RU2569040C1

RU2569040C1 - Phase-contrast device to get brightness-inverted image of opaque objects

Info

Publication number: RU2569040C1
Application number: RU2014129235/28A
Authority: RU
Inventors: Евгений Львович Бубис; Сергей Александрович Гусев; Владимир Викторович Ложкарев; Виталий Олегович Мартынов; Илья Емельянович Кожеватов; Дмитрий Евгеньевич Силин; Андрей Николаевич Степанов
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2015-11-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: phase-contrast comprises single-mode laser, at least one objective lens and Zernicke filter composed of Zernicke photothermal cell of heat nonlinearity. Produced output image depends on intensity of incident light.

EFFECT: decreased overall dimensions and object illumination power.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к оптике, а именно к устройствам для инвертирования яркости изображения непрозрачных объектов, и может быть использовано для обработки изображений (получение позитива из негатива и наоборот) в схемах криптологии для измерения нелинейного коэффициента n₂ нелинейной среды и т.п.The invention relates to optics, and in particular to devices for inverting the brightness of an image of opaque objects, and can be used for image processing (obtaining positive from a negative and vice versa) in cryptology schemes for measuring non-linear coefficient n _{2 of a} non-linear medium, etc.

Известен метод фазового контраста, предложенный Цернике, и основанные на его использовании фазоконтрастные устройства используют для наблюдения (визуализации) прозрачных объектов и структур, а также анализа волнового фронта световых пучков со слабыми фазовыми неоднородностями в различных областях физики и техники от оптической микроскопии, измерения слабого поглощения света средой до физики плазмы. Метод основан на линейной трансформации фазовой модуляции, вносимой разными элементами объекта, в амплитудную модуляцию. Для этого в задней фокальной плоскости объектива, являющейся спектральной плоскостью объектива, размещают ячейку (фильтр) Цернике. Ячейка Цернике создает селективный сдвиг фаз Θ_Z≈±π/2 между нулевой и высшими пространственными гармониками световой волны, прошедшей сквозь прозрачный объект, что позволяет получить его видимое фазоконтрастное изображение.The phase contrast method proposed by Zernike is known, and phase-contrast devices based on it are used to observe (visualize) transparent objects and structures, as well as to analyze the wavefront of light beams with weak phase inhomogeneities in various fields of physics and technology from optical microscopy, and measurements of weak absorption light medium before plasma physics. The method is based on the linear transformation of phase modulation introduced by various elements of the object into amplitude modulation. To do this, in the rear focal plane of the lens, which is the spectral plane of the lens, place a cell (filter) Zernike. The Zernike cell creates a selective phase shift Θ _Z ≈ ± π / 2 between the zero and higher spatial harmonics of the light wave transmitted through the transparent object, which allows it to obtain a visible phase-contrast image.

В последнее время развивается фазоконтрастная техника, использующая нелинейные ячейки (фильтры) Цернике. Схемы нелинейного фазового контраста по сравнению с традиционными линейными в меньшей степени нуждаются в настройке, легко перестраиваются, а требуемый сдвиг фаз достигается путем выбора соответствующей интенсивности света, поступающей в нелинейную среду. В этом случае в качестве фильтра Цернике используют слой фототропного вещества, изменяющего свои оптические свойства (коэффициент пропускания и/или коэффициент преломления) под действием излучения. Регулируя мощность источника света и тем самым изменяя оптические свойства фототропного вещества в основном в области нулевой пространственной частоты, получают самонаведенный фильтр пространственных частот.Recently, a phase-contrast technique has been developed using non-linear Zernike cells (filters). Non-linear phase contrast schemes, compared to traditional linear ones, need less adjustment, are easily tuned, and the required phase shift is achieved by selecting the appropriate light intensity entering the non-linear medium. In this case, a layer of a phototropic substance is used as a Zernike filter, which changes its optical properties (transmittance and / or refractive index) under the influence of radiation. By adjusting the power of the light source and thereby changing the optical properties of the phototropic substance mainly in the region of zero spatial frequency, a self-guided spatial frequency filter is obtained.

