Устройство для определения границ полосы

 

О П,„А Н,. Е (,)708145

ИЗОБР"Е"ГЕНИЯ

Союз Советсиик

Социалистических

Республии

* а

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (5l)M. Кл.

G 01 В 9/02

G 01 N 21/00 (22)Заявлено 06.09.77 (21) 2523284/18-25 с присоединением заявки Ж—

Веударственньй кеметет

СССР (23) П риоритет ао дмам нзабретений а вткрмтнй

Опубликовано 05 01 80- Бюллетень Ж 1

Дата опубликования описания 07.01.80 (53) УДК

535.8 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. Н. Биенко, Е. К, Чехович, Д. В. Толкун и Ю. Г. Буров (7l) Заявитель

Институт электроники АН Белорусской ССР (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНь1Я ГРАНИЦ ПОЛОСЫ

Изобретение относится к оптико-интерферен. ционным устройствам и может быть использовано для определения границ оптического контраста.

Известны фотоэлектрические устройства, выделяющие границу раздела темного и светлого полей при регистрации интерференицонньц полос. Они состоят из оптической системы формирования интерфереициониых полос, двух диафрагм в виде щелей с поперечными размерами меньшими ширины полосы и двух фотоприемников. (1).

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для опре-. деления границы полосы,,содержашее диафрагму с двумя щелями и фотоприемники (2).

Однако это устройство не позволяет регистрировать обе границы полосы, а точность определения границы в этом устройстве снижена из-за рассогласования параметров фотоэлектрических каналов и погрешностей системы фиксирования равенства токов фотоприемников.

Пель изобретения — увеличение точности определения обеих границ полосы.

Это достигается тем, что в устройстве для определения границ полосы, содержащем диафрагму с двумя шелями и фотопрнемник, на выходе диафрагмы установлена состоящая из отклоняюшего полупрозрачного зеркал система совмешения световых потоков. Щели установлены с относительным сдвигом, равным ширине щели, а плоскость диафрагмы и отклоняющего зеркала составляют утол, обеспечивающий интерференцию совмешаемых потоков с разностью хода, равной нечетному числу пол уволн.

На фиг. 1 изображена принципиальная онтнческая схема устройства определения границы полосы; на фиг. 2 — дифференциальная диафрагма; на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняюшие работу устройства.

Устройство определения границы полосы состоит из источника когерентного монохроматического излучения, оптической системы формирования изображения полос (не показаны), дифференциальной диафрагмы 1 с двумя щелями, системы совмещения световых потоков, в которую входят плоское отклоняюшее зерка40

3 7081 ло 2 и светоделитсльный элемент 3, фотоприемника 4. Ли !:ференциальная диафрагма 1 расположена в плоскости изображения полос

5, образованного коллимирован ым когерентным монохроматическим световым потоком при помощи оптической системы формирования полос. 1нели диафрагмы, имеющие равные размеры, взаимно смещены по высоте и сдвинуты одна относительно другой на ширину щели в направлении сканирования, причем ши- рина каждой щели меньше полуширины регистрируемой полосы (фиг. 2). Система совмещення световых потоков помещена между диафрагмой 1 и фотоприемником 4. Отклоняющее зеркало 2 и параллельный. ему светоделительный элемент 3 этой системы расположены на пути световых потоков, идущих от ще. лей диафрагмы 1, под углом к плоскости диафрагмы. Одий световой поток поступает на светоделительный элемент 3, а второй — на отклоняющее зеркало 2 и далее на светоделительный элемент. Совмещаясь на светоделительном элементе, эти потоки интерферируют.

Угол между плоскостью диафрагмы и зеркалом (или параллельным ему светоделитель- 25 ньгм элементом) устанавливается таким, что разность хода интерферирующих световых потоков равна нечетному числу полуволн светового излучения. Он может принимать следующие значения. 30

< =а .сс1 (д (2п О где а — угол между плоскостью диафрагмы и зеркалом;

7 — длина волны когерентного монохро35 матического излучения;

a — расстояние между соответствующими точками щелей диафрагмы;

n — любое целое положительное число.

Устройство работает следующим образом.

Все интерферирующие лучи, проходягцие через соответствующие точки щелей, имеют. одинаковую разность хода, вследствие чего интерференционная картина на выходе светоделительного элемента представляет собой темное поле. Фотоприемник 4, служащий для регистрации световых сигналов, установлен на пути потока, идущего от светоделительного элемента. При сканировании изображения полос дифференциальной диафрагмой происходят последовательные засветки или затемнения щелей, приводящие к линейным нарастаниям или спадам величин световых потоков за ними. Моменты времени прохождения границами полосы линии, на которой находятся стороны щелей, соответствун т полной засветке или затемнению Ф, (т) и Ф (t) (фиг.3).

Когда световой поток проходит только через одну из щелей (интервалы t> — t и t> t6, он полностью поступает через светоделительный элемент на фотоприемник. При полной засветке обеих щелей (интервал t> — t4) световые потоки совмещаются на светоделительном элементе и интерферируют. Причем между собой взаимодействуют только лучи, проходящие через . соответствующие точки. Вследствие того, что разность хода потоков равна нечетному числу полуволн светового излучения, интерференция приводит к вычитанию их интенсивностей. Интерференционная картина в этом спучае представляет собой темное поле, и на фотоприемник сигналы не поступают. При последовательном увеличении или уменьшении светового потока, проходящего через одну из щелей, и полной засветке второй щели происходит вычитание потоков путем осуществления интерференции лучей, проходящих одновременно через соответствующие точки, количество которых меняется по линейному за.кону при сканировании изображения полосы (интервалы т2 — тЗ и t4 — т5 ) .

Результирующие световые сигналы Фреэ (t), поступающие на Фотоприемник, имеют треугольную форму. Вершины треугольников (моменты времени tq и t, на 4иг. 2) соответствуют моментам перехода границ регистрируемой полосы через прямую линию, по обе стороны которой лежат щели дифференциальной диафрагмы. Фотоприемник преобразовывает эти сигналы в электрические. Определение вершин треугольных импульсов может осуществляться любым из известных способов (например дифференцированием импульсов) . Принцип работы устройства одинаков при определении границ как светлых так и темных полос.

Предложенное устройство позволяет регистрировать обе границы полосы. Наличие в нем одного фотоприемника и отсутствие необходимости в регистрации равенства световых потоков исключает погрешности рассогласования фотоэлектрических каналов. Устройство фиксирования равенства токов фотоприемников в этом устройстве не требуется. Таким образом, устройство определения границы полосы позволяет находить с более высокой точностьк любые границы оптического контраста. Исследования устройства показали, что границы полос могут регистрироваться с точностью

0„05 мкм, т,е. на порядок выше, чем у известных устройств.

Формула изобретения

Устройство для определения границ полосы, содержащее диафрагму с двумя щелями и фотоприемник, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности опреЦНИИПИ Заказ 8469/33 Тираж 801

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 деления обеих границ полосы, на выходе диа фрагмы установлена состоящая из отклоняющего и полупрозрачного зеркал система совмещения световых потоков, при этом щели установлены с относительным сдвигом, равным ширине щели, а плоскость диафрагмы и отклоняющего зеркала составляет угол, обеспечивающий интерференцию совмещаемых потоков с разностью хода, равной нечетному числу полуволн.

708145 6

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Карташов А. Н., Эпин И. ttf. Методы

> измерения малых разностей фаз в интерференционных устройствах. У. Ф. Н., 1972, т. 106, вып. 4, с. 687.

2. Авторское свидетельство СССР N 385207, о кл. G 01 N 21/00, 1970 (прототип).