Устройство для наблюдения объекта с помощью лазерного проекционного прибора Советский патент 1993 года по МПК G02B23/12 G02B27/48 

Изобретение относится к области прикладной оптики, в частности, к лазерным проекционным микроскопам.

Цель изобретения состоит в обеспечении видимости на экране существенно удаленных от лазера объектов с увеличением, достаточным для группового наблюдения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для наблюдения оптическая система для наблюдения представляет собой телескоп, который настроен на наблюдаемый объект, в пределе - на бесконечность, а для создания изображения экране имеется проекционное устройство, подобное применяемому в любом кинопроекторе.

Первый же эксперимент, проведенный по указанной схеме, дал отрицательный результат: картинка получалась почти невидная на фоне засветки, требовала строгой фокусировки вслед за перемещаемым объектом. Поэтому была проведена дальнейшая доработка, выразившаяся в фильтрации когерентного излучения и пучков с одинаковыми угловыми характеристика. Для этой цели была введена вместо обычного телескопа телескопическая система с диафрагмой, фильтрующей пучки со строго одинаковыми углами расходимости сверхизлучения и введено также выпуклое зеркало неустойчивого резонатора, что позволило дополнительно навязать сверхизлучению необходимые однородные когерентные характеристики.

На чертеже изображена функциональная схема устройства, устройство содержит лазерный активный элемент 1 в качестве облучателя предметов и усилителя яркости изображения. С одного торца трубки (активного элемента) расположено полупрозрачное, преимущественно выпуклое зеркало 2, с радиусом кривизны на 1-2 порядка меньше длины активного элемента, с другого кин- ца - фильтр - коллиматор из двух положи

Ё

00

о чэ

N

со

тельных (фекуеирующих) липа 3 и В и диаф рагмы 4.

За выпуклым зеркалом 2 установлен проекционный объектиш 7, Экран 8 предназначен для наблюдения изображения пред- мета В.

Работа предложенной конструкции проводит следующим образом,,

С помощью источника питания осуществляется накачка лазерного активного эле- мента (ЛАЭ) 1. В его активной среде возникают усиливающиеся спонтанные затравки, приводящие к образованию двух расходящихся пучков излучения - пучок с углом.распространения а D/H, где ОиН диаметр и длина активной среды и /2 D/fc, где 12 - расстояние от зеркала 2 до дальнего торца границы активной среды). Пучок с углом распространения /3. формируется при участий выпуклого зеркала 2, Этот пучок, по причине малого радиуса кривизны, обладает высокой пространственной когерентностью и представляет в данной конструкции практическую ценность. С помощью линзы 3 фильтра - коллиматора когерентный пучок фокусируется в пятно малого диаметра (пе ретяжка) и диафрагмой 4-выделяется из фона пучка с низкой когерентностью (а). Линзой 5, фокус которой г сб вМещен с плоскостью диафрагмы, выделенный расходя- щийся пучок преобразуется, с цилиндрический с плоским -волновым фронтом. Чем больше отношение f /fs/fs и Ь -- фокусные расстояния линз 3 и 5), тем больше диаметр цилиндрического пучка и, Соответственно площадь облучаемой поверхности предмета 6. Часть отраженного от предмета излучения, несущего изображение, через фильтр - коллиматор возвращается обратно в ЛАЭ 1. Усиленное по яркости изображение прохо- дит через полупрозрачное зеркало 2 и проецируется объективом экран 9

Диапазон расстояний С с которых можно наблюдать усиленное изображение предмета в импульсном режиме ЛАЭ, опре- деляется времейём сущёствоваййя инвер - сии (Гинв) и межимпульсным периодом Т и можно выписать по формуле

L--|(T.K + Гинв), ; V

где С - скорость света, К- О, Т, 2, 3,.; :

Проверка работоспбсобностИ предложенного устройства проводилась с АЛ АЭ от лазера на парах меди типа ГЛ-201 (8), обладающего высоким усилением активной сре

.

ды (сотни дБ/м) и коротким временем существования инверсии (С 30 не). Длина ЛАЭ И 130 см, диаметр входной апертуры 0 2 см, расстояние от зеркала 2 до дальне3

10 15 20 25 3® 35 40 45

50

55

го кенца ЛАЭ.12 131 ,м i качестве выпук1 лого эярквла 2 иепользовалеэ с;теклинный мениск е коэффициентом етрэжанияр Я% и радиусом кривизны R - 10 ем, Коллиматор был образован линзами 3 и 5 с фокусным расстоянием F 1В ем. Для эффективного выделения когерентного пучка излучения {fi , из фонового излучения ( а), диафрагма А была установлена в плоскости его фокусировки и имела диаметр отверстия, близкий к диаметру перетяжки (0,2 мм),

В качестве предмета наблюдения 6 применяли микросхемы, монеты, тексты и т.д. Указанные предметы устанавливались на расстоянии до L 5 м от ЛАЭ. дальше этого расстояния предмет отдалять пока не пришлось из-за ограниченности зоны инверсии во времени (30 мс).

На фотографии фиг. 2 представлены экспериментально полученные изображения предметов примерно со стократным увеличением ЛАЭ работал с частотой следования импульсов 10 кГц (Т-100 мкс). Поэтому в соответствии с формулой 1 можно наблюдать изображения предметов, удаленных; на большие расстояния 1 (Кх1500 + 5) см, Применение лазерных трубок на парах Меди приведено зде.сь в качестве примера, который был наиболее доступен авторам по роду их деятельности. Возможно применение и других активных сред: важно только их большое усиление. Например, в непрерывном режиме возможно использование полупроводниковых сверхизлуча- :тельных диодов, б принципе возможно созда йие и лазерного телевидения по волоконным линиям связи с передачей непосредственно изображения. -Трансляция изображения микрообъектов открывает возможность создания различных демонстрационных установок; аналогичных рекламных табло на стадионах, в парках, в концертных залах,

Разница состоит в существеннейшей простоте предлагаемых устройств по сравнению с телевидением, его сложной радиотехникой и проекционными устройствами. .: :

Еще одно специфическое применение предлагаемого проекционного устройства состоит-в том, что на экран возможно проецировать изображение объекта во время его испытаний,, например, на вибростенде. Удаляя устройство от вибростенда, можно получить на экране изображение объекта целиком, а не его малую часть, как в проекционном микроскопе. Наблюдая такое изображение, можно обнаружить резонансы различных частей объекта. Используя ра,пичньи фетеприемники, межно измерить чаетету и амплитуду колебаний, Формула изобретения Устройство для наблюдения объекта с помощью лазерного проекционного прибора, содержащее лазерный активный элемент, с одного торца которого расположена оптическая система с двумя положительными линзами, с другой - проекционный объектив, отличающееся тем, что, с целью наблюдения удаленных объектов, между

0

проекционным ебь 1кти1ем и обращенным к нему шыхедным терцем актишног о элемента установлено §ыпукло§ частично етрижаю щее зеркало, а в плоскости, оптически сопряженной с выпуклым зеркалом через первую линзу, ближнюю к входному торцу активного элемента, установлена диафрагма, фокус второй линзы совмещен с диафрагмой, причем фокусное расстояние второй линзы больше фокусного расстояния первой линзы.

Использование: в демонстрационных установках при испытаниях объектов. Сущ2 ность изобретения: в лазерный проекционный прибор, содержащий активный элемент, с одного торца которого расположен двухкомпонентную оптическую систему, а с другой - проекционный объектив, между торцом активного элемента и проекционным объективом введено выпуклое частично отражающее зеркало, а между компонентами оптической системы в плоскости оптически, сопряженной с зеркалом, установлена диафрагма, фокус второго компонента совмещен с диафрагмой, причем фокусное расстояние второй линзы больше фокусного расстояний первой линзы. 1 ил.