Теневая установка Советский патент 1984 года по МПК G02B27/54 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а более конкретно к оптическим приборам и устройствам для исследования прозрачны неоднородностей. Известно устройство, использующе метод светящейся точки, в котором и следуемая фазовая неоднородность пр свечивается сферической или плоской световой волной, исходящей из точеч ного источника С 1. В результате вариаций показателя преломления световые лучи, проходящие через разные участки неоднородности отклоняются на разные углы, что приводит к нарушению гомоцентрйчнос ти исходного светового пучка и пере распределению освещенности на экран В первом приближении относите«ьные изменения освещенности экрана определяются второй производной от показателя преломления, проинтегрированной по линии наблюдения. По этой причине установки, использующие мет светящейся точки, мало пригодны для количественных измерений вариаций по казателя преломления. Кроме того, с помощью установок такого типа плохо визуализируются неоднородности с малыми градиентами показателя преломления. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является теневая установка, содержащая установленные последовательно на оптической оси точечный источник света, коллиматор, объектив, визуализирующую диафрагму, расположенную в фокусе объектива, и регистратор, оптически сопряженный с исследуемым объектом С 2 . В этой установке визуализирующая диафрагма содержит только прозрачные и непрозрачные участки. При этом диафрагма может быть выполнена, например, в виде полуплоскости (ножа), которая в отсутствие неоднородности полностью или частично перекрывает изображение источника света. Отклонение лучей исследуемым объектом приводит к смещению изображения ис точника и увеличению освещенности соответствующих участков изображения объекта. Освещенность экрана при этом возрастает пророрционально угло вому отклонению луча в направлении, перпендикулярном кромке ножа. Угол отклонения и интенсивность пропорцио нальны градиенту показателя преломления, проинтегрированному по линии наблюдения. Таким образом, в зависимости от формы и расположения визуализирующей диафрагмы объект регистрируется в какой-либо одной определенной части его пространственного спектра. Указанное обстоятельство и является недостатком рассмотренной установки, поскольку при изучении быстропротекающих точно не воспроизводимых процессов возникает необходимость одновременной регистрации объекта в различных частях его пространственного спектра для получения более полных данных о нем. Это обусловлено тем, что некоторые детали лучше визуализируются при регистрации объекта в свете высокочастотной составляющей (тем-нопольной теневой картины), а другие- при регистрации объекта в свете низкочастотной составляющей (светлопольной картины). Цель изобретения - одновременная регистрация объекта в различных частях спектра его пространственных частот. Поставленная цель достигается тем, что в теневую установку, содержащую установленные последовательно на оптической оси точечный источник света, коллиматор, объектив визуализирующую диафрагму, расположенную в фокусе объектива, и регистратор, оптически сопряженный с исследуемым объектом, введен второй регистратор, оптически сопряженный с исследуемым объектом, напрозрачная часть визуализирующей диафрагмы содержит зеркальные участки, а ее плоскость составляет с оптической осью и направлением на второй регистратор равные углы. На фиг. 1 представлена оптическая схема предлагаемой установки и ход лучей в ней; на фиг. 2-10 различные варианты исполнения ее визуализирующей диафрагмы, где незащтрихованные участки соответствуют прозрачным участкам диафрагмы, черные - непрозрачным, а заштрихованные - зеркальным. Теневая установка включает установленные последовательно на оптической оси 1 точечный источник 2 света, коллиматор 3, объектив 4, визуализирующую диафрагму 5, расположенную в фокусе объектива 4, и регистратор 6, оптически сопряженный с исследуемым объектом 7. Кроме того, в состав установки входит второй регистратор 8, также оптически сопря женный с объектом 7. При этом непроз рачная часть диафрагмы 5 содержит зеркальные участки, а ее плоскость составляет с оптической ос;ью 1 и направлением 9 на регистратор 8 равные углы. Предлагаемая установка работает следующим образом. Световые лучи, прошедшие через исследуемую фазовую неоднородность 7 отклоняются ею на различные углы, и поэтому их пространственные частоты различны. Визуализирующая диафрагма 5 пространственно разделяет потоки излучения, имеющие