СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТОВ Российский патент 1996 года по МПК G01B11/06 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при исследованиях однородных и неоднородных фазовых объектов произвольной формы для определения их геометрических характеристик (абсолютных значений толщин в различных участках, рельефа поверхности с учетом его направления и т.д.).

Известен способ контроля геометрической характеристики объекта, а именно диаметра движущейся проволоки, заключающийся в том, что помещают контролируемую проволоку в камеру с электрооптической жидкостью, в которой индуцировано постоянное электрическое поле, облучают среду с объектом поляризованным в исходной плоскости, перпендикулярной к линиям электрического поля в зоне контроля, световым потоком, поляризуют регистрируемый световой поток в плоскости, перпендикулярной к исходной, и регистрируют величину изменения потока, по которой судят об изменении диаметра проволоки [1]
В известном способе благодаря физическим особенностям объекта установлена зависимость между его геометрическими размерами и напряженностью электрического поля, однако указанный способ не позволяет установить зависимость геометрических характеристик исследуемого объекта от его оптических свойств, следовательно не может быть применен для определения геометрических характеристик фазовых объектов.

Задачей изобретения является установление зависимости геометрических характеристик исследуемого объекта от его оптических свойств за счет выявления различий в поляризационных свойствах веществ.

Для решения данной задачи в способе определения геометрических характеристик объектов, заключающемся в том, что помещают объект в камеру со средой, облучают среду с объектом поляризованным с помощью поляризатора световым потоком, регистрируют изменение интенсивности прошедшего среду светового потока, отличием является то, что в качестве среды используют оптически активную среду с постоянной а вращения и концентрацией С, после регистрации интенсивности светового потока, прошедшего через среду, поворачивают поляризатор и регистрируют угол Δγ(X, Y) поворота, при котором интенсивность светового потока, прошедшего исследуемый участок объекта, совпадает с интенсивностью светового потока, прошедшего среду, а геометрические характеристики определяют по соотношению

Для осуществления изобретения можно использовать устройство, принципиальная схема которого представлена на чертеже. Устройство содержит источник излучения 1, объектив 2, поляризаторы 3, 5, камеру 4 с оптически активной средой. К оптически активным средам относятся, например, скипидар, никотин, растворы сахара и другие органические соединения, пары натрия и т.д.

Коллимированное световое излучение, сформированное объективом 2, в переднем фокусе которого находится источник излучения 1, и линейно поляризованное с помощью поляризатора 3, пропускают через исследуемый фазовый объект 0, помещенный в камеру 4 с оптически активной средой. При этом часть излучения пропускают только через оптически активную среду. Измерение углов поворота плоскости поляризации излучения, прошедшего через анализируемые участки исследуемого фазового объекта и части излучения прошедшего только через оптически активную среду, осуществляют с помощью поляризатора 5. Распределение интенсивности за поляризатором 5 имеет вид:
I = E2o

cos²[α(X,Y)-γ] (I)
где E_o вещественная амплитуда излучения;
α(X,Y)(, угол поворота плоскости поляризации;
g угол поворота поляризатора 5. Все углы отсчитываются от вертикальной оси координат т.е. в общем случае, за поляризатором 5 наблюдается чередование темных и светлых областей, характеризующих изменение геометрических характеристик объекта.

Как следует из формулы (1), полученное в результате применения заявленного способа распределение интенсивности является функцией угла g поворота поляризатора. При повороте поляризатора, т.е. при изменении угла g, распределение интенсивности будет изменяться в соответствии с (1). То есть более светлые участки становятся темными и наоборот. Если зафиксировать взгляд на каком-то, например, светлом участке, соответствующем максимальному значению интенсивности, то при повороте поляризатора этот участок будет смещаться, а на месте светлого участка будет наблюдаться, в соответствии с (1), другое значение интенсивности света.

Пусть плоскость поляризации части излучения, прошедшего вне объекта, повернется на угол

где a постоянная вращения, с концентрация оптически активной среды, L длина камеры с оптически активной средой. Плоскость поляризации другой части излучения, прошедшего через анализируемых участок исследуемого фазового объекта, повернется на угол
α(X,Y)= aC[L-l(X,Y)]( (3)
где l толщина анализируемого участка исследуемого объекта. Тогда из (2) и (3) получим

Формула (4) позволяет определять абсолютное значение геометрической толщины исследуемого фазового объекта независимо от распределения его показателя преломления. Для этого необходима вначале повернуть поляризатор 5 на угол α_o, при этом, согласно (1), для части излучения, прошедшего только через оптически активную среду будет наблюдаться максимальное (или другое фиксированное) значение интенсивности. Затем поляризатор поворачивают таким образом, чтобы интенсивность светового потока, прошедшего исследуемый участок объекта, совпала с интенсивностью светового потока, прошедшего через оптически активную среду. При этом поляризатор повернется на угол Δγ = α_o-α (X,Y)(, по которому с помощью (4) и определяется искомая геометрическая толщина анализируемого участка фазового объекта.

Если же объект не имеет участков, позволяющих при данном направлении просвечивания осуществлять плавный переход интенсивности из области вне объекта в область объекта, например, плоскопараллельная пластинка при освещении, нормальном к ее поверхности, то следует изменить направление просвечивания, развернув исследуемый объект и провести измерения. При этом для определения толщины в направлении нормали к поверхности пластинки, следует использовать измеренное значение толщины с учетом изменения направления просвечивания.

Способ также позволяет однозначно определить высоту рельефа поверхности фазовых объектов, радиусы кривизны, размеры дефектов и т.д. Для этого необходимо обеспечить многоракурсное просвечивание исследуемого объекта и определить для каждого направления соответствующие величины толщин, по которым и вычисляются остальные геометрические характеристики. В совокупности с интерференционными способами заявляемый способ даст возможность определять показатели преломления фазовых объектов произвольной формы, т.к. интерференционные способы позволяют измерять лишь приращение оптической длины пути.

Использование: в измерительной технике, в частности для определения абсолютной толщины, рельефа поверхности, размеров дефектов фазовых объектов. Цель: установление зависимости геометрических характеристик исследуемого объекта от его оптических свойств за счет выявления различий в поляризационных свойствах веществ. Коллимированное световое излучение, сформированное объективом, в переднем фокусе которого находится источник излучения, и линейно поляризованное с помощью поляризатора, пропускают через камеру с оптически активной средой, в которую помещен исследуемый фазовый oбъeкт 0. С помощью поляризатора измеряют углы поворота плоскости поляризации излучения, прошедшего через анализируемые участки исследуемого и прошедшего только через оптически активную среду, по которым определяют геометрические характеристики фазового объекта. 1 ил.

Способ определения геометрических характеристик объектов, заключающийся в том, что помещают объект в камеру со средой, облучают среду с объектом поляризованным с помощью поляризатора световым потоком, регистрируют изменение интенсивности прошедшего среду светового потока и определяют геометрические характеристики объекта, отличающийся тем, что в качестве среды используют оптически активную среду с постоянной A вращения и концентрацией С, после регистрации интенсивности светового потока, прошедшего через среду, поворачивают поляризатор и регистрируют угол Δγ(X,Y) поворота, при котором интенсивность светового потока, прошедшего исследуемый участок объекта, совпадает с интенсивностью светового потока, прошедшего среду, а геометрические характеристики определяют по соотношению