Устройство для измерения линейных размеров малых объектов Советский патент 1983 года по МПК G01B11/02 

Изобретение относится к измеритеной технике и может быть использовано для измерения линейных размеров малых объектов, в частности, в микробиологии для измерения размеров при анализе формы и пространственно расположения микроорганизмов, в медицине - для анализа компонент кров и т.д.

: Известно устройство для измерения толщины проволоки, тонких валов нитей и т.п., содержащее лазер, оптическую коллимационную систему, Фу рье-объектив, систему сканирования дифракционной картины и систему обработки фотосигнала, fll. Недостатками данного устройства являются неприменимость для измерения размеров объектов с периодической пространственной структурой; сложность и громоздкость оптических систем, что усложняет юстировку, нестабильность метрологического нуля устройства .из-за-влияния флуктуации выходной мощности излучения лазера при абсолютных методах измерений. Наиболее близким к предлагаемсму по технической сущности является устройство для измерения линейных размеров малых объектов, содержащее оп тическую преобразующую систему для формирования дифракционной картины объекта, состоящую из последовательно расположенных на одной оси лазера, телескопического узла, Фурье объектива и маски, и фотоэлектричес кую систему анализа параметров дифракционной картины, включакяцуто фотоприемник и электронный блок обработки сигнала. Маска расположена в фокальной плоскости Фурье-объектива и выполнена в щелевого диска 2.

Недостатками известного уетройст ва является возможность измерения только линейных размеров простых детер1Иинированных объектов, неприменимость для измерения энергетических параметров дифракционных картин, что ограничивает диапазон контроли:руемых объектов, термонестабильность : электронной аналоговой аппаратуры ;обработки фотосигнала, вызьшгиощая нестабильность метрологического нуля устройства, что снижает надежность работы устройства. i Цель изобретения - расширение диа пазона контролируемых объектов и повышение надежности устройства. : Поставленная цель достигается тем что устройство для измерения линейных размеров мгилых объектов, содержащее оптическую преобразующую систему для формирования дифракционной Iкартины объекта, состоящую из последвательно расположенных на одной оси .лазера, телескопического узла,

объектива и маски, и фотоэлектрическую систему анализа парс1метров дифракционной картины, включакнцую фотоприемник и электронный блок обработки сигнала, снабжено фотохромной пластинкой с логарифмическим коэффициентом пропускания амплитуды световой волны, установленной в плоскости анализа оптической преобразующей системы, вторым Фурье-объективом и фотохромной пластинкой с антилогарифмическим коэффициентом пропускания гимплитуды световой волны, последовательно расположенными по ходу светового потока между фотохромной пластинкой с логарифмическим коэффициентом про11ускания амплитуды световой волны и фотоприемником, и точечной узкопольной диафрагмой, установленно перед фотоприемником, маска расположена в плоскости спектрального анализа оптической преобразукадей системы ив ней выполнены два точечных отверстия, а расстояние между вторым Фурье-объективом и маской пропорционально ширине интерференционных поло дифракционных максимумов интерферограммы, сформированной вторым Фурьеобъективом.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для измерения линейных размеров малых объектов.

Предлагаемое устройство для измерения размеров малых объектов-содержит оптическую преобразующую систему для фор14ирования дифракционной картины объекта и фотоэлектрическую систему анализа параметров дифракционной картины.

Оптическая преобразующая система содержит расположенные последовательно на одной оси лазер 1, телескопический узел 2 для расширения пучка излучения лазера 1, первый Фурьеобъектив 3, который предназначен для формирования дифракционной картины измеряемого объекта 4 и толстую маску 5, пpeднaзнaчeннsпo для фо 1ирования дифракционной картины и содержащую два точечных отверстия диаметром, равным половине радиуса перетяжки пучка излучения лазера 1, и фОтохромную стеклянную пластинку б с логарифмическим 1 оэффициентом пропускания амплитуды световой волны. Расстояние между, отверстиями маски 6 больше суммы двух диаметров перетяжки пучка. На расстоянии от маски 5 расположен второй Фурьеобъектив 7, предназначенный для формирования интерферограммы, дифракционных максимумов, выделенных маской 5 из дифракционной картины измеряемого объекта 4. Расстояние С пропорционально требуемой ширине интерференционных полос интерферограммл. За Фурье-объективом 7 расположена фотохромная стеклянная пластинка 8 с антилогарифмическим коэффициентом пропускания амплитуды световой волны.