Основное применение разработанные фазоконтрастные устройства находят в сфере визуализации фазовых неоднородностей. Известна конструкция фазоконтрастного устройства, в котором в качестве самонаводящегося фильтра Цернике выступает кювета с жидкой средой, обладающей большой величиной потерь αl на поглощение излучения (Фазоконтрастное устройство для визуализации прозрачных объектов // Патент RU на изобретение №2353961. G02B 27/52, публ. 2009). Фазоконтрастное устройство содержит одномодовый лазер, по крайней мере, один объектив, фильтр Цернике на тепловой нелинейности, установленный в задней фокальной плоскости объектива и блок регистрации и визуализации прозрачных объектов. Прошедшая через исследуемый прозрачный объект плоская волна частично поглощается в кювете с жидкой средой, где в конечном итоге формируется тепловая линза и вызывает необходимую расфазировку пространственных частот излучения. Таким образом, преобразуя фазовые изменения в рельефе волны в амплитудные, осуществляют визуализацию исследуемого прозрачного объекта. Известное техническое решение не позволяет получать инвертированное по яркости изображение исходного непрозрачного объекта, что необходимо в некоторых практических приложениях.The developed phase-contrast devices are mainly used in the field of visualization of phase inhomogeneities. A known design of a phase-contrast device in which a self-guiding Zernike filter is a cell with a liquid medium having a large radiation loss αl (Phase-contrast device for visualizing transparent objects // Patent RU on the invention No. 2353961. G02B 27/52, publ. 2009 ) The phase-contrast device contains a single-mode laser, at least one lens, a Zernike filter on thermal nonlinearity, mounted in the rear focal plane of the lens and a unit for recording and visualizing transparent objects. A plane wave that has passed through the transparent object under study is partially absorbed in a cell with a liquid medium, where a thermal lens is ultimately formed and causes the necessary out-of-phase spatial frequencies of radiation. Thus, converting the phase changes in the wave topography to amplitude, visualize the investigated transparent object. The known technical solution does not allow to obtain an inverted in brightness image of the original opaque object, which is necessary in some practical applications.

Характерной особенностью фоторефрактивных сред является ассиметричное светоиндуцированное рассеяние, называемое феннингом (fanning). Проходящий через фоторефрактивный кристалл лазерный пучок вызывает появление относительно широко углового «веера» рассеянного света (А.А. Зозуля. «Влияние фенинга на характеристики самонакачивающихся схем 4-волнового смешения в фоторефрактивных средах». Квантовая электроника, 19. №8 (1992)). Обычно такой эффект является препятствием для получения голографических записей, усиления изображений, обращений волнового фронта, но при этом оказалось возможным использовать этот эффект для выделения контуров объектов и инвертирование яркости изображения. Известна конструкция устройства (Edge enhancement, contrast reversal and logic operations using beam fanning in a photorefractive iron-doped barium titanate crystal, KANWAL KAMRA and K. SINGH. JOURNAL OF MODERN OPTICS, 1995, VOL. 42, NO. 3, 607-618), в которой в виде фоторефрактивной среды используется нормально вырезанный кристалл титаната бария, расположенный в задней фокальной плоскости объектива. Направленный свет от лазера проходит через полуволновую пластинку для получения смешанной поляризации во входном пучке. Затем с помощью двух поляризационных делителей, переменного аттенюатора и обтюратора выделяют две компоненты луча с обыкновенной и необыкновенной поляризацией, при этом одна компонента луча при необходимости может быть подавлена. Затем пройдя через плоскость объекта, объектив и фоторефрактивную среду, выходной луч фильтруется с помощью анализатора и отображается на детекторе или CCD камере, помещенной в плоскости изображения. Предложенная схема достаточно сложна и редко используется для практического применения, к тому же при использовании предложенного устройства происходит полная инверсия всего изображении, в том числе и фона. Другим недостатком устройства является сложность и высокая стоимость изготовления легированного железом кристалла титаната бария, используемого в качестве нелинейно-оптической среды.A characteristic feature of photorefractive media is asymmetric light-induced scattering, called fanning. A laser beam passing through a photorefractive crystal causes the appearance of a relatively wide-angle “fan” of scattered light (A. A. Zozulya. “The effect of fening on the characteristics of self-pumping 4-wave mixing schemes in photorefractive media.” Quantum Electronics, 19. No. 8 (1992)) . Typically, this effect is an obstacle to obtaining holographic recordings, enhancing images, wavefront reversals, but it turned out to be possible to use this effect to highlight the contours of objects and invert the brightness of the image. Known device design (Edge enhancement, contrast reversal and logic operations using beam fanning in a photorefractive iron-doped barium titanate crystal, KANWAL KAMRA and K. SINGH. JOURNAL OF MODERN OPTICS, 1995, VOL. 42, NO. 3, 607-618 ), in which a normally cut barium titanate crystal located in the rear focal plane of the lens is used in the form of a photorefractive medium. The directional light from the laser passes through a half-wave plate to obtain mixed polarization in the input beam. Then, using two polarizing dividers, a variable attenuator and a shutter, two components of the beam with ordinary and extraordinary polarization are isolated, while one component of the beam can be suppressed if necessary. Then, passing through the plane of the object, the lens and the photorefractive medium, the output beam is filtered using an analyzer and displayed on a detector or CCD camera placed in the image plane. The proposed scheme is quite complex and rarely used for practical use; moreover, when using the proposed device, the entire image, including the background, is completely inverted. Another disadvantage of the device is the complexity and high cost of manufacturing an iron-doped barium titanate crystal used as a nonlinear optical medium.

