УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ, ПРЕОБРАЗОВАНИЯ, ПЕРЕДАЧИ И РЕГИСТРАЦИИ ОПТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 1997 года по МПК G01J1/00 

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к устройствам с помощью которых формируют, преобразуют, передают и регистрируют изображения стационарных и динамических объектов с усилением контраста. Оно может быть использовано в медицине, биологии, геологии, криминалистике, микроэлектронике, для передачи и воспроизведения кинотелевизионной информации.

Известно устройство для преобразования и передачи оптической информации (патент США N 3293565. кл. 331/94.5, заявл 31.12. 1963 г. выд. 20.12.1966). Устройство содержит лазерную среду, помещенную в самосопряженный резонатор, образованный двумя зеркалами, между лазерной средой и одним из зеркал резонатора размещена фокусирующая система.

Недостатком данной схемы является то, что устройство пригодно для осуществления указанных операций только амплитудных объектов, что сильно ограничивает область применения, например, для целей биологии, медицины, геологии, где объекты могут иметь чисто фазовый контраст в определенных областях спектра.

В заявке РСТ 081/02951, кл. Н 01 S 3/00, опубл. 1982 г.". Способ и устройство для анализа, регистрации и наблюдения объектов с использованием сверхизлучающей среда" (Изобретения в СССР и за рубежом Н 01 L, H 01 S вып. 122, N 5, 1982, стр. 37) приведена схема устройства, которое содержит сверхизлучающую лазерную среду, с одной стороны от которой установлена фокусирующая оптическая система и объект, а с другой стороны установлены светоделительный и отражающий элементы, оптический затвор. В канале регистрации в плоскости сопряженной с плоскостью, в которой расположен объект, установлена регистрирующая среда или экран для визуального наблюдения.

Сверхизлучающая лазерная среда может быть газоразрядной плазмой в парах меди, золота, бария, свинца, галогенидов металлов.

Для различных видов объектов используется основная схема с небольшими изменениями и дополнениями.

Недостаток устройства заключается в том, что как и в предыдущем аналоге оно приспособлено для наблюдения, обработки и регистрации амплитудных объектов, хотя в отличие от патента США 3293565, кл. Н 01 S 3/00 в этом устройстве предусмотрены различные пути разделения каналов формирования изображения, обработки и наблюдения, например, с помощью светоделительных элементов.

Наиболее близким к заявляемому является устройство формирования телевизионного изображения, структурная и оптическая схема которого приведены в статье Ю. М. Гусева и др. "Применение МДП-ЖК структур и усилителей яркости для проецирования ТВ изображений на большой экран" (Техника кино и телевидения, 1989, N 9, с.19-23).

Данное устройство по сравнению с аналогами имеет более широкое применение, т. к. позволяет осуществлять операции формирования, передачи, преобразования и регистрации оптической информации с амплитудных и фазовых объектов.

Схема устройства содержит установленные по одну сторону от усилителя яркости (активной среды лазера) оптическую систему, светоделитель, зеркало, поляроид и ЭЛТ со световолоконной шайбой и МДП ЖК структурой, а по другую сторону от усилителя поляроид, оптическую систему и экран.

В схеме устройства использован метод скрещенных поляризаторов, между которыми помещался фазовый объект, например ЖК слой ПВМС. Было получено изображение слайда с ТВ-тест таблицей хорошего качества. При этом ЭЛТ использовалась как источник света для поточечного формирования изображения слайда на входе ПВМС.

Но в силу того, что в данной схеме не реализован режим многопроходности, динамические возможности системы ограничены. Так, например, нет возможности повышения контраста фазового объекта, формирующегося на носителе оптической информации.

Для осуществления возможности повышения контраста фазового объекта необходимо обеспечить режим многопроходного считывания информации.

В заявляемом устройстве это осуществлено за счет установки зеркала обратной связи на расстоянии, равном радиусу кривизны от фокусирующей оптической системы. В свою очеpедь суммарная величина радиуса кривизны зеркала обратной связи и радиуса кривизны отражателя, установленного после носителя оптической информации, равная длине резонатора, должна быть такой, чтобы за время существования инверсии в активной среде изображение пробегало по резонатору не менее двух раз. Визуализация фазового объекта в данной схеме осуществляется с помощью поляризационного устройства, которое играет в данной схеме как бы роль амплитудного ослабителя (фильтра). Соответственно, при каждом проходе через такой "фильтр" излучение соответственно своей координате в плоскости (Х, Y) претерпевает очередной раз ослабление по амплитуде (интенсивности).

Таким образом, различные точки объекта претерпевают различное суммарное ослабление, что ведет к изменению контраста.

Заявляемое устройство представлено на фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 основная схема устройства.

На фиг. 2 вариант схемы устройства.

На фигурах и в тексте приняты следующие обозначения: 1 генератор управляемых импульсов; 2 носитель оптической информации 3 отражатель 4 - фокусирующая оптическая система; 5 поляризационный элемент; 6 усиливающая среда; 7 зеркало обратной связи полупрозрачное или глухое; 8 - поляризационный элемент; 9 проецирующая система; 10 регистратор; 11 - светоделительный элемент; R радиус зеркала обратной связи; r радиус отражателя, расстояние от фокусирующей опт. системы; f фокусное расстояние оптической системы; L длина резонатора; C скорость света; m число проходов; τ_инв время существования инверсии в усиливающей среде.

Устройство, представленное на фиг. 1 содержит усиливающую среду 6, по одну сторону от которой помещен носитель оптической информации 2, за ним отражатель 3. Между носителем оптической информации 2 и усиливающей средой 6 размещена фокусирующая оптическая система 4 и поляризационный элемент 5. За средой 6 на расстоянии, равном радиусу кривизны R, от фокусирующей оптической системы установлено зеркало обратной связи 7 (частично прозрачное), за ним поляризационный элемент 8, проецирующая система 9 и регистратор 10.

На фиг. 2 зеркало 7 глухое.

Носитель оптической информации 2 подключен к генератору управляемых импульсов 1.

На фиг. 2 светоделительный элемент 11, расщепляет пучок на два канала, в одном из которых установлено зеркало обратной связи 7, а в другом - поляризационный элемент 8, проецирующая система 9 и регистратор 10.

Для достижения технического результата необходимо выполнение условия

при этом расстановка зеркал 3 и 7 выполнена следующим образом:

Сущность заключается в том, что в таких типах резонаторов при каждом отражении происходит усиление контраста, т.к. на сам объект проектируется его же изображение. Лучи, исходящие из произвольной точки объекта после полного прохода резонатора возвращаются в ту же самую точку. При этом для обеспечения увеличения контраста необходима многократность прохода по резонатору, т.е. число проходов m должно быть больше 2.

Устройство работает следующим образом. Излучение от усиливающей среды 6 проходит через поляризационный элемент 5, приобретая соответствующую поляризацию, далее посредством фокусирующей оптической системы 4 падает на носитель оптической информации (фазовый объект) 2. После отражения от 3 излучение вновь проходит через носитель оптической информации 2, фокусирующую систему 4, поляризационный элемент 5 и среду 6 усиливаясь, направляется на зеркало обратной связи 7, образующим с зеркалом 3 самосопряженный резонатор или другой тип резонатора, когда отражатель 3 плоский. Отражаясь и обратно проходя через упомянутые элементы, изображение объекта 2 проецируется как бы само в себя. При повторении цикла проходов через резонатор это приводит к повышению контраста изображения.

Устройство было осуществлено в виде лабораторной экспериментальной установки, в которой в качестве генератора упраляемых импульсов использовался телемонитор с видеомагнитофоном. Носитель оптической информации матричный ЖК экран, а также светомодулирующее устройство типа МДП ЖК. В экспериментах использовался лазер на парах стронция (Sr_IIλ = 0,43) на сине-фиолетовой длине волны. В лазерном режиме он обеспечивает среднюю мощность 1 Вт, с частотой следования импульсов 4 кГц. Длина разрядного канала ≈50 см, диаметр ≈1 см, длительность импульса генерации (τ_инв) 100-300 нсек. В качестве фокусирующей оптической системы использовалась линза сf≈30 см, проекционная система f≅40 см с увеличением 10^x. В качестве поляризационных элементов использовались поляризационная призма Глана и пленчатые поляризаторы. Светоделительные элементы кварцевые оптические клинья.

Длина резонатора L 1,3 м, радиуса зеркал r≈0,3 м. R≈1 м.

Таким образом, за счет соответствующего расположения элементов системы и времени существования инверсии в усиливающей среде на регистраторе 10 были получены высококонтрастные (70% ) изображения фазовых управляемых объектов при числе проходов более десяти.

Использование: изобретение относится к лазерной технике, а именно к устройствам, с помощью которых осуществляют операции преобразования и усиления оптической информации. Сущность изобретения: устройство содержит усиливающую среду, по одну сторону от которой помещен носитель оптической информации, за ним отражатель. Между носителем оптической информации и усиливающей средой размещена фокусирующая оптическая система и поляризационный элемент. За усиливающей средой установлено зеркало обратной связи, поляризационный элемент, проецирующая система и регистратор. Носитель оптической информации подключен к генератору управляемых импульсов, при этом должно быть выполнено условие: , где τ_инв - время существования инверсии в среде, L - расстояние между отражателем и зеркалом обратной связи, С - скорость света, m - число проходов излучения. 2 ил.

Устройство для формирования, преобразования, передачи и регистрации оптической информации, содержащее усиливающую среду, по одну сторону которой по ходу излучения расположены поляризованный элемент, фокусирующая оптическая система, носитель оптической информации, подключенный к генератору управляемых импульсов, а по другую сторону по ходу излучения зеркало обратной связи, поляризованный элемент, проецирующая оптическая система, регистратор, отличающееся тем, что в него введен отражатель, установленный по ходу излучения за носителем оптической информации, радиусы кривизны отражателя и зеркала обратной связи выбраны из условий
r + R L;
1/f 1/r + 1/R
а расстояние между отражателем и зеркалом обратной связи определяют из соотношения
m≥2,
где L расстояние между отражателем и зеркалом обратной связи;
τ_инв время существования инверсии в усиливающей среде;
C скорость света;
m число проходов излучения;
r радиус отражателя;
R радиус зеркала обратной связи;
f фокусное расстояние оптической системы.