 of the biprism 3 region 14 overlap. Moreover, in any plane perpendicular to the axis 1 and intersecting the overlap region 14 of the refracted beams 12 and 13, interference fringes are observed. However, in contrast to the known case of overlapping beams refracted by Fresnel biprism with a uniform distribution of amplitude over their cross sections (see, for example, M. Born, E. Wolf, Fundamentals of Optics, M., ed. "Science", 1970 , p.295), the visibility of the fringe fringe bands formed after the Fresnel biprism 3 as a result of the overlap of two halves of the Gaussian beam 9, decreases monotonically with increasing distance x from axis 1. The fact is that the distribution of the amplitude modulus | U 1 | (or intensities I = [U | 2 ) in the cross section of one beam of light refracted by biprism 3, for example, indicated by 12, is mirror symmetric with respect to the plane passing through axis 1 and rib 11 of biprism 3, the distribution of the amplitude modulus (U 2 ) of the other refracted beam 13 of light (figure 3). Thus, with increasing distance from the above-mentioned plane, the difference between the amplitudes of the interfering waves increases, and therefore, the visibility of interference fringes decreases. This leads to the occurrence of spurious amplitude modulation of the useful signal, which results in an increase in photocurrent fluctuations.
Согласно же патентуемой полезной модели интерференционное поле в измерительном объеме 15 формируется с помощью двух дополнительных пучков 16 и 17 света, выделяемых с помощью диафрагмы 4. Дополнительный пучок 16 выделяется из пучка 12, а дополнительный пучок 17 - из пучка 13. Поскольку размещенная в области 14 перекрытия пучков 12 и 13 диафрагма 4 расположена в плоскости, перпендикулярной According to the patented utility model, the interference field in the measuring volume 15 is formed using two additional beams 16 and 17 of light emitted by the diaphragm 4. The additional beam 16 is extracted from the beam 12, and the additional beam 17 from the beam 13. Since it is located in region 14 overlapping beams 12 and 13, the diaphragm 4 is located in a plane perpendicular
оси 1, а ее щель 41 шириной h1 - симметрично относительно плоскости, проходящей через ось 1 и ребро 11 бипризмы 3, поэтому дополнительные пучки 16 и 17 света имеют одинаковую ширину b0=h1cos(Θ/2), где Θ - угол пересечения дополнительных пучков 16 и 17, биссектриса которого совпадает с осью 1. Кроме того, интенсивность дополнительных пучков 16 и 17, а также угол Θ между ними зависят от расстояния между бипризмой 3 и диафрагмой 4. С увеличением этого расстояния интенсивность пучков 16 и 17 и угол Θ между ними уменьшаются.axis 1, and its slit 41 of width h 1 is symmetrical with respect to the plane passing through axis 1 and edge 11 of biprism 3, therefore, additional light beams 16 and 17 have the same width b 0 = h 1 cos (Θ / 2), where Θ - the intersection angle of the additional beams 16 and 17, the bisector of which coincides with the axis 1. In addition, the intensity of the additional beams 16 and 17, as well as the angle Θ between them, depend on the distance between the biprism 3 and the diaphragm 4. With an increase in this distance, the intensity of the beams 16 and 17 and the angle Θ between them decreases.
Таким образом, соответствующим выбором расстояния между бипризмой 3 и диафрагмой 4 можно обеспечить:Thus, an appropriate choice of the distance between the biprism 3 and the diaphragm 4 can provide:
а) приемлемую в каждом конкретном случае неравномерность распределения амплитуды в поперечном сечении дополнительных пучков 16 и 17 (а следовательно, допустимую паразитную амплитудную модуляцию полезного сигнала);a) acceptable in each case, the uneven distribution of the amplitude in the cross section of the additional beams 16 and 17 (and therefore, the allowable spurious amplitude modulation of the useful signal);
б) необходимую для получения требуемой видимости интерференционных полос интенсивность дополнительных пучков 16 и 17;b) the intensity of the additional beams 16 and 17 necessary to obtain the required visibility of the interference fringes;
в) величину утла Θ между дополнительными пучками 16 и 17, необходимую для согласования периода интерференционных полос не только с размерами исследуемых частиц, но и с размером hИ измерительного объема 15 камеры 5 в направлении, соответствующем направлению измеряемой скорости.c) the angle ут between the additional beams 16 and 17, which is necessary for matching the period of interference fringes not only with the sizes of the particles being studied, but also with the size h AND of the measuring volume 15 of the chamber 5 in the direction corresponding to the direction of the measured velocity.
Ширина h1 щели 41 определяет максимальный размер hИ. С увеличением расстояния d между диафрагмой 4 и измерительным объемом 15 (иными словами, расстоянием между диафрагмой 4 и ближайшей к ней внутренней поверхностью камеры 5 для исследуемого образца) величина hИ уменьшается.The width h 1 of the slit 41 determines the maximum size h AND . With increasing distance d between the diaphragm 4 and the measuring volume 15 (in other words, the distance between the diaphragm 4 and the inner surface of the chamber 5 closest to it for the test sample), the value of h И decreases.
В предпочтительном случае осуществления полезной модели значение d равно толщине прозрачной стенки камеры 5, которая расположена вплотную к диафрагме 4. В большинстве практически важных случаев hИ лежит в интервале h1>hИ≥0,7h1, так как при меньших hИ неоправданно увеличивается осевой размер оптической системы.In the preferred case of the implementation of the utility model, the value of d is equal to the thickness of the transparent wall of the chamber 5, which is located close to the diaphragm 4. In most practically important cases, h AND lies in the range h 1 > h AND ≥0.7h 1 , since for smaller h AND it is unjustified the axial size of the optical system increases.
Таким образом, расположенная в полости 51 камеры 5 часть области пересечения дополнительных пучков 16 и 17 образует измерительный объем 15, полосы интерференционного поля в котором параллельны боковым краям щели 41 диафрагмы 4. Если в измерительный объем 15 попадает рассеивающая свет частица, движущаяся в поперечном направлении относительно полос интерференционного поля (в данном случае - сперматозоид), то за счет пересечения частицей интерференционных полос рассеянный ею свет будет промодулирован по интенсивности с частотой, которая обратно пропорциональна времени, затрачиваемого частицей на прохождение пространственного Thus, the part of the intersection region of the additional beams 16 and 17 located in the cavity 51 of the chamber 5 forms the measuring volume 15, the interference field strips in which are parallel to the lateral edges of the slit 41 of the diaphragm 4. If a light scattering particle gets in the transverse direction relative to of the interference field (in this case, the sperm), then due to the intersection of the interference fringes by the particle, the light scattered by it will be modulated in intensity with a frequency that is back proportional to the time spent by the particle on the passage of spatial
периода интерференционного поля в измерительном объеме. В случае, когда измерительный объем 15 пересекают одновременно много частиц, то частотный спектр суммарной интенсивности рассеянного этими частицами света адекватен распределению этих частиц по скоростям.period of the interference field in the measuring volume. In the case when the measuring volume 15 is intersected simultaneously by many particles, then the frequency spectrum of the total intensity of the light scattered by these particles is adequate to the velocity distribution of these particles.
Следствием использования диафрагмы 4 для выделения двух дополнительных пучков 16 и 17 света с резкими границами является возможность с помощью только одной диафрагмы 6 (расположенной в плоскости, в которой расстояние между дополнительными пучками 16 и 17 больше ширины ее щели), одновременно собрать рассеянный свет от измерительного объема 15 и предотвратить попадание на фотоприемник 7 как паразитной засветки (света, прошедшего через объем 15 без рассеяния), так и света, рассеянного в областях камеры 5, находящихся вне измерительного объема 15. При этом щель 61 расположена также как и щель 41 диафрагмы 4 симметрично относительно плоскости, проходящей через ось 1 и ребро 11 бипризмы, и имеет ширину h2, удовлетворяющую неравенству hИ≤h2≤h1.The consequence of using the diaphragm 4 to highlight two additional light beams 16 and 17 with sharp boundaries is the possibility, using only one diaphragm 6 (located in the plane in which the distance between the additional beams 16 and 17 is greater than the width of its slit), to simultaneously collect the scattered light from the measurement volume 15 and to prevent spurious illumination (light passing through volume 15 without scattering) and light scattered in areas of the chamber 5 outside the measuring volume 15 getting onto the photodetector 7. this gap 61 is located as well as the gap 41 of the diaphragm 4 symmetrically with respect to the plane passing through the axis 1 and the edge 11 of the biprism, and has a width h 2 satisfying the inequality h AND ≤h 2 ≤h 1 .
Если ширина щели 61 меньше hИ, то имеет место подавление полезного сигнала (уменьшается количество рассеянного частицами в прямом направлении света, собираемого диафрагмой 6). Если же ширина щели 61 больше h1, то на фотоприемник попадает свет, рассеянный частицами, которые находятся вне измерительного объема 15.If the width of the slit 61 is less than h AND , then there is suppression of the useful signal (the amount of light scattered by the particles in the forward direction of the light collected by the diaphragm 6 decreases). If the width of the slit 61 is greater than h 1 , then light scattered by particles that are outside the measuring volume 15 enters the photodetector.
Собранный диафрагмой 6 свет с помощью фотоприемника 7 преобразуется в электрический сигнал, который подается на вход блока 8. В качестве блока 8 может быть использован системный блок компьютера. В блоке 8 осуществляется спектральный анализ фототока, что позволяет определить как распределение частиц по скоростям, так и количество частиц, движущихся в соответствующем диапазоне скоростей. Кроме того, в блоке 8 определяются средняя интенсивность падающего на фотоприемник 7 света, рассеянного от измерительного объема 15, дисперсия упомянутой выше интенсивности, и вычисляется отношение квадрата первой величины ко второй. Это позволяет определить количество сперматозоидов в измерительном объеме. Устройство позволяет, в результате предварительной тарировки, определить концентрацию (в млн/мл), среднюю скорость (в мкм/сек) и подвижность сперматозоидов в задаваемых диапазонах их скоростей (например, превышающих 2 мкм/сек или 25 мкм/сек, в % от общего их числа) в рамках показателей, рекомендованных ВОЗ.The light collected by the diaphragm 6 with the help of a photodetector 7 is converted into an electrical signal, which is fed to the input of block 8. As a block 8, a computer system unit can be used. In block 8, a spectral analysis of the photocurrent is performed, which allows one to determine both the distribution of particles by velocities and the number of particles moving in the corresponding velocity range. In addition, in block 8, the average intensity of the light incident on the photodetector 7 scattered from the measurement volume 15 is determined, the dispersion of the intensity mentioned above, and the ratio of the square of the first magnitude to the second is calculated. This allows you to determine the number of sperm in the measuring volume. The device allows, as a result of preliminary calibration, to determine the concentration (in million / ml), average speed (in μm / s) and sperm motility in the specified ranges of their speeds (for example, exceeding 2 μm / s or 25 μm / s, in% of total number) within the framework of indicators recommended by WHO.
Испытания патентуемого анализатора показали, что оно характеризуется более высоким отношением сигнал/шум (40-48 дБ) по сравнению с прототипом (25-28 дБ). Это обеспечивается за счет формирования измерительного объема оптимального размера Tests of the patented analyzer showed that it is characterized by a higher signal to noise ratio (40-48 dB) compared with the prototype (25-28 dB). This is ensured by the formation of a measuring volume of optimal size.
(исходя из размеров сперматозоидов, длины их свободного пробега, времени измерения и т.д.) в направлении, совпадающем с направлением вектора измеряемой скорости сперматозоидов. Кроме этого, реализуется эффективный прием информативного оптического сигнала, рассеянного частицами в прямом направлении, при одновременном экранировании фотоприемника как от паразитной засветки, так и от света, рассеянного от элементов камеры, расположенных вне измерительного объема. Вместе с тем, произведенная замена одного оптического элемента - пространственного модулятора света (в прототипе) на другой также известный - бипризму Френеля, а также введение двух щелевых диафрагм практически не привели к увеличению осевых габаритов.(based on the size of the sperm, their mean free path, measurement time, etc.) in the direction that coincides with the direction of the vector of the measured sperm velocity. In addition, effective reception of an informative optical signal scattered by particles in the forward direction is realized, while simultaneously shielding the photodetector both from spurious illumination and from light scattered from camera elements located outside the measuring volume. At the same time, the replacement of one optical element - a spatial light modulator (in the prototype) with another also known - Fresnel biprism, as well as the introduction of two slotted diaphragms practically did not lead to an increase in axial dimensions.