Наиболее близким по технической сущности заявляемой конструкции является устройство, выбранное в качестве прототипа, позволяющее осуществить инверсию контраста объекта, помещенного в фокусе линзы, использующее принцип обратного распространения. (Alexandre Goy, Demetri Psoitis, Digital reverse propagation in focusing Kerr media // Physical Review.2011, A 83, 031802 (R)). Исследуемый непрозрачный объект освещается сходящимся светом, прошедшим от источника излучения через фокусирующую линзу, в задней фокальной плоскости которой установлен нелинейно-оптический фильтр Цернике, выполненный в виде ячейки с фокусирующей нелинейной средой. Изображение объекта регистрируется CCD камерой с объективом, расположенным за ячейкой с нелинейной средой. Параллельно основной линии распространения луча проходит линия задержки, позволяющая передавать опорный луч для записи полной фазы и амплитуды на одном снимке, при этом энергия импульса источника излучения контролируется с помощью фотодиода. В данном устройстве фильтр Цернике выполнен на Керровской нелинейности в виде ячейки толщиной 10 мм, заполненной ацетоном. В качестве источника излучения используют титан-сапфировый лазер, излучающий импульсы длительностью 150 фс на длине волны 800 нм с частотой повторения 10 Гц, при этом мощность в импульсе составляет примерно 19 МВт, это так называемая критическая мощность. И хотя, как известно, для инверсии контраста достаточно половины критической мощности, все равно требуемая величина мощности источника излучения в данном случае составляет около 10 МВт.The closest in technical essence of the claimed design is a device selected as a prototype, which allows for the inversion of the contrast of the object placed in the focus of the lens, using the principle of back propagation. (Alexandre Goy, Demetri Psoitis, Digital reverse propagation in focusing Kerr media // Physical Review. 2011, A 83, 031802 (R)). The studied opaque object is illuminated by convergent light transmitted from a radiation source through a focusing lens, in the rear focal plane of which a Zernike non-linear optical filter is installed, made in the form of a cell with a focusing non-linear medium. The image of the object is recorded by a CCD camera with a lens located behind a cell with a nonlinear medium. In parallel with the main beam propagation line, there is a delay line that allows transmitting the reference beam to record the full phase and amplitude in one image, while the energy of the pulse of the radiation source is controlled by a photodiode. In this device, the Zernike filter is made on the Kerr nonlinearity in the form of a cell 10 mm thick filled with acetone. A titanium-sapphire laser emitting pulses with a duration of 150 fs at a wavelength of 800 nm with a repetition rate of 10 Hz is used as a radiation source, while the pulse power is approximately 19 MW, this is the so-called critical power. And although, as you know, half the critical power is enough for contrast inversion, the required power of the radiation source in this case is still about 10 MW.

