Пространственный фильтр Советский патент 1985 года по МПК G02F1/01 

Изобретение относится к измерительной технике, точнее к устройствам для измерения угла дифракции светового луча на периодических структурах.

Известны устройства для измерения угла дифракции луча света на периодических структурах с использованием пространственного фильтра. Известен пространственный фильтр 1.

Недостатком этого пространственного фильтра является сложность конструкции.

Наиболее близким к изобретению является пространственный фильтр, содержащий установленные по ходу луча объектив, фотоприемник, а также блок обработки информации, причем диск установлен с возможностью вращения, выполнен из оптически непрозрачного материала и разделен на четное число секторов, при этом каждый второй сектор снабжен двумя прорезями, одна из которых выполнена в виде радиальной прямой, а другая - в виде части витка спирали, начало которой совпадает с центром диска, а конец расположен на кромке диска 2.

Недостатком известного устройства является невозможность определения диаметра кольцевого светящегося объекта.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, а именно возможности измерения диаметров кольцевых светящихся объектов в плоскости сечения конуса диафрагированного пучка света для определения угла дифракции пучка света на периодических структурах.

Поставленная цель достигается тем, что в пространственный фильтр, содержащий установленные по ходу луча диск, объектив, фотоприемник, а также блок обработки информации, причем диск установлен с возможностью вращения, выполнен из оптически непрозрачного материала и разделен на четное число секторов, при этом каждый второй сектор снабжен двумя прорезями, одна из которых выполнена в виде части витка спирали, начало которой совпадает с центром диска, а конец расположен на кромке диска, введен второй диск, подобный первому, который установлен Неподвижно вблизи первого диска, параллельно ему и соосно с ним.

Кроме того, диаметры дисков прямопропорциональны их расстояниям до места расположения объекта.

При вращении одного диска свет, прошедщий через щели обоих дисков, собирается объективом и фокусируется на фотоприемник, сигналы с которого поступают на блок обработки информации. Фиксируя время между появлением опорных сигналов, регистрируемых при совпадении радиальной и спиральной щели одного диска соответственно с радиальной и спиральной щелью второго диска, и время между появлением

опорного импульса и последующего, регистрируемого при прохождении спиральной и радиальной щелей подвижного диска соответственно по радиальной и спиральной щели неподвижного диска, определяют угол дифракции.

На фиг. 1 дана схема пространственного фильтра; на фиг. 2 - диск.

Устройство содержит лазерный источник 1 света, поляризатор 2, образец 3, анализатор 4, вращающийся 5 и неподвижный 6 диски, электродвигатель 7, объектив 8, фотоприемник 9 и блок 10 обработки информации.

Конус дифрагированного пучка света

5 объективом 8 собирается на фотоприемник 9. Перед линзой на оси, соосной нулевому порядку дифрагированного луча света, вращается диск 5, выполненный из непрозрачного материала. Соосно к нему располагается неподвижный подобный ему диск 6. Диски разбиты на четное число секторов (на чертеже показаны диски с четырьмя секторами) . Половина из этих секторов полностью непрозрачны для оптического излучения, а на каждом из остальных сделаны две узкие

щели: радиальные 11,1 и 11,2 и спиральные 12.1 и 12.2. Радиальная щель проходит на границе сектора, а спиральная выполнена таким образом, что время при вращении диска, за которое проходится расстояние между точками радиальной и спиральной щелей, расположенными на окружности одного радиуса, пропорционально этому радиусу. Полностью непрозрачные секторы и секторы со щелями располагаются через один. Диск приводится во вращение синхронным электродвигателем 7 и вращается в направлении выпуклой стороны спирали.

При измерении приводится во вращение диск 5, свет прошедщий через щели обоих дисков собирается объективом 8 и фокусируется на фотоприемник 9. Сигналы с фотоприемника поступают на блок 10 обработки информации. Импульсы на выходе фотоприемника появляются в моменты совпадения радиальнотй и спиральной щели одного диска соответственно с радиальной и спиральной щелью второго диска (опорный сигнал) и в те моменты, когда радиус-векторы спиралей и дисков, равные диаметру . дифрагированного кольца света, в плоскости совпадают с радиальными щелями обоих дисков. Время между появлением опор0 кого импульса и последующего импульса пропорционально радиусу дифрагированного кольца света в плоскости дисков.

Амплитуда опорного сигнала в два раза больще чем последующих, так как во втором случае половина щелей перекрыты полностью непрозрачными секторами, что позволяет разделять сигналы.

Измеряя время между появлениями опорных импульсов Т и время между появлением опорного импульса и последующего t, рассчитываем диаметр сечения конуса дифрагированного света в плоскости дисков по формуле pj

d

где D - диаметр в плоскости которого измеряется диаметр сечения конуса.дифрагированного света.

Рассчитав диаметр сечения конуса дифрагированного света в плоскости одного из дисков и зная расстояние от этого диска до образца (высота конуса), вычисляем угол дифракции f по формуле f arctg-|-,

где К - