Устройство для стереоскопического наблюдения микрообъектов

 

Сущность изобретения: устройство для стереоскопического наблюдения микрообъе.тов содержит источник 1 излучения , выполненный в виде активного элемента-лазера с выходными отверстиями 2, 3, с вето делительное устройство 4 с направляющими оптическими элементами 5 и 6, выполненное в виде поляризационной призмы, установленной на оптической оси активного элемента-лазера. Четвертьволновая пластина 7, вырезанная параллельно оси одноосного кристалла, установлена перпендикулярно оптической оси линзовой системы 8 между светоделительным устройством и линзовой системой, которая служит для фокусирования излучения на объект 9. Проекционный объектив 10 расположен после источника 1 излучения подсветки, а экран 11 установлен в плоскости, сопряженной с плоскостью объекта, и выполнен в виде стеклянной пластины, одна -поверхность которой монтирована. За экраном расположено устройство 12 наблюдения , состоящее из двух скрещенных поляроидов. 3 з.п.ф-лы, 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 02 В 27/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ KOMNTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (q 1

g) ()Q

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Дь

Ф о !

Ср

СО т

I (>

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4866969/10 (22) 18.06.90 (46) 30.06.92. Бюл. № 24 (71) Институт аналитического приборостроения Научно-технического объединения АН

СССР (72) Е.Г. Бортневская, П.А, Вохмин v. Т.Б.

Хорошилова (53) 535.882 (088.8) (56) Патент США № 3786366, кл. 331/94,5, 1974.

Заявка ЕПВ (EP) ¹ 0230253, кл. G 02 В

21/22, 1988.

Микроскоп стереоскопический МБС200, У 44,,22, ТУ 3-3.587-78. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОГО НАБЛЮДЕНИЯ МИКРООБЬЕКТОВ (57) Сущность изобретения: устройство для стереоскопического наблюдения микрообъе".тов содержит источник 1 излучения, выполненный в виде активного

„„ 4 „„1744688 А1 элемента-лазера с выходными отверстиями

2, 3, светоделительное устройство 4 с направляющими оптическими элементами 5 и

6, выполненное в виде поляризационной призмы, установленной на оптической оси активного элемента-лазера. Четвертьволновая пластина 7, вырезанная параллельно оси одноосного кристалла, установлена перпендикулярно оптической оси линзовой системы 8 между светоделительным устройством и линзовой системой, которая служит для фокусирования излучения на.объект 9.

Проекционный объектив 10 расположен после источника 1 излучения подсветки, а экран 11 установлен в плоскости, сопряженной с плоскостью объекта, и выполнен в виде стеклянной пластины, одна

-поверхность которой монтирована. За экраном расположено устройство 12 наблюдения, состоящее из двух скрещенных поляроидов. 3 з.п,ф-лы, 1 ил.

1744688

10

35

45

55

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к стереоскопическим системам, и может найти применение в научных исследованиях и прикладных разработках в физике твердого тела, технологии изделий микроэлектроники, биологии, генной инженерии и медицине, Известно устройство, предназначенное для создания проекции усиленного изображения объекта, в котором в качестве источника подсветки используется активный элемент лазера, служащего одновременно и для усиления яркости изображения. В данном изобретении разрядный канал лазера-осветителя и квантового усилителя яркости изображения заполнен активной средой с большим коэффициентом усиления. Лазерная среда работает в режиме суперлюминесценции. Излучение суперлюминесценции фокусируется оптической системой на объект. Отраженное от объекта излучение собирается этой же системой и возвращается в лазерную активную среду, где усиливается. Оптическая система формирует промежуточное усиленное изображение, которое проецируется дополнительной линзовой системой на экран. В качестве активной лазерной среды могут использоваться как газовые лазерные среды (пары, меди, пары свинца и другие), так и жидкие лазерные среды (например, раствор органического красителя), Представленное устройство не ограничивается использованием только газовых и жидких лазерных сред. В качестве активной лазерной среды может использоваться твердотельная лазерная среда (рубин, иттрий-алюминий и другие), Недостатком данного устройства является невозможность получения стереоскопического изображения объекта, что существенно ограничивает информацию об объекте.

Известна стереоскопическая система, предназначенная для получения стереоскопического изображения объекта. Система содержит линзовый объектив для получения изображения объекта и правый и левый линзовые окуляры для наблюдения изображения правым и левым глазами соответственно. Устройство поляризационных фильтров, расположенное около линзового объектива, разделяет изображение, создаваемое линзовым объективом, на правую и левую пространственные компоненты, характеризующие различными направлениями поляризации. Правый и левый поляризационные фильтры располагаются рядом с правым и левым линзовыми окулярами, что позволяет правые и левые пространственные компоненты наблюдать только через правый и левый линзовые окуляры соответственно. Источник излучения подсветки находится вне оптической системы формирования изображения, В таком устройстве в силу недостаточной яркости изображения не удается получить стереоскопическую проекцию объекта, что не позволяет наблюдать одновременно один исследуемый объект несколькими операторами-специалистами.

Наблюдение через линзовые окуляры приводит к большим нагрузкам на глаза оператора. Все эти недостатки говорят о недостаточной информативности устройства и снижении удобства в работе, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для стереоскопического наблюдения микрообъектов-стереомикроскоп МБС-200, содержащее источник излучения подсветки-осветитель отраженного света, светоделительное устройство, состоящее из осветительной линзы и светоделительных пластинок, объектив в оправе, проекционный объектив, сменные окуляры. Нить источника света коллектором и линзами проецируется в плоскость выходного зрачка объектива. Осветительная линза и объектив проецируют изображение полевой диафрагмы в плоскость объекта, Светоделительные пластины направляют свет от источника излучения к объекту, формируя таким образом два канала распространения излучения подсветки, Отраженный от объекта свет также распространяется по двум каналам, проходит через тот же объектив, светоделительное устройство и попадает на проекционные объективы, которые формируют два изображения объекта в плоскости полевых диафрагм сменных окуляров. При наблюдении изображений с помощью окуляров достигается стереоэффект.

Недостатком известного устройства является невозможность в силу малой яркости формируемого изображения получения стереоскопической проекции объекта. Так как при наблюдении стереоизображения с помо .;ью окуляра информация об исследуемом объекте доступна лишь одному оператору-специалисту, работающему в данный момент с устройством, а не широкой аудитории специалистов, следует говорить о снижении информативности устройства.

Кроме того, наблюдение стереоизображения через окуляры приводит к большим нагрузкам на глаза наблюдателя, быстрой утомляемости, что позволяет говорить о снижении удобства в работе.

1744688

Цель изобретения — повышение информативности и улучшение условий наблюдения, Поставленная цель достигается тем, что устройство для стереоскопического наблюдения микрообъектов, содержащее источник излучения подсветки и расположенные вдоль оптической оси светоделительное устройство, линзовую систему, проекционный объектив и устройство наблюдения, снабжено экраном и четверть-волновой пластиной, причем источник излучения подсветки выполнен в виде активного элемента-лазера с выходными отверстиями, светоделительное устройство дополнено отклоняющими оптическими элементами и выполнено в виде поляризационной призмы, установленной на оптической оси активного элемента лазера, устройство наблюдения выполнено в виде по крайней мере одной пары скрещенных поляризационных фильтров, при этом четвертьволновая пластина установлена перпендикулярно оптической оси линзовой системы между светоделительным устройством и линзовой системой, а экран установлен в плоскости, сопряженной с плоскостью объекта перед устройством наблюдения, Кроме того, экран выполнен в виде пластины, одна поверхность которой матирована, линзовая система выполнена двухканальной, а четвертьволновая пластина установлена с возможностью поворота вокруг оптической оси линзовой системы.

На чертеже представлена оптическая схема предлагаемого устройства и проиллюстрирована работа устройства.

Устройство для стереоскопического наблюдения микрообъектов содержит источник 1 излучения подсветки, выполненный в виде активного элемента лазера, с выходными отверстиями 2 и 3, который служит одновременно для усиления яркости изображения, светоделительное устройство 4 с направляющими оптическими элементами 5, 6, выполненное в виде поляризационной призмы, установленной на оптической оси активного элемента лазера. В качестве активного элемента лазера могут использоваться газовые лазерные среды (например, пары меди, пары свинца, пары магния, азот, неон), жид.-. кие лазерные среды (растворы органического красителя, например, родамин 6G, родамин В, с накачкой другими лазером), твердотельные лазерные среды (алюмоиттриевый гранат с неодимом, рубин и другие), позволяющие достигать достаточно больших коэффициентов усиления и обладающие хорошей про5

45 странственной однородностью. В качестве поляризационной призмы могут использоваться призмы на основе двуосных кристаллов: призмы Глана, Волластона, Сенармона, Рошона и другие, призмы или пластины на основе пленочных поляризационных покрытий. Направляющими оптическими элементами могут быть, например, зеркала или отклоняющие призмы, Четвертьволновая пластина 7, вырезанная параллельно оптической оси одноосного кристалла, установлена перпендикулярно оптической оси линзовой системы 8 между светоделительным устройством и линзовой системой. Линзовая система служит для фокусирования излучения на объект 9 и формирования его промежуточного изображения. Проекционный объектив 10 расположен после источника 1 излучения подсветки и служит для формирования усиленного изображения объекта 9 на экране 11, установленном в плоскости, сопряженной с плоскостью объекта 9. Экран 11 выполнен в виде стеклянной пластины, одна поверхность которой матирована, За экраном 11 расположено устройство 12 наблюдения, состоящее из двух скрешенных поляроидов, Устройство работает следующим образом, Активный элемент лазера работает в режиме суперлюминесценции. Неполяризованное излучение суперлюминесценции, выходящее из выходного отверстия 2 активного элемента лазера, в сторону объекта 9 попадает на поляризационную призму 4, где делится на два пучка, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Таким образом формируются два канала распространения света А и В. Направляющие оптические элементы 5 и 6 устанавливают оптические оси пучков, распространяющихся в двух каналах, параллельно оптической оси линзовой системы 8.