Недостатком прототипа является относительно сложная конструкция и необходимость использовать в качестве источника излучения импульсный лазер большой мощности порядка единиц МВт.The disadvantage of the prototype is the relatively complex design and the need to use a high-power pulsed laser of the order of MW units as a radiation source.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка простого и легко реализуемого фазоконтрастного устройства получения инвертированного по яркости изображения непрозрачных объектов или структур с фильтром Цернике из недорогого и доступного материала при меньшей требуемой мощности освещающего объект излучения.The problem to which the present invention is directed, is the development of a simple and easily implemented phase-contrast device for producing inverted brightness images of opaque objects or structures with a Zernike filter from an inexpensive and affordable material at a lower required radiation power illuminating the object.

Указанный технический результат в заявляемом фазоконтрастном устройстве получения инвертированного по яркости изображения непрозрачных объектов достигается за счет того, что оно, как и устройство прототип, содержит одномодовый лазер, по крайней мере, один объектив, ячейку с кубично нелинейной средой, установленную в задней фокальной плоскости объектива, и блок регистрации и воспроизведения непрозрачных объектов.The specified technical result in the inventive phase-contrast device for obtaining inverted brightness images of opaque objects is achieved due to the fact that it, like the prototype device, contains a single-mode laser, at least one lens, a cell with a cubic nonlinear medium mounted in the rear focal plane of the lens , and a unit for registering and reproducing opaque objects.

Новым в разработанном фазоконтрастном устройстве для получения инвертированного по яркости изображения непрозрачных объектов является то, что в качестве ячейки с кубично нелинейной средой использована фототермическая ячейка Цернике на тепловой нелинейности, а в качестве одномодового лазера использован лазер непрерывного излучения мощностью не более 10 мВт.New in the developed phase-contrast device for obtaining an inverted image brightness of opaque objects is that a photothermal Zernike cell using thermal nonlinearity is used as a cell with a cubic nonlinear medium, and a cw laser with a power of no more than 10 mW is used as a single-mode laser.

В частном случае реализации разработанного фазоконтрастного устройства целесообразно дополнительно ввести в него еще один объектив, установленный таким образом, что его передний фокус совмещен с задним фокусом основного объектива.In the particular case of the implementation of the developed phase contrast device, it is advisable to additionally introduce another lens into it, mounted in such a way that its front focus is combined with the rear focus of the main lens.

На фиг. 1 представлена оптическая схема разработанного фазоконтрастного устройства для получения инвертированного изображения непрозрачного объекта или структуры с одним объективом и фототермической ячейкой Цернике на тепловой нелинейности.In FIG. Figure 1 shows the optical scheme of the developed phase-contrast device for obtaining an inverted image of an opaque object or structure with one lens and a Zernike photothermal cell on thermal nonlinearity.

На фиг. 2 представлена оптическая схема разработанного фазоконтрастного устройства для получения инвертированного изображения непрозрачного объекта или структуры с двумя объективами и фототермической ячейкой Цернике на тепловой нелинейности.In FIG. Figure 2 shows the optical scheme of the developed phase-contrast device for obtaining an inverted image of an opaque object or structure with two lenses and a Zernike photothermal cell on thermal nonlinearity.

На фиг. 3 представлены изображения непрозрачного объекта и соответствующая обработка изображений, полученные при разных величинах мощности источника излучения.In FIG. 3 presents images of an opaque object and corresponding image processing obtained at different values of the radiation source power.