Промышленная применимость патентуемого анализатора подтверждается также возможностью его реализации с использованием широко известных оптических элементов, а также цифровых или аналоговых средств обработки сигналов.The industrial applicability of the patented analyzer is also confirmed by the possibility of its implementation using widely known optical elements, as well as digital or analog signal processing tools.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009105769/22U RU83138U1 (en) | 2009-02-19 | 2009-02-19 | Sperm Fertility Analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009105769/22U RU83138U1 (en) | 2009-02-19 | 2009-02-19 | Sperm Fertility Analyzer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU83138U1 true RU83138U1 (en) | 2009-05-20 |
Family
ID=41022176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009105769/22U RU83138U1 (en) | 2009-02-19 | 2009-02-19 | Sperm Fertility Analyzer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU83138U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2387997C1 (en) * | 2009-02-19 | 2010-04-27 | Евгений Георгиевич Попов | Device for velocity-related particle count and distribution in biological matrix |
| RU172893U1 (en) * | 2016-10-14 | 2017-07-28 | Общество с ограниченной ответственностью НПФ "БИОЛА" | AUTOMATED Sperm Fertility Analyzer |
-
2009
- 2009-02-19 RU RU2009105769/22U patent/RU83138U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2387997C1 (en) * | 2009-02-19 | 2010-04-27 | Евгений Георгиевич Попов | Device for velocity-related particle count and distribution in biological matrix |
| RU172893U1 (en) * | 2016-10-14 | 2017-07-28 | Общество с ограниченной ответственностью НПФ "БИОЛА" | AUTOMATED Sperm Fertility Analyzer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6517653B2 (en) | Method and apparatus for determining particle size and shape | |
| KR101857950B1 (en) | High accuracy real-time particle counter | |
| EP3593110B1 (en) | Particle characterisation with a focus tuneable lens | |
| US5999256A (en) | Particle measurement system | |
| EP3376203B1 (en) | Particle characterisation | |
| US20070242269A1 (en) | Methods and apparatus for determining characteristics of particles | |
| US20080204716A1 (en) | Methods and apparatus for determining characteristics of particles | |
| CN105277490A (en) | Dynamic light scattering measurement device and dynamic light scattering measurement method | |
| JP2021517963A (en) | Particle sizing improved by light diffraction | |
| CN101140222A (en) | Spectrometer system and method for measuring whole optical parameter including turbidity dielectric materials | |
| RU83138U1 (en) | Sperm Fertility Analyzer | |
| US7151602B2 (en) | Particle size distribution analyzer | |
| CN101122568B (en) | Jade translucency testing method | |
| JPH0843292A (en) | A detector for measuring the intensity of light scattered by thin layers of colloidal media. | |
| JPH0933423A (en) | Vertical laser diffraction particle size distribution analyzer | |
| RU2387997C1 (en) | Device for velocity-related particle count and distribution in biological matrix | |
| CN110530783B (en) | Lateral beam collection method and device for flow cytometer and flow cytometer | |
| JPS5970944A (en) | Apparatus for measuring particle diameter | |
| CA2983792A1 (en) | Microscope device | |
| RU206033U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THE NUMBER OF PARTICLES AND DISTRIBUTING THEM AT VELOCITY IN LIQUID BIOLOGICAL MEDIA | |
| EP0579829A1 (en) | Particle measurement system | |
| CN111537414A (en) | Liquid optical cavity enhancement measuring system | |
| RU172893U1 (en) | AUTOMATED Sperm Fertility Analyzer | |
| JPS61186835A (en) | Flow type particle analyzing instrument | |
| CN222800605U (en) | Transparent solution concentration measurement system based on linear array CCD |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20140220 |