Устройство для измерения координат изображений микрообъектов,восстановленных с плоских голограмм

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ ИЗОБРАЖЕНИЙ МИКРООБЪЕКТОВ, ВОССТАНОВЛЕННЫХ С ПЛОСКИХ ГОЛОГРАММ, содержащее последовательно расположенные лазерный осветитель с системой коллимирования света, размещенные в станцне, на которой смонтированы каретка продольного перемещения с установленным на ней кадровым ркном и лентопротяжным механизмом , каретка поперечного перемещения , на которой размещена каретка вертикальной координаты, на которой установлены измерительный объектив и видеокамера, а также I оптический канал проецирования измерительного перекрестия на видеокамеру , отличающееся тем, что, с целью повышения производительности измерений., в него дополнительно введены отклоняющее зеркало с центральным эллипсны отверстием, три непрозрачных зеркала , длиннофокусный объектив, вторая видеокамера и телемонитор, причем зеркало с центральньм отверстием установлено перед измерительным объективом под углом к оптической оси и жестко связано с ним, непрозрачные зеркала оптически связывают о S9 зеркало с центральным отверстием (Л и длиннофокусный объектив, за которым установлена вторая видеокамера , при .этом первое зеркало, длиннофокусный объектив и вторая видеокамера установлены над кадровым окном на каретке вертикального перемещения и жестко связаны с ней, второе и третье зеркала установлены на каретке поперечного перемещения О5 и жестко связаны с ней. 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11): (511 4 С 03 Н 1 26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ЕЛ М ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЫТИЙ (21) 3697740/24-25 (22) 08,02,84 (46) 07,12.85, Бюл, У 45 (72) В.А,Гончаров, В.Я.Медведь, .В.И.Рыбаченко и В.Д.Юрпалов (53) 772,99 (088,8) (56) Drevermann Н., Ceissler К, The Holmer project, CERN 82-01, 22, March 1982.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1116865, кл, G 03 Н 1/26,. 1983. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КООРДИНАТ ИЗОБРАЖЕНИЙ МИКРООБЪЕКТОВе

ВОССТАНОВЛЕННЫХ С ПЛОСКИХ ГОЛОГРАММ содержащее последовательно расположенные лазерный осветитель.с системой коллимирования света, размещенные в станине, на которой смонтированы. каретка продольного перемещения с установленным на ней кадровым окном и лентопротяжным механизмом, каретка поперечного перемещения, на которой размещена каретка вертикальной координаты, на которой установлены измерительный объектив и видеокамера, а также оптический канал проецирования измерительного перекрестия на видеокамеру, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения производительности измерений, в него дополнительно введены отклоняющее зеркало с центральньпч зллипсным отверстием, три непрозрачных зеркала, длиннофокусный объектив, вторая видеокамера и телемонитор, причем зеркало с центральным отверстием установлено перед измерительным объективом под углом к оптической оси и жестко связано с ним, непрозрачные зеркала оптически связывают .зеркало с центральным отверстием и длиннофокусиый объектив, за которым установлена вторая видеокамера, при,этом первое зеркало, длиннофокусный объектив и вторая видеокамера установлены над кадровым окном на каретке вертикального перемещения и жестко связаны с ней, второе и третье зеркала установлены на каретке поперечного перемещения и жестко связаны с ней.

Изобретение относится к голографии, в частности к устройствам для восстановления с голограмм простран. ственных изображений с последующим измерением геометрических пара-метров восстановленных объектов, Цель изобретения- повышение производительности измерений и качества телеизображений, На фиг,1 изображена компоновочная схема устройства, на фиг.2— принципиальная .схема устройства; на фиг,3 — конструктивная оптичес-, кая схема устройства.

Устройство содержит станину 1 (фиг.1), на которой смонтированы каретка 2 продольного перемещения с кадровым окном 3 и лентопротяж- ным механизмом 4 ° каретка 5 поперечного перемещения, на которой установлена каретка 6 вертикальной координаты, сбалансированная противовесом 7. На каретке вертикальной координаты установлены видеокамеры 8 и 9, оптический блок 10 разделения световых полей от действительного и мнимого изображений, обеспечивающий синхронность перемещений разномасштабных иэображений, Be три каретки снабжены электроприводами 11 и датчиками 12 линей.ного перемещения.

В станине (фиг.2 и 3) вмонтированы последовательно расположенные лазерный осветитель 13, система 14 коллимирования и фильтрации света, система 15 зеркал, обеспечивающих освещение измеряемой зоны голограммы, На каретке 6 вертикального перемещения над кадровым окном 3 установлено зеркало 16 с центральным эллипсным отверстием, измерительный объектив 17, оптически связанные с видеокамерой 8 ° подвижное по вертикальной координате зеркало 18, На каретке 5 поперечного перемещения установлены два неподвижных . по вертикальной координате зеркала 19 и 20. На каретке 6 вертикального перемещения расположены также длиннофокусный объектив 21 обзора мнимого иэображения, оптически связанный с видеокамерой 9 ° Сигналы с видеокамер 8 и 9 поступают соответственно на телемониторы 22 и 23, На видеокамеру 8 одновременно проецируется измерительное перекрестие оптическим проекционным

196800 2 устройством 24, Зеркала 19 и 20 размещены в одной плоскости с оптическими элементами 16, 17, 8, 21 и 9 ° установленными на каретке .верти5 кального перемещения, Устройство работает следующим образом, Луч света от лазерного осветителя (фиг,2) проходит через систе10 му 14 коллимирования и фильтрации света, расширяется до необходимого для подсветки измерительной эоны голограммы значения и через систему 15 .зеркал освещает измерительную

15 зону голограммы, расположенной в кадровом окне 3, Восстановленное с голограммы действительное иэображение, которое пропускает зеркало 16 с эллипсным отверстием, передается

20 в увеличенном масштабе объективом 17 на видеокамеру 8. Мнимое иэображение. отражается зеркалом 16 и через систему зеркал 18-20, 25 и 26 обеспечивающих синхронное перемещение

25 среза мнимого объема по отношению к перемещению среза действительного объема, объективом 21 передается в уменьшенном масштабе на видеокамеру 9. !