После прохождения направляющих оптических элементов 5 и 6 излучение в двух каналах попадает на четвертьволновую пластину 7, вырезанную параллельно оптической оси одноосного кристалла, установленную перпендикулярно к волновому вектору падающей волны, и угол между плоскостью поляризации падающего излучения и оптической осью кристалла составляет 45О. После прохождения четвертьволновой пластины 7 излучение в каждом канале преобразуется из линейно поляризованного в циркулярно поляризованное. Линзовая система 8 фокусирует излучение, распространяющееся по двум каналам, на объект 9.

1744688

Циркулярно поляризованное излучение, падающее на объект 9, в канале А(В) после отражения от объекта меняет направление вращения вектора поляризации и попадает в канал В(А). После прохождения четвертьволновой пластины 7 второй раз циркулярно поляризованное излучение в канале В(А) преобразуется в линейно поляризованное излучение, таким образом, что его плоскость поляризации поворачивается на 90 по отношению к исходной плоскости поляризации излучения в канале А (В). Излучение полностью проходит через поляризационную призму 4.

В пучке, несущем информацию об объекте, содержится КоМпоНВНТВ, имеющая ортогональную поляризацию, появившуюся в результате частичной деполяризации излучения на объекте и обратного рассеяния излучения. Эта составляющая выводится из оптической системы поляризационной призмой 4 и в построении изображения не участвует.

Линзовая система 8, направляющие оптические элементы 5 и 6 и поляризационная призма 4, установленные таким образом, что оптические. пути излучения в разных каналах равны, направляют отраженное от объекта излучение в активный элементлазера, где происходит его усиление без изменения поляризации. Промежуточное изображение объекта, усиленное активным элементом лазера, формируется линзовой системой 8 вблизи выходного отверстия 3 активного элемента лазера.

Проекционный объектив 10 формирует усиленное изображение объекта 9 на экране, при этом изображения для правого и левого глаза формируются пучками со взаимно ортогональными линейными поляризациями. Экран обладает свойством рассеивать излучения без изменения поляризации, например, стеклянная пластина, одна поверхность которой матирована, Изображения рассматриваются через устройство 12 наблюдения, состоящее из двух скрепленных поляроидов, установленных таким образом, что в правый и левый глаза поступает только информация из соответствующих каналов. Таким образом достигается стереоэффект, Данное устройство не ограничивается применением одной линзовой системы, одновременно фокусирующей излучение, распространяющееся в двух каналах. Возможно помещение в каждый канал отдельной линзовой системы, фокусирующей излучение на объект и формирующей изображение в соответствующем канале.

Кроме того, возможно помещение дополни-.

55 тельных линзовых систем, позволяющих изменять увеличение устройства. Такие дополнительные линзовые системы помещаются между активным элементом лазера и поляризационной призмой 4.

Если четвертьволновую пластину 7 поместить на поворотное устройство 13, позволяющее поворачивать ее вокруг оптической оси линзовой системы, свет, отраженный от объекта и прошедший линзовую систему 8 и четвертьволновую пластину 7, будет иметь эллиптическую поляризацию. Через поляризационную призму 4 проходит только излучение одной линейной поляризации, т,е. определенной для каждого канала, т.е. только часть излучения, несущего информацию об объекте. Изменение угла поворота четвертьволновой пластины осуществляет изменение этой части излучения, что позволяет регулировать яркость усиленного изображения объекта на экране.

Формула изобретения

1. Устройство для стереоскопического наблюдения микрообъектов, содержащее источник излучения подсветки и расположенные вдоль оптической оси светоделительное устройство, линзовую систему, проекционный объектив и устройство наблюдения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения информативности и улучшения условий наблюдения, оно снабжено экраном и четвертьволновой пластиной, причем источник излучения подсветки выполнен в виде активного элемента-лазера с выходными отверстиями, светоделительное устройство дополнено отклоняющими оптическими элементами и выполнено в виде поляризационной призмы, установленной на оптической оси активного элемента лазера, устройство наблюдения выполнено в виде по крайней мере одной пары скрещенных поляризационных фильтров, при этом четвертьволновая пластина установлена перпендикулярно оптической оси линзовой системы между светоделительным устройством и линзовой системой, а экран установлен в плоскости, сопряженной с плоскостью объекта перед устройством наблюдения.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что экран выполнен в виде пластины, одна поверхность которой матирована.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что линзовая система выполнена двухканальной.

4. Устройство по п,1, отл и ч а ю щ е ес я тем, что четвертьволновая пластина установлена с возможностью поворота вокруг оптической оси линзовой системы.