Устройство, представленное на фиг. 1, содержит источник 1 когерентного одномодового излучения, аттенюатор 2, регулирующий мощность излучения, объектив 3, в задней фокальной плоскости которого установлена фототермическая ячейка Цернике 4 с кубично нелинейной средой, и цифровая камера 5 для обработки и воспроизведения полученного инвертированного изображения, установленная в плоскости изображения объектива 3. При этом сам непрозрачный объект 6 устанавливается после аттенюатора 2 перед объективом 3 в его предметной плоскости. Фототермическая ячейка Цернике 4 устанавливается в задней фокальной плоскости объектива 3 так, что фокус объектива 3 находится внутри ячейки 4.The device shown in FIG. 1, contains a source 1 of coherent single-mode radiation, an attenuator 2, which controls the radiation power, a lens 3, in the rear focal plane of which there is a photothermal Zernike cell 4 with a cubic nonlinear medium, and a digital camera 5 for processing and reproducing the obtained inverted image mounted in the image plane lens 3. In this case, the opaque object 6 itself is installed after the attenuator 2 in front of the lens 3 in its subject plane. The photothermal Zernike cell 4 is mounted in the rear focal plane of the lens 3 so that the focus of the lens 3 is inside the cell 4.

В качестве источника 1 когерентного излучения может быть использован одномодовый линейно поляризованный, например гелий-неоновый, лазер, а также твердотельные или полупроводниковые одномодовые лазеры небольшой мощности (до 10 мВт).As a source of coherent radiation 1, a single-mode linearly polarized laser, for example a helium-neon laser, as well as solid-state or semiconductor single-mode lasers of low power (up to 10 mW) can be used.

В качестве аттенюатора 2, регулирующего мощность излучения, поступающую на объект 6, может быть использована призма Глана или нейтральные светофильтры.As an attenuator 2, regulating the radiation power entering the object 6, a Glan prism or neutral light filters can be used.

В качестве объектива 3 могут быть использованы объективы или линзы с различными фокусными расстояниями F.As the lens 3 can be used lenses or lenses with different focal lengths F.

В качестве фототермической ячейки Цернике 4 на тепловой нелинейности может быть использована, например, жидкостная кварцевая кювета, заполненная кубично нелинейной средой. В качестве кубично нелинейной среды с тепловой нелинейностью может быть использован ацетон, спирт с добавлением красителей в виде раствора бриллиантовой зелени или йода. Также в качестве фототермической ячейки Цернике 4 на тепловой нелинейности может выступать плоскопараллельная пластина из окрашенного плексигласа.As a photothermal Zernike cell 4 on thermal nonlinearity, for example, a liquid quartz cuvette filled with a cubically nonlinear medium can be used. Acetone, alcohol with the addition of dyes in the form of a solution of brilliant green or iodine can be used as a cubic nonlinear medium with thermal nonlinearity. Also, as a photothermal cell of Zernike 4, a plane-parallel plate of colored plexiglass can act on thermal nonlinearity.

В качестве цифровой камеры 5 может быть использована как камера, изготовленная на основе CCD-матрицы, так и камера на основе CMOS-матрицы.As a digital camera 5, both a camera made on the basis of a CCD matrix and a camera based on a CMOS matrix can be used.

Фазоконтрастное устройство, изготовленное в соответствии с п. 2 формулы и представленное на фиг. 2, содержит дополнительно введенный объектив 7, установленный таким образом, что его передний фокус совпадает с задним фокусом объектива 3 и расположен внутри фототермической ячейки Цернике 4. Это схема построения фазоконтрастного устройства с двумя объективами известна как «4f-схема» (см., например, Б. Салех, М. Тейх. «Оптика и фотоника. Принципы применения», Т. 1. Изд. Дом: Интеллект, 2012. 770 стр.). Такая оптическая схема практически не дает увеличенного изображения объекта по сравнению с исходным изображением, но может быть использована как пространственный фильтр, если в Фурье-плоскости располагается маска с определенным заданным коэффициентом пропускания.A phase contrast device made in accordance with claim 2 of the formula and shown in FIG. 2, contains an additionally introduced lens 7 mounted in such a way that its front focus coincides with the rear focus of the lens 3 and is located inside the Zernike 4 photothermal cell. This is a scheme for constructing a phase-contrast device with two lenses known as the “4f-scheme” (see, for example , B. Saleh, M. Teich. "Optics and Photonics. Application Principles", T. 1. Publishing House: Intellect, 2012. 770 pp.). Such an optical scheme practically does not give an enlarged image of the object compared to the original image, but can be used as a spatial filter if a mask with a certain specified transmittance is located in the Fourier plane.

