×
20.05.2020
220.018.1e2a

СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОЙ СПЕКТРАЛЬНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ПАРЫ СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ С ПЕРЕСТРОЙКОЙ ПО СПЕКТРУ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области стереоскопии, а именно к способам получения и регистрации спектральных стереоизображений объектов. Техническим результатом изобретения является использование одного акустооптического (АО) кристалла малых массы и габаритов, исключение или упрощение формирующей оптической системы, решение проблемы взаимной синхронизации каналов. Сущность изобретения заключается в использовании способа одновременной спектральной фильтрации пары параллельно распространяющихся световых пучков с перестройкой по спектру, заключающийся в линейной поляризации этих пучков, пропускании их через АО кристалл, в котором возбуждена акустическая волна постоянной частоты, обеспечивающая эффективную брэгговскую дифракцию заданной спектральной компоненты, пропускании их через выходной поляризатор, скрещенный с входным, и параллельном распространении после фильтрации. При этом один из пучков до АО кристалла пропускают через трехгранную призму из материала АО кристалла, углы которых таковы, что этот пучок эффективно дифрагирует в АО кристалле, а после АО кристалла этот пучок пропускают через трехгранную призму из материала АО кристалла, углы которой таковы, что этот пучок после призмы распространяется параллельно со вторым пучком. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области стереоскопии, а именно к способам получения и регистрации спектральных стереоизображений объектов. Стереоскопия позволяет визуализировать и определять трехмерную форму предметов, их структуру, взаимное расположение отдельных элементов. Стереоизображения рассматриваются либо непосредственно глазами, либо с помощью специальных приспособлений.

Методы спектрально-контрастной визуализации позволяют решать множество задач, в частности, отображать распределение свойств наблюдаемого объекта, например, физико-химических. Для этого выделяют свет в полосе поглощения, излучения или флуоресценции визуализируемых веществ [Yoon S, Thai С. Stereo spectral imaging system for plant health characterization. // Proc. ASABE Annual Int. Meeting, 2009. №096583. P. 1-12]. Получение спектральных стереоизображений позволяет получать (отображать) объемное распределение таких веществ (свойств).

Для получения спектрального стереоизображения достаточно предварительно отфильтровать излучение с заданной длиной волны. Таким образом, самым общим решением задачи является установка перестраиваемого спектрального фильтра изображений на входе стереоскопической системы. При этом основными требованиями к фильтру являются сохранение достаточно качественного изображения при спектральной фильтрации и возможность перестройки по спектру. Для возможности корректного сопоставления спектральных стереоизображений на разных длинах волн необходимо, чтобы небольшие деформации изображения, которые неизбежно возникают при прохождении через оптический элемент (фильтр) были одинаковыми на всех длинах волн (или были устранены до требуемого уровня). Но прежде всего они должны быть достаточно близки в обоих каналах (пучках стереопары) - иначе искажения не позволят воссоздать стереоэффект.

Одним из способов реализации, обеспечивающих быструю электронную перестройку, является использование брэгговской дифракции на акустических волнах, когда дифракционная решетка создается в реальном времени бегущей акустической волной, а период этой волны определяет выделяемую длину волны света.

Таким образом, достижение искомого результата (получение спектральных стереоизображений на разных длинах волн) обеспечивает оптическая схема, содержащая по одному акустооптическому (АО) фильтру в каждом стереоскопическом канале [Мачихин А.С., Батшев В.И., Пожар В.Э., Мазур М.М. Акустооптический стереоскопический спектрометр полного поля для восстановления объемной структуры объектов в произвольных спектральных интервалах. // Компьютерная оптика, 2016. №6. С. 871-877]. Устройство формирует два спектральных пучка, имеющие ортогональные поляризации и переносящие изображения объекта под разными углами. Недостатком такого подхода является использование двух АО фильтров, что вызывает необходимость их совместной спектральной калибровки и использования электронных компонентов для их синхронизации.

Известен способ получения спектральных стереоизображений на основе применения одного «большого» АО кристалла, размеры которого допускают одновременное параллельное распространение двух световых пучков [A. Machikhin, V. Batshev, V. Pozhar, A. Naumov, A. Gorevoy. Acousto-optic tunable spectral filtration of stereoscopic images. // Optics Letters, 2018. V. 43(5). P. 1087-1090]. Эта схема выбрана в качестве прототипа. Она проявляет следующие недостатки. Во-первых, пучки проходят через разные области звукового поля, что создает неэквивалентность каналов. В частности, на расстоянии в несколько сантиметров, акустическая волна может заметно затухать и, как правило, уже заметны эффекты расходимости и переотражения акустической волны. Во-вторых, при типичном размере пучка - до 1 см (а в задачах спектральной фильтрации изображений размеры пучка используют максимальные), необходимые размеры ячейки могут достигать 4-5 см, что для кристалла TeO2, являющегося наиболее эффективным для создания АО ячеек и устройств, близко к предельным размерам выращиваемых кристаллических заготовок. В-третьих, технологически сложно изготовить достаточно однородный АО кристалл сложной формы и значительных габаритов.

Известен способ получения спектральных стереоизображений на основе одного АО кристалла, в который ортогонально поляризованные стереоскопические световые пучки должны быть введены под определенными углами, а после фильтра они распространяются параллельно [патент RU 2578372 С2 от 27.03.2016]. Недостатком данного способа является наличие специфической формирующей системы и необходимость ее прецизионной ориентации относительно кристалла.

Задачей изобретения является устранение недостатков известных решений.

Техническим результатом изобретения является использование одного АО кристалла малых массы и габаритов, исключение или упрощение формирующей оптической системы, решение проблемы взаимной синхронизации каналов.

Для решения указанной технической задачи с достижением указанного технического результата применяется способ одновременной спектральной фильтрации пары параллельно распространяющихся световых пучков с перестройкой по спектру, заключающийся в линейной поляризации этих пучков, пропускании их через АО кристалл, в котором возбуждена акустическая волна постоянной частоты, обеспечивающая эффективную брэгговскую дифракцию заданной спектральной компоненты, пропускании их через выходной поляризатор, скрещенный с входным, и параллельном распространении после фильтрации. При этом один из пучков до АО кристалла пропускают через трехгранную призму из материала АО кристалла, углы которых таковы, что этот пучок эффективно дифрагирует в АО кристалле, а после АО кристалла этот пучок пропускают через трехгранную призму из материала АО кристалла, углы которой таковы, что этот пучок после призмы распространяется параллельно со вторым пучком. Изобретение поясняется чертежом.

На Фиг. 1 показана структурная схема, поясняющая описанный метод, где 1 и 5 - входной и выходной скрещенные поляризаторы, 2 и 4 - трехгранные призмы, 3 - АО кристалл. Показана предпочтительная ориентация кристаллографических осей АО кристалла и призм, изготовленных из кристалла ТеО2. Направление распространения недифрагированного в АО кристалле излучение показано пунктиром.

Осуществление изобретения

Изобретение может быть реализовано на основе устройства, состоящего из оптически связанных и расположенных последовательно элементов: входного поляризатора 1, входной призмы 2, АО кристалла 3, выходной призмы 4 и выходного поляризатора 5, скрещенного с входным 1.

Отличием изобретения является то, что до АО кристалла один из световых пучков пропускают через трехгранную призму из материала АО кристалла, углы которой таковы, что этот пучок эффективно дифрагирует в акустооптическом кристалле, а после АО кристалла этот же световой пучок пропускают через трехгранную призму из материала АО кристалла, углы которой таковы, что этот пучок после призмы распространяется параллельно со вторым пучком. Таким образом, на вход устройства подаются два широкополосных параллельно распространяющихся стереоскопических пучка, а после устройства распространяются два отфильтрованных (спектральных) параллельно распространяющихся стереоскопических пучка, что обеспечивает простоту встраивания устройства в различные оптические схемы. Идентичность материала АО кристалла и призм, а также простота форм этих элементов обеспечивают простоту их изготовления.

В предпочтительном варианте осуществления реализуется вариант схемы, заключающийся в использовании в качестве АО кристалла 5 классической ячейки из TeO2, входная грань которой имеет прямой угол при вершине, а дифракция происходит в плоскости XZ. Два световых пучка, переносящие стереоскопические изображения объекта, линейно поляризуются с помощью поляризатора 1 и распространяются перпендикулярно входной грани АО кристалла 3. При этом первый пучок I падает непосредственно на кристалл 3. Второй пучок II падает на входную прямоугольную призму 1. Угол α этой призмы определяют из условия, что падающие пучки параллельны друг другу: α=(θ12)/2, а пара углов θ1, θ2 однозначно определяется условием широкоапертурной геометрии дифракции для обоих пучков и значения этих углов определяются однозначно углом распространения звука γ. После эффективной дифракции обоих пучков в АО кристалле 3 пучок I выходит из кристалла, а пучок II попадает в призму 4. Угол выходной грани β2 АО кристалла 3 устанавливают либо, исходя из требования минимизации аберраций, либо из условия, что выходящие пучки параллельны входящим. Угол β1 между пучком II и выходной гранью призмы 4 рассчитывают, исходя из требования минимизации аберраций (А), а в варианте Б угол не детерминирован жестко и выбирается из удобства изготовления призмы (например, можно потребовать, чтобы выходная грань призмы совпадала с выходной гранью АО кристалла 5). Определенный таким образом угол β1 и условие параллельности выходящих пучков определяют углы ϕ, υ выходной призмы 4. После АО кристалла 3 и выходной призмы 4 световые пучки I и II распространяются параллельно друг другу и для блокировки повторно поляризуются с помощью поляризатора 5, скрещенного с входным поляризатором 1.

В частном случае углы призм могут быть подобраны так, что световые пучки, подаваемые на входной поляризатор 1 и идущие после выходного поляризатора 5, распространяются параллельно друг другу.

В частном случае АО кристалл 3, входная 2 и выходная 4 призмы могут быть выполнены в виде единого цельного кристаллического компонента.

Способ реализуется следующим образом.

Формируют два параллельно распространяющихся широкополосных световых пучка, переносящих стереоскопические изображения исследуемого объекта. Далее эти пучки линейно поляризуют, пропускают через оптический компонент, состоящий из изготовленных из одного материала АО кристалла и установленных вплотную к нему входной и выходной призм, и повторно пропускают их через выходной поляризатор, скрещенный с входным. На АО кристалл поддается частота ультразвука, соответствующая требуемой длине волны света, и после выходного поляризатора появляются два отфильтрованных (спектральных) и одинаково поляризованных параллельных световых пучка, переносящих стереоизображения исследуемого объекта. Эти изображения могут наблюдаться визуально или регистрироваться какими-либо приемниками излучения и далее подвергаться цифровой обработке.


СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОЙ СПЕКТРАЛЬНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ПАРЫ СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ С ПЕРЕСТРОЙКОЙ ПО СПЕКТРУ
СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОЙ СПЕКТРАЛЬНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ПАРЫ СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ С ПЕРЕСТРОЙКОЙ ПО СПЕКТРУ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 22.
25.08.2017
№217.015.b6c1

Устройство для обнаружения неоднородностей на плоских гранях потока однотипных проводящих изделий в инфракрасном излучении

Изобретение относится к оптическим методам контроля качества поверхности металлов и полупроводников, а именно к инфракрасной (ИК) амплитудной рефлектометрии. Устройство содержит источник p-поляризованного монохроматического излучения, два элемента преобразования излучения в ПЭВ, приемник...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614660
Дата охранного документа: 28.03.2017
26.08.2017
№217.015.e2fc

