ЛАЗЕРНЫЙ ПРОЕКЦИОННЫЙ МИКРОСКОП Российский патент 2000 года по МПК G02B21/00 

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к лазерным проекционным системам, и может быть использовано для неразрушающего контроля больших интегральных схем, процессов обработки материалов концентрированными потоками энергии, исследования микрообъектов в медицине и биологии.

Известно устройство для лазерной обработки объектов с визуальным контролем на просвет [1], содержащее расположенные последовательно вдоль оптической оси экран, лазерный усилитель, два объектива и отражатель.

Известно также устройство для регистрации и наблюдения объектов [2], содержащее элемент размещения объекта, фокусирующую оптическую систему, сверхизлучающую лазерную среду, зеркало обратной связи, светоделительный элемент, четвертьволновую пластину и регистратор.

Недостатком данных устройств является наличие фоновой засветки от лазерного усилителя, накладывающейся на излучение сверхсветимости, отраженное от наблюдаемого объекта.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является лазерный проекционный микроскоп [3], содержащий микрообъектив, активный элемент лазера, плоскопараллельную пластину и проекционную систему с экраном. Недостатками данного устройства является наличие фоновой засветки от лазерного усилителя, накладывающейся на излучение сверхсветимости, отраженное от наблюдаемого объекта, а также отсутствие системы регистрации, позволяющей сохранять и обрабатывать полученную информацию и влиять через цепь обратной связи на технологический процесс обработки наблюдаемого объекта.

Задача, решаемая изобретением, - увеличение контраста изображения наблюдаемых объектов и, как следствие, повышение точности контроля их параметров при наличии паразитной засветки.

Указанная задача решена тем, что в лазерный проекционный микроскоп, содержащий установленные соосно объектив и лазерный усилитель, введены система регистрации изображения, выполненная в виде связанной с компьютером телевизионной камеры, и оптический затвор, установленный между предметом и лазерным усилителем с возможностью последовательного открытия и закрытия синхронно с частотой кадров телевизионной камеры.

Технический результат заключается в увеличении контраста изображения наблюдаемых объектов за счет того, что система регистрации, выполненная в виде связанной с компьютером телевизионной камеры, позволяет регистрировать изображение в цифровой форме и из изображения объекта с фоном вычитать изображение фона, причем это достигается за счет того, что затвор выполнен с возможностью последовательного открытия и закрытия синхронно с частотой кадров телевизионной камеры.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства.

На фиг. 2 приведена блок-схема алгоритма формирования цифрового массива кадра с повышенной контрастностью изображения.

Предлагаемый лазерный проекционный микроскоп содержит лазерный усилитель 1, объектив 2, оптический затвор 3 и телевизионную камеру 4, сопряженную с компьютером 5, на матрице приборов с зарядовой связью (ПЗС-матрице) которой формируется изображение наблюдаемого объекта 6.

Устройство работает следующим образом. Излучение лазерного усилителя, работающего в режиме сверхсветимости (без зеркал) фокусируют на наблюдаемый объект, при помощи объектива. Отраженное от объекта излучение частично собирают и направляют на вход лазерного усилителя тем же объективом. Далее излучение проходит через активную среду лазера, усиливаясь в нем, и изображение формируется на ПЗС-матрице телевизионной камеры. Оптический затвор устанавливают соосно с объективом и последовательно открывают и закрывают, синхронно с частотой кадров телевизионной камеры, при этом отраженное от затвора излучение лазерного усилителя направляют за пределы его апертуры. Это осуществляется следующим образом. Сигналы кадровой синхронизации, формируемые синхрогенератором телевизионной камеры, поступают на оптический затвор (например, акустооптический затвор). Тем самым с приходом каждого гасящего импульса затвор будет менять свое состояние, открываясь или закрываясь. Это дает возможность в первом кадре записать изображение объекта и фона, а во втором кадре (при закрытом затворе) только изображение фона. Полученные изображения кадров оцифровываются, при этом уровень яркости каждого элемента (точки) изображения преобразуется в соответствующий цифровой код, и в этом виде записываются в оперативную память компьютера. В результате в памяти компьютера формируются два массива. При вычитании из первого массива (объект и фон) второго массива (только фон) остается только цифровая информация об изображении объекта. Программа, которая производит формирование цифрового массива кадра с повышенной контрастностью изображения, работает по следующему алгоритму (фиг. 2). На начальном этапе после запуска программа запоминает адреса первых элементов (точек) первого и второго массивов, далее по адресу элемента первого массива извлекается его цифровой код и из него вычитается соответствующий цифровой код аналогичного элемента второго массива. Полученный таким образом цифровой код элемента сохраняется в оперативной памяти компьютера. Следующим этапом работы программы является анализ адреса элементов первого и второго массивов. Если адрес текущего элемента массивов не последний, то адреса элементов первого и второго массивов увеличиваются на единицу для извлечения и обработки (вычитания) следующих цифровых кодов элементов изображения. Данная процедура будет продолжаться до тех пор, пока не будут обработаны все элементы первого и второго массивов. В результате работы программы будет сформирован третий массив, содержащий цифровую информацию только об объекте. Далее программа осуществляет вывод элементов сформированного массива на дисплей компьютера для визуального наблюдения изображения объекта с повышенной контрастностью (четкостью). Паразитное излучение засветки от плазмы дугового разряда в процессе сварки практически не усиливается активной средой лазера. Таким образом лазерный усилитель осуществляет подсветку наблюдаемого объекта, усиление яркости изображения и подавление паразитной засветки.

Источники информации
1. А. с. СССР N 1583911 МКИ G 02 В 21/00 / Л.С.Глинкин, В.А.Горбаренко, В.Н. Епихин, В.В. Королев. Заявл. 16.03.87. Опубл.07.08.90, БИ N 29.

2. А.с. СССР N 1659960 МКИ G 02 В 6/00 / Ю.П. Васильев, К.И. Земсков, М. А. Казарян, Г.Г. Петраш, В.В. Чвыков. Заявл. 27.07.89. Опубл. 30.06.91, БИ N 24.

3. А.с. СССР N 1597831 МКИ G 02 В 21/00 / Д.Т. Алимов. А.М. Бакиев, Г.Г. Юсупов; 3аявл.01.07.87. Опубл. 07.10.90, БИ N 37.

Лазерный проекционный микроскоп содержит объектив, лазерный усилитель, систему регистрации изображения и оптический затвор. Система регистрации изображения выполнена в виде связанной с компьютером телевизионной камеры. Оптический затвор установлен между предметом и лазерным усилителем с возможностью последовательного открытия и закрытия синхронно с частотой кадров телевизионной камеры. Обеспечивается увеличение контраста изображения наблюдаемых объектов и повышение точности контроля их параметров при наличии паразитной засветки. 2 ил.

Лазерный проекционный микроскоп, содержащий установленные соосно объектив и лазерный усилитель, отличающийся тем, что введены система регистрации изображения, выполненная в виде связанной с компьютером телевизионной камеры, и оптический затвор, установленный между предметом и лазерным усилителем с возможностью последовательного открытия и закрытия синхронно с частотой кадров телевизионной камеры.