Фазоконтрастное устройство для получения инвертированного изображения непрозрачного объекта или структуры, представленное на фиг. 1, работает следующим образом.The phase-contrast device for obtaining an inverted image of an opaque object or structure shown in FIG. 1, works as follows.

Непрозрачный объект 6, расположенный в предметной плоскости объектива 3, освещается гауссовым пучком одномодового линейно-поляризованного источника излучения 1. Величина мощности излучения, прошедшего через объект 6, регулируется за счет настройки аттенюатора 2. Прошедшее излучение объективом 3 фокусируется в фототермическую ячейку Цернике 4, внутри которой за счет частичного поглощения света формируется неоднородный профиль температуры и, следовательно, неоднородный профиль показателя преломления, приводящий к необходимому сдвигу фаз между нулевой и высшими пространственными частотами. Инверсия контраста происходит, когда низкие пространственные частоты поля несут большую часть мощности и нелинейно сдвинуты по фазе относительно высоких пространственных частот. Этот эффект в нашем случае позволяет получить инверсию контрастности исходного объекта 6, при этом фототермическая ячейка Цернике 4 осуществляет требуемый в данном случае полуволновый сдвиг фаз, равный π. В результате чего в плоскости изображения объектива 3 с помощью CCD камеры 5 получают инвертированное по яркости изображение исходного непрозрачного объекта 6.An opaque object 6 located in the objective plane of the lens 3 is illuminated by a Gaussian beam of a single-mode linearly polarized radiation source 1. The amount of radiation power transmitted through object 6 is controlled by adjusting the attenuator 2. The transmitted radiation by the lens 3 is focused into the photothermal cell of Zernike 4, inside which, due to partial absorption of light, an inhomogeneous temperature profile is formed and, therefore, an inhomogeneous refractive index profile, leading to the necessary shift of between zero and higher spatial frequencies. A contrast inversion occurs when the low spatial frequencies of a field carry a large part of the power and are relatively non-linearly phase-shifted with respect to high spatial frequencies. This effect in our case allows us to obtain an inversion of the contrast of the original object 6, while the photothermal Zernike cell 4 performs the half-wave phase shift required in this case, equal to π. As a result, in the image plane of the lens 3 using a CCD camera 5 receive an inverted in brightness image of the original opaque object 6.

Фазоконтрастное устройство для получения инвертированного изображения непрозрачного объекта или структуры, представленное на фиг. 2, работает подобным же образом, за исключением того, что не позволяет получать сильно увеличенное изображение объекта 6. Увеличение обычно может составлять 2÷3 раза, а при одинаковых объективах 3 и 7 получаемое изображение объекта 6 по геометрическому размеру равно исходному. Также 4-f схема позволяет сделать устройство более компактным за счет уменьшения расстояния от источника излучения 1 до плоскости изображения.The phase-contrast device for obtaining an inverted image of an opaque object or structure shown in FIG. 2, it works in the same way, except that it does not allow to obtain a greatly enlarged image of the object 6. The increase can usually be 2–3 times, and with the same lenses 3 and 7, the resulting image of the object 6 is equal in geometry to the original one. Also, the 4-f circuit allows you to make the device more compact by reducing the distance from the radiation source 1 to the image plane.

В примере конкретной реализации в качестве источника 1 когерентного излучения использовался одномодовый линейно-поляризованный He-Ne лазер мощностью Р≤6 мВт, длиной волны λ=0,63 мкм, диаметром D≈1 см. В качестве аттенюатора 2 использовался нейтральный светофильтр типа НС-2 или НС-3, в качестве фототермической ячейки Цернике 4 использовалась кювета толщиной 2 мм, заполненная ацетоном, с добавленным в него раствором бриллиантовой зелени. Инвертированное по яркости изображение объекта 6 регистрировалось цифровой CMOS - камерой типа DCC1545M.In a specific implementation example, a single-mode linearly polarized He-Ne laser with a power of P≤6 mW, wavelength λ = 0.63 μm, and a diameter of D≈1 cm was used as a coherent radiation source 1. An HC-type neutral filter was used as attenuator 2 2 or NS-3, as a photothermal cell of Zernike 4, a 2 mm thick cuvette filled with acetone with a solution of brilliant green was added to it. The brightness inverted image of object 6 was recorded with a digital CMOS camera type DCC1545M.

В другом примере конкретной реализации в качестве фототермической ячейки Цернике 4 использовалась плоскопараллельная пластинка толщиной 2 мм из окрашенного (зеленого) плексигласа.In another example of a specific implementation, as a photothermal cell of Zernike 4, a plane-parallel plate 2 mm thick of colored (green) plexiglass was used.

В качестве непрозрачного объекта 6, изображение которого инвертируется по яркости, в примере конкретной реализации использовалась непрозрачная сетка на стеклянной подложке, расстояния между штрихами сетки составляют 100 мкм.As an opaque object 6, the image of which is inverted in brightness, in the example of a specific implementation, an opaque grid on a glass substrate was used, the distances between the strokes of the grid are 100 μm.

Полученное обработанное изображение сетки 6 при различных милливатных мощностях освещающего пучка источника излучения 1 показаны на фиг. 3. На фиг. 3а представлено исходное изображение - негатив, полученное при мощности излучения источника 1 менее 1 мВт. На фиг. 3б представлено изображение, получаемое при примерно половинной величине необходимой мощности излучения, при этом контрастность получаемого изображения минимальна, непрозрачный объект 6 слабо различим на исходном фоне. На фиг. 3 в показано инвертированное изображение исходного объекта 6, полученное при мощности источника ~6 мВт. Результаты обработки изображения, преобразованного в позитивное, показывают, что достигается преобразование в позитивное изображение до 350%, относительно интенсивности падающего излучения. Смена описанных режимов происходит за счет наведения и релаксации тепловой линзы внутри фототермической ячейки Цернике 4 под действием изменяющейся мощности источника излучения 1. Время смены режимов составляет доли секунды.The obtained processed image of the grid 6 at various millivate powers of the illuminating beam of the radiation source 1 is shown in FIG. 3. In FIG. 3a presents the original image - the negative obtained when the radiation power of the source 1 is less than 1 mW. In FIG. 3b shows the image obtained at about half the required radiation power, while the contrast of the resulting image is minimal, the opaque object 6 is weakly distinguishable from the original background. In FIG. 3c shows an inverted image of the original object 6, obtained at a source power of ~ 6 mW. The results of processing the image converted to positive show that up to 350% conversion is achieved into a positive image, relative to the intensity of the incident radiation. The change of the described modes occurs due to the guidance and relaxation of the thermal lens inside the photothermal Zernike cell 4 under the influence of the changing power of the radiation source 1. The change of time is a fraction of a second.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает хорошим качеством воспроизведения изображения, легко реализуемо и не требует значительной мощности освещающего объект излучения.Thus, the proposed device has good image reproduction quality, is easily implemented, and does not require significant power of the object illuminating radiation.

Claims

1. Phase-contrast device for obtaining a brightness-inverted image of opaque objects, containing a single-mode laser, at least one lens, a cell with a cubic nonlinear medium mounted in the rear focal plane of the lens, and a unit for recording and reproducing opaque objects, characterized in that as cells with a cubic nonlinear medium a photothermal Zernike cell was used on thermal nonlinearity, and a cw laser with a power of 1 was used as a single-mode laser no more than 10 mW.

2. The phase-contrast device according to claim 1, characterized in that another additional lens is inserted into it, mounted in such a way that its front focus is aligned with the rear focus of the main lens.