Метод и устройство для регистрации изображений фазовых микрообъектов в произвольных узких спектральных интервалах

Изобретение относится к технологиям количественной фазовой микроскопии и предназначено для измерения пространственного распределения фазовой задержки, вносимой прозрачным микрообъектом, в произвольных узких спектральных интервалах. Способ заключается в том, что прошедшее через микрообъект...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626061
Дата охранного документа: 21.07.2017
20.01.2018
№218.016.119b

Способ определения диэлектрической проницаемости металла в терагерцовом диапазоне спектра

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа определения диэлектрической проницаемости металла в терагерцовом диапазоне спектра. Способ включает в себя возбуждение зондирующим пучком поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ) на плоской поверхности металлического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634094
Дата охранного документа: 23.10.2017
17.02.2018
№218.016.2acd

Способ генерации непрерывного широкополосного инфракрасного излучения с регулируемым спектром

Изобретение относится к области оптики и касается способа генерации непрерывного широкополосного инфракрасного излучения с регулируемым спектром. Способ включает в себя нагрев металлического тела, содержащего две смежные плоские грани, генерацию оптическими фононами тела на одной из граней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642912
Дата охранного документа: 29.01.2018
04.04.2018
№218.016.3174

Устройство для измерения длины распространения инфракрасной поверхностной электромагнитной волны

Изобретение относится к области оптических измерений и касается устройства для измерения длины распространения инфракрасной поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ). Устройство включает в себя источник монохроматического излучения, твердотельный образец с направляющей волну плоской гранью,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002645008
Дата охранного документа: 15.02.2018
09.06.2018
№218.016.5ace

Триангуляционный метод измерения площади участков поверхности внутренних полостей объектов известной формы

Изобретение относится к технологиям визуально-измерительного контроля (ВИК), позволяющим по зарегистрированным изображениям обнаружить искомые элементы поверхности контролируемых объектов в труднодоступных внутренних полостях различных технических устройств и сооружений и измерить...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655479
Дата охранного документа: 28.05.2018
09.06.2018
№218.016.5aef

Способ и устройство регистрации пространственного распределения оптических характеристик труднодоступных объектов

Способ заключается в том, что объект освещают широкополосным светом, формируют пучок излучения, переносящий изображение объекта, делят его на два идентичных пучка, один из которых пространственно фильтруют, формируя волну с известной формой волнового фронта, совмещают направления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655472
Дата охранного документа: 28.05.2018
02.12.2018
№218.016.a28f

Двухкомпонентный интерферометр общего пути

Устройство предназначено для регистрации пространственного распределения фазовой задержки, вносимой оптически прозрачным микрообъектом, и измерению его характеристик. Устройство состоит из оптически связанных и расположенных последовательно первого оптического компонента, фокусирующего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002673784
Дата охранного документа: 29.11.2018
08.03.2019
№219.016.d343

Акустооптическая ячейка для реализации обратной коллинеарной дифракции терагерцевого излучения на ультразвуковой волне в жидкости

Использование: для управления такими параметрами электромагнитного излучения терагерцевого диапазона, как направление распространения, интенсивность, поляризация, частота и фаза. Сущность изобретения заключается в том, что акустооптическая ячейка (АО-ячейка) содержит герметичный контейнер с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002681420
Дата охранного документа: 06.03.2019
08.03.2019
№219.016.d3a2

Устройство для измерения длины распространения инфракрасной поверхностной электромагнитной волны

Изобретение относится к области бесконтактного исследования поверхности металлов и полупроводников и касается устройства для измерения длины распространения инфракрасной поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ). Устройство содержит источник p-поляризованного монохроматического излучения,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002681427
Дата охранного документа: 06.03.2019
Показаны записи 1-10 из 17.
27.02.2013
№216.012.2c7d

Акустооптический модулятор

Изобретение относится к акустооптике и лазерной технике, в частности к акустооптическому модулятору пучка оптического излучения. Модулятор содержит кристаллический светозвукопровод с размещенным на его грани ультразвуковым излучателем и двумя боковыми гранями оптического качества для ввода и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476916
Дата охранного документа: 27.02.2013
20.10.2013
№216.012.7774