различные пространственные частоты. При этом часть излучения задерживается непрозрачными участками диафрагмы, часть проходит через прозрачные участки и направляется на первый регистрирующий узел 6, а часть отражается от зеркальных участков и направляется на второй регистрирующий узел 8. В зависимости от поставленной задачи визуализирующая диафрагма может быть выполнена в различных вариантах. Рассмотрим работу установки при реализации некоторых из них. Кольцевой зеркальный нож (фиг. 2) В прямом ходе лучей регистрируется картина в низкочастотной составляюще пространственного спектра, в отражен ном - в высокочастотной составляющей Частотная граница разделения определяется диаметром отверстия в ноже. Круглый.зеркальный экран на прозрачном слое (фиг. 3). В прямом ходе лучей регистрируется картина в высокочастотной составляющей пространственного спектра, в отраженном - в низкочастотной составляющей. Зеркальный нож - полуплоскость с ребром, проходящим через центр диафрагмы (фиг. 4). В прямом ходе лучей регистрируется картина во всех частотах и только в положительных час тотах Vx . В отраженном ходе лучей ре гистрируется картина во всех частотах iJ( и только в отрицательных частотах . , Картина в прямом ходе лучей и в отраженном будут идентичны только в случае неоднородноети, обладающей зеркальной симметрией. При отсутствии таковой картины будут различны. Этот вариант устройства позволяет выявлять симметрию фазовой неоднородности. Непрозрачная пластина с круглыми прозрачными и отражающим участками (фиг. 5-7). При этом в варианте, изображенном на фиг. 5 в прямом ходе лучей регистрируются пространственные частоты v О, в отраженном - частоты л) , Vv; 0. Причем |Л ) варианте, изображенном на фиг. 6, в прямом ходе лучей регистрируются пространственные Частоты)х ; V О, в отраженном частоты Vx ; Vs, 0.Здесь Vji - i j т.е. тождественность картин в прямом и отраженном ходе лучей свидетельствует о симметрии неоднородности на частоте . В варианте, изображенном на фиг. 7, в прямом ходе лучей регистрируются пространственные частоты -Jjf , в отраженном же VY,. При этом |VxJ . Непрозрачная пластина с взаимно перпендикулярными прозрачной и зеркальной полосами (фиг. 8 и 9). В варианте, изображенном на фиг. 8, в прямом ходе регистрируется изображение в пространственных частотах О (без ограничения спектра л)у ), в отраженном - Vx (без ограничения спектра )). Вариант, изображенный на фиг.9, аналогичен предыдущему, но с регистрацией не в нулевой частоте V(. В варианте, изображенном на фиг. 10, картины, зарегистрированные в прямом и отраженном свете, будут одинаковы, если исследуемая неоднородность обладает центральной симметрией. В противном случае картины будут различными. Следует отметить, что при реализации Предлагаемой установки возможна одновременная двухканальная регистрация в двух спектральных диапазонах (за счет введения в каналы регистрации спектрально-селективных фильтров или нанесения спектрально-селективного покрытия на визуализирующую диафрагму). Возможно также использовать сдвиг фазы при отражении от зеркальных участков, вводя таким образом фазовый контраст в отраженную картину. 1 Кроме того, меняя закон изменения коэффициента отражения (пропускания, поглощения) с координатами, можно получить ряд других эффекто)з, в частr -- 5 ,: апрдизацию теневой картины в - обоих %ажалах. Taj po6pa30Mf предлагаемое устройст®) шо сравнению с известным обес чшает одновременную регистра цию теневого изображения объекта в уЩЭлШтк частях его прастранственЬ о cnjEKTpa практически без светогерь.. 3 Кроме того, в зависимости от фор.мы и расположения прозрачных, непрозрачных и зеркальных участков визуализирующей диафрагмы устройство позволяет выявлять симметрию неоднородности, производить аподизацию теневой картины в обоих каналах, регистрацию теневой картины в разных спектральных диапазонах и т.д.

ТЕНЕВАЯ УСТАНОВКА, содержащая установленные последовательно на оптической оси точечный источник света, коллиматор, объектив, визуализирующую диафрагму, расположенную в фокусе объектива,и регистратор, оптически сопряженный с исследуемым объектом, отличающаяся тем, что, с целью одновременной регистрации объекта в различных частях спектра его пространственных частот, в нее введен второй регистратор, оптически сопряженный с исследуемым объектом, непрозрачная часть визуализирующей диа4ч агмы содержит зеркальные участки, а ее плоскость составляет с оптической осью и направлением на второй регистратор равные углы. (Л ©« СО 4:: оо

-

ФlfгJ

.2

Фиг. 5

Фые.

0f/2.7

Ф1А.6

Фиг.8

Фиг.Э