УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ, НАБЛЮДЕНИЙ И ОБРАБОТКИ ОБЪЕКТОВ Российский патент 1997 года по МПК G02B27/48 

Изобретение относится к лазерной оптике, а именно к устройствам, с помощью которых получают изображения объектов с большим линейным увеличением на экране, а также для обработки объектов и может быть использовано в биологии, медицине, технологии, микроэлектронике, для воспроизведения кино- и телевизионной информации.

Из известных технических решений аналогичной задачи наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для регистрации и наблюдения объектов [1]
Принцип его действия заключается в ограничении с помощью поляризационных устройств числа проходов лазерного излучения, несущего оптическую информацию, по лазерной усиливающей среде.

К основным недостаткам указанного устройства можно отнести:
сужение функциональных возможностей системы, связанное с ограничением класса исследуемых объектов, поскольку фокусирующая система в сочетании со сверхизлучающей лазерной средой, используемые в описанном устройстве, позволяют исследовать только микрообъекты с малыми полями зрения, располагаемые в непосредственной близости от усиливающей среды.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, которое достигается за счет расширения класса исследуемых и обрабатываемых объектов.

Указанная задача достигается тем, что в известное устройство для регистрации и наблюдения объектов, содержащее поляризационный светоделительный элемент, расположенный перед лазерной средой, создающий два канала, первый из которых включает в себя последовательно установленные за светоделительным элементом лазерную среду, фазосдвигающий элемент, зеркало обратной связи, второй канал, кроме уже перечисленных элементов, включает в себя проекционную систему, установленную перед светоделительным элементом, и регистратор, вводят в первый канал перед светоделительным элементом отрицательный оптический компонент, устройство формирования и ввода динамической информации, на котором формируют изображение наблюдаемого и обрабатываемого объекта, и положительный оптический компонент, между лазерной средой и фазосдвигающим элементом устанавливают фокусирующую оптическую систему, причем фазосдвигающий элемент выполнен в виде пластинки λ/8, а взаимное расположение элементов обеспечивает оптическое сопряжение поверхности управляемого транспаранта, зеркала обратной связи и регистратора, при этом дополнительно при необходимости одновременного сопряжения пучков излучения разных проходов вводят отрицательный оптический компонент перед зеркалом обратной связи. Кроме того, при необходимости произвести обработку объекта на месте регистратора устанавливают элемент размещения объекта, а между проекционной системой и поляризационным светоделителем вводят дополнительный светоделитель, образующий третий канал системы, в котором располагают устройство для регистрации характеристик объекта, связанное с устройством формирования и ввода динамической информации с помощью программно-управляемых электронных устройств таким образом, что формируют воздействующий лазерный пучок, образующий в плоскости объекта его собственное изображение или распределение интенсивности, необходимое для обработки и облучения объектов в соответствии с его зарегистрированными характеристиками.

Такое конструктивное выполнение устройства для регистрации, наблюдения и обработки объекта позволяет существенно расширить класс исследуемых и обрабатываемых объектов, поскольку в формировании мощного пучка, промодулированного с учетом характеристик объекта, может участвовать не только сам объект, но и его изображение, введенное в устройство формирования и ввода динамической информации, кроме того, этот пучок может корректироваться оператором путем ввода информации через компьютер и наложения ее на видиоизображение. Это позволяет производить наблюдение, регистрацию и обработку объектов, проявляющих себя в любой области электромагнитного спектра, имеющих произвольные размеры и находящиеся на произвольном расстоянии от устройства.

Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором изображена схема экспериментальной установки, на которой было реализовано устройство. Она содержит: разделенные светоделительным элементом 1 каналы: первый канал, включающий последовательно расположенные положительный оптический компонент 2, устройство формирования и ввода динамической информации 3, отрицательный компонент 4, лазерную активную среду 5, фокусирующую систему 6, фазосдвигающий элемент 7 и зеркало обратной связи 8, второй канал, включающий плоскость 9 формирования усиленного по яркости распределения интенсивности, параметры которого задаются устройством 3, светоделитель 10, проекционную систему 11, а также сформированный светоделителем 10 и включающий в себя устройство 12, способное регистрировать характеристики объекта, устанавливаемого в плоскости 9, и связанное с устройством 3 формирования и ввода динамической информации с помощью программно-управляемых электронных устройств: микширующего 13 и управляющего 14 таким образом, что система формирует воздействующий лазерный пучок, образующий в плоскости объекта его собственное изображение или распределение интенсивности, необходимое для обработки и облучения объекта в соответствии с его зарегистрированными характеристиками, при необходимости обеспечить оптическое сопряжение поверхности управляемого транспаранта, зеркала обратной связи и регистратора, с одновременным сопряжением пучков излучения разных проходов, вводят отрицательный оптический компонент 15 перед зеркалом обратной связи 8.

В качестве 1 в устройстве могут быть использованы призмы Глана и специально напыляемые поляризаторы, 2 и 8 вогнутые зеркала, 3 электронно управляемый ЖК-экран, способный воспроизводить ТВ-стандарт, 4, 15 - рассеивающие линзы, 5 лазерные усилители на парах меди и золота, 6 положительная линза, 7 кварцевые и слюдяные пластины, 11 фотообъективы и положительные линзы, 10 напыленная пластина, 12 телекамера, 14 - компьютер, 13 микширующее устройство, 9 экран или место размещения объектов.

Устройство работает следующим образом. Излучение сверхсветимости, возникнув в 5, как непосредственно, так и отразившись от 8 и усилившись в 5, проходит 1 и, поляризовавшись, увеличивает угол раствора пучка с помощью 4, проходит через 3, считывая записанную информацию об объекте, которая передается на него от 12 и 14, микшируясь в 13 или иным способом. Подобное схемное решение позволяет значительно сократить расстояние между 5 и 3, что в свою очередь делает все устройство более компактным и, что еще важнее, позволяет использовать существующие активные элементы лазеров на самоограниченных переходах с короткоживущей инверсией. Затем излучение с помощью 2 возвращается в 5 и вновь усиливается. Выбор кривизны 2 и расстояния между 2 и 4 позволяет сопрячь падающий и отражающий 2 пучки, что в свою очередь дает возможность избежать потерь энергии за счет виньетирования на диафрагмах схемы. Усилившись в 5, излучение, несущее информацию об объекте, проходит 6, 7, 15 и, отразившись в 8, вновь направляется в 5. При этом 6 и 15 выбирают и устанавливают таким образом, чтобы изображение 8 формировалось на поверхности 8, а кривизну 8 и расстояние между 15 и 8 выбирают из тех же соображений, что и для 2, 4. 7 устанавливают таким образом, чтобы поляризация излучения, прошедшего через 7 после отражения от 8, была ортогональна поляризации излучения, падающего на 7 со стороны 5. Излучение, отразившись от 8 и усилившись в третий раз в 5, отражается 1 в сторону 11 и формируется им, в зависимости от назначения, либо для наблюдения на 9, либо для обработки объекта, когда он устанавливается в плоскости 9. Делая 8 частично пропускающим, можно организовать дополнительный канал наблюдения или обработки, устранив при этом 7 и заменив 1 на обычный светоделитель, можно значительно упростить схему, однако при этом к 3 будут предъявляться особые требования по стойкости к световой нагрузке, так как в этом случае 3 подвергается воздействию всего мощного пучка, распространяющегося в системе.