Фотоэлектрическая система ангшиэа параметров дифракционной картины содержит узкопольную точечную диафрагму 9, за которой расположен фотоприемяик 10, выход которого через усилитель 11 подключен к электронному блоку 12 обработки сигнала. )

Устройство для измерения линейных размеров малых объектов работает следующим образом.

Пучок излучения лазера 1 расширяется до требуемых размеров телескопическим узлом 2 и освещает измеряемый объект 4. На пространс5гвенной структуре объекта 4 световая волна дифрагирует и Фурье-объективом 3 в плоскости спектрального анализа формируется дифракционная картина измеряемого объекта 4, Поскольку .пространственная структура измеряемого объекта 4 является квазипериодической, то дифракционное изображение состоит из периодически повторяющихся максимумов освещенности.

Амплитуды дифракционных максимумов прямо пропорциональны мощности излучения лазера и фуикциональнр зависимыОТ величины среднеквадратического отклонения от периодичности пространственной структуры измеряеого объекта 4. Точечными отверстияи маски 5 выделяются центральные асти, т.е. амплитуды в распределении освещенности двух максимумов ифракционной картины, логарифмируе ые в дальнейшем фотохромной стеклянной пластинкой б с логарифмическим оэффициентом пропускания амплитуды ветовой волны. Фурье-объективом 7 ормируется интерферограмма дифракционных максимумов, ширина интерференционных полос которой пропорциональна расстоянию f между Фурье-объективом 7 и маской 5. Поэтому максимумы освещенности интерференционных

полос, т.е. светлые полосы, соответствуют сумме логарифмов амплитуд выделенных дифракционных максимумов, , а минимумы освещенности интерференционных полос, т.е. темные полосы

0 соответствуют разности логарк моъ амплитуд выделенных дифракционных максимумов. Второй фотохромной пластинкой 8 выполняется антилогарифмирование распределения световой волны

s в интерферограмме согласно опреде-. ленному алгоритму, и в дальнейшем анализируется фотоэлектрической системой анализа парс1метров дифракционной картины. Для этого фотоприемник 1C с точечной узкопОЛЬной диафраг0мой 9 на входе помещают на темной полосе интерферограммы, амплитуда которой определяется по показаниям электронного блока 12 обработки сигнала. Таким образом, аьшлитуда (либо освещенность; темных интерференционных полос интерферограммы на выходе электронного блока 12 обработки сиг,нала пропорциональна отношению амплитуд двух фракционных Максимумов

0 измеряемого объекта 4, величина которого уменьшается по мере увеличения среднеквадратического отклонения от периодичности пространственной структуры измеряемого объекта 4.

5

Предлагаемое устройство позволяет расширить функциональные возможности устройства, повысить стабильность метрологического нуля устройства до 2%, устранить влияние результата

0 измерений от временных флуктуации выходной мощности излучения лазера, получить высокую те1 «остабильноств и точность измерения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЯНЫХ РАЗМЕРОВ МАЛЫХ ОБЪЕКТОВ, содержащее оптическую преОбраэутцую систему для формирования дифракционной картины объекта, состоящую из последовательно расположенных на одной оси лазера, телескопического : узла, Фурье-объект-ива и маски, и фотоэлектрическую систему ангшиэа параметров дифракционной картины, включгиощую фотоприёмник и электронной блок обработки сигнсша, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона контролируешь ; объектов и повыаения надежности устройства, оно снабжено фотохромной пластинкой с логарифмическим коэффициентсм пропускания амплитуды световой волны, установленной в плоскости анализа оптической преобразующей системы, вторым Фурье-о&ьективом и фотохромной пластинкой с антилогарифмическим коэффициент 1 пропускания амплитуды световой волны, последовательно расположенными по ходу светового потока между фотохромной пластинкой с логарифмическим :коэффициентси4 пропускания амплитуды световой волны и фотоприемнйком, и точечной узкопольной диафрагмой, установленной перед фотоприемником, маска расположена в плоскости спектрального анализа оптической преобразующей системы и в ней выполнены два точечных отверстия, a расстояние между вторым Фурье-объек; тивом и маскОй пропорционально ширине интерференционных полос-дифракци-.онных максимумов интерферограмки,сформированной BToiMdM Фурье-объективом ю ел