Устройство обнаружения работы лазерной акустической локационной системы несанкционированного съема речевой информации

Изобретение относится к области оптики, в частности к устройствам защиты информации закрытых помещений от прослушивания и записи с использованием лазерных акустических локационных систем. Технический результат состоит в повышении своевременности обнаружения факта работы лазерной акустической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496240
Дата охранного документа: 20.10.2013
27.08.2014
№216.012.ee30

Фотометр пламенный

Изобретение относится к области фотометрии и касается пламенного фотометра. Фотометр включает горелку, оснащенную устройством впрыска раствора исследуемого вещества. Горелка последовательно связана с оптической системой передачи светового потока, диспергирующим элементом, фотоприемным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526795
Дата охранного документа: 27.08.2014
10.02.2016
№216.014.c589

Способ получения оптических трехмерных и спектральных изображений микрообъектов и устройство для его осуществления

Способ получения оптических трёхмерных и спектральных изображений микрообъектов включает в себя коллимирование широкополосного оптического излучения источника, разделение на два пучка - референтный и объектный, формирование интерференционной картины за счёт сведения указанных пучков,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574791
Дата охранного документа: 10.02.2016
27.03.2016
№216.014.c632

Акустооптическое устройство для получения спектральных стереоизображений с перестройкой по спектру

Изобретение относится к области стереоскопии, в частности к получению и регистрации спектральных стереоизображений предметов, объектов. На входе устройства установлена двухапертурная диафрагма, формирующая два световых пучка, выходящих из объекта под разными углами. Входной объектив...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578372
Дата охранного документа: 27.03.2016
13.01.2017
№217.015.8396

Метод и устройство для регистрации спектральных цифровых голографических изображений оптически прозрачных микрообъектов

Способ получения спектральных цифровых голографических изображений, реализуемый устройством, заключается в формировании коллимированного широкополосного светового пучка, его селективной дифракции в акустооптическом фильтре, делении его на два пучка, пропускании одного из них через исследуемый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601729
Дата охранного документа: 10.11.2016
26.08.2017
№217.015.e2fc

Метод и устройство для регистрации изображений фазовых микрообъектов в произвольных узких спектральных интервалах

Изобретение относится к технологиям количественной фазовой микроскопии и предназначено для измерения пространственного распределения фазовой задержки, вносимой прозрачным микрообъектом, в произвольных узких спектральных интервалах. Способ заключается в том, что прошедшее через микрообъект...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626061
Дата охранного документа: 21.07.2017
09.06.2018
№218.016.5ace

Триангуляционный метод измерения площади участков поверхности внутренних полостей объектов известной формы

Изобретение относится к технологиям визуально-измерительного контроля (ВИК), позволяющим по зарегистрированным изображениям обнаружить искомые элементы поверхности контролируемых объектов в труднодоступных внутренних полостях различных технических устройств и сооружений и измерить...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655479
Дата охранного документа: 28.05.2018
09.06.2018
№218.016.5aef

Способ и устройство регистрации пространственного распределения оптических характеристик труднодоступных объектов

Способ заключается в том, что объект освещают широкополосным светом, формируют пучок излучения, переносящий изображение объекта, делят его на два идентичных пучка, один из которых пространственно фильтруют, формируя волну с известной формой волнового фронта, совмещают направления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655472
Дата охранного документа: 28.05.2018
02.12.2018
№218.016.a28f

Двухкомпонентный интерферометр общего пути

Устройство предназначено для регистрации пространственного распределения фазовой задержки, вносимой оптически прозрачным микрообъектом, и измерению его характеристик. Устройство состоит из оптически связанных и расположенных последовательно первого оптического компонента, фокусирующего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002673784
Дата охранного документа: 29.11.2018
+ добавить свой РИД