Разделение действительного и мнимого изображений на зеркале 16 происходит за счет отверстия, выпол ненного с таким расчетом, чтобы пропускать сферическую волну, которая распространяется в апертурном угле дифракции на микрообъекте, согласно теории дифракционного образования изображений, Апертурный угол определяется из соотношения

1 22 гр= —. —,—, s inU где Я вЂ” радиус микрообъекта;

Л вЂ” длина волны;

U! — апертурный угол в пространстве иэображений, По известным размерам микрообъектов и оптическим параметрам оптики определяется размер и форма отверстия в зеркале.

Сферическая волна от мнимого изображения распространяется в таком же апертурном угле, что и от действительного иэображения. Поскольку расстояние от мнимого источника сферической волны до зеркала с эллипсным отверстием значи" тельно больше, чем расстояние от

196800

f0

25

S5 з 1 сопряженного действительного источника сферической волны, то площадь пересечения световой волны от мнимого источника с зеркалом 16 значительно. больше площади отверстия и сферическая волна от мнимого источника отразится зеркалом 16 на зеркало 18, Зеркало 18 направляет луч параллельно направлению перемещения каретки 6 вертикальной координаты на зеркала 19 и 20, которые установ лены взаимно перпендикулярно на каретке 5 поперечного перемещения и неподвижны по вертикальной координате. Зеркало 20 разворачивает луч параллельно направлению пере-. мещения каретки вертикальной координаты 6 и направляет его через зеркала 25 и 26 в .объектив 21, который установлен на подвижной платформе каретки 6 вертикальной координаты вместе с видеокамерой .9. При перемещении каретки 6 вертикальной координаты зеркало 16 с эллипсным отверстием, зеркало 18, объектив 21 и видеокамера 9 перемещаются относительно двух неподвижных по вертикальной координате зеркал 19 и 20, при этом, эа счет изменения длины оптического пути от объектива 21 до голограммы, уста.новленной в кадровом окне 3 npouct . ходит непрерывная синхронная фокусировка на сопряженные с действительным изображением срезы мнимого изображения.

Процесс измерения положения микрообъекта в пространстве сводится к совмещению плоскости наводки, которая соответствует наиболее резкому изображению предмета на экране телемонитора 22 и к одновременному совмещению центра микрообъекта с изображением измерительного перекрестия. Этот процесс осуществляется линейным перемещением кареток 2 продольного перемещения, 5 поперечного перемещения и

6 вертикального перемещения от электропроводов 11, а отсчеты координат производятся датчиками 12 линейного перемещения.

Устройство работает в полуавтоматическом режиме с участием оператора, Оператор наблюдает на одном из телемониторов уменьшенный срез мнимого изображения объема, восстановленного с голограммы .. большим линейным полем, а на втором телемониторе наблюдают фрагмент этого же среза с увеличением, на котором также изображено неподвижное измерительное перекрестие, Совмещение иэображений перекрестия и точки трека на экране телемонитора 22 и наводка на наилучшую резкость осуществляются оператором при помощи шаров управления. При этом программа мини-ЭВМ воспринимает импульсные последовательности, поступающие с трех преобразователей угол-импульс. Процедура совмещения иэображений перекрестия и точек трека заканчивается нажатием определенной клавиши на клавиатуре дисплея, означающем команду снятия отсчетов с датчиков 12 линейного перемещения и записи координат в памяти мини-3ВМ.

После этого программа управления вычисляет по ранее измеренным координатам точек примерные координаты следующей точки, подлежащей измерению, и осуществляется автоматический вывод измерительных кареток в зону этой точки с последующим точным центрированием оператором, Работа производится с положительными значениями координат ° поэтому перед началом измерения вы-. полняется операция автоматического обнуления отсчетной системы устрой35 ства. Перемотка носителя фильмо-. вой информации лентопротяжным механизмом (JIIIM) производится как автоматически, на предварительно иэ40 вестный кадр, так и оператором с использованием шара управления, выступающего в качестве органа управления JIIIM, Переход с ручного управления JIIIM .на автоматическое

45 производится оператором через клавиатуру дисплея с использованием

ЭВМ.

Таким образом, предложенное устройство позволяет получать раэномасштабные телеизображения без повьппения мощности лазера с одновременным разделением действительного и мнимого изображений, повысить качество телеизображений за счет исключения взаимовлияния действительного и мнимого изображений друг на друга, а также повысить по отношению к известному

1196800

10 устройству в 2 раза производительность измерений за счет введения обзорного канала, облегчающего оператору поиск вершин актов рождения и распада частиц .с новым квантовым числом очарования.

Изобретение может быть использовано для массовых измерений координат любых объемных иэображений микрообъектов с Размерами от долей микрон до десятков микрон, зафиксированных на голограммах, с раэномасштабным отображением их на телеэкранах .в различных областях физики, биологии, медицины и в системах неразрушающего контроля.

1196800.

Составитель В,Аджалов

Редактор В,Петраш Техред M.Íàäü Корректор М.Самборская

Заказ 7561/44 Тираж 447 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4