Благодаря введению элементов 2, 3, 4, 6, 7 и 15, предложенное устройство по сравнению с прототипом позволяет формировать широкие пучки света, несущие оптическую динамически меняющуюся информацию, на небольших расстояниях от усилителя, что дает возможность эффективно использовать усиливающие среды с кратковременно существующей инверсией, кроме того, предлагаемая схема допускает использование жидкокристаллических носителей информации, критичных к "световым нагрузкам", но позволяющих эффективно вводить в систему динамическую информацию, в том числе удовлетворяющую ТВ-стандарту, при отсутствии ограничений на расстояние от объекта до усилителя яркости на размер объекта даже в случае усилителей с кратковременно существующей инверсией. Это в свою очередь позволяет производить наблюдение, регистрацию и обработку объектов, проявляющих себя в любой области электромагнитного спектра, имеющих произвольные размеры и находящиеся на произвольном расстоянии от устройства. Такие преимущества позволяют создавать с помощью предлагаемого устройства динамические изображения на больших экранах, например, ТВ-изображение или изображения компьютерной графики, эффективно управлять с помощью этих же средств воздействующим пучком, например, в микроэлектронике для создания или корректировки микросхем или микрохирургии (офтальмологии), управляя лучом на экране компьютера.

Использование: лазерная оптика, биология, медицина, технология, микроэлектроника, устройство для воспроизведения кино- и телевизионной информации. Сущность изобретения: устройство для регистрации и наблюдения объектов содержит поляризационный светоделительный элемент, расположенный перед лазерной средой, создающий два канала, первый из которых включает в себя последовательно установленные за светоделительным элементом лазерную среду, фазосдвигающий элемент, зеркало обратной связи, второй канал, кроме уже перечисленных элементов, включает в себя проекционную оптическую систему, установленную перед светоделительным элементом, и регистратор, в первом канале перед светоделительным элементом размещены отрицательный оптический компонент, устройство формирования и ввода динамической информации, на котором формируют изображение наблюдаемого и обрабатываемого объекта, и положительный оптический компонент, между лазерной средой и фазосдвигающим элементом установлена фокусирующая оптическая система, фазосдвигающий элемент выполнен в виде пластины λ/8, взаимное расположение элементов обеспечивает оптическое сопряжение поверхности управляемого транспаранта, зеркала обратной связи и регистратора, при этом дополнительно при необходимости одновременного сопряжения пучков излучения разных проходов вводят отрицательный оптический компонент перед зеркалом обратной связи. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для регистрации, наблюдения и обработки объектов, содержащее последовательно установленные поляризационный светоделительный элемент и лазерную среду, фазосдвигающий элемент, зеркало обратной связи, фокусирующую оптическую систему, установленные по ходу луча, отраженного от поляризационного светоделительного элемента, проекционную систему и регистратор, оптически сопряженный с зеркалом обратной связи, отличающееся тем, что дополнительно содержит последовательно установленные по ходу луча, проходящего через поляризационный светоделительный элемент, отрицательный оптический компонент, устройство формирования и ввода динамической информации о наблюдаемом и обрабатываемом объектах, оптически сопряженные с регистратором, и положительный оптический компонент с отражающей поверхностью, при этом фокусирующая оптическая система установлена между лазерной средой и фазосдвигающим элементом. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отрицательный оптический компонент выполнен в виде рассеивающей линзы, устройство формирования и ввода динамической информации в виде управляемого жидкокристаллического транспаранта, положительный оптический компонент с отражающей поверхностью в виде вогнутого сферического зеркала, фазосдвигающий элемент в виде пластинки λ/8, зеркало обратной связи в виде вогнутого или выпуклого сферического или плоского зеркала. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй отрицательный оптический компонент, установленный между зеркалом обратной связи и фазосдвигающим элементом. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что управляемый жидкокристаллический транспарант расположен на поверхности положительного компонента с отражающей поверхностью. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй светоделитель, установленный между проекционной системой и поляризационным светоделителем, размещенное по ходу луча, отраженного от второго светоделителя, устройство для регистрации характеристики объекта, соединенное с введенным программно-управляемым блоком, выполненным с возможностью задания информации, обеспечивающей необходимое распределение интенсивности обрабатывающего лазерного пучка, и связанное с устройством формирования и ввода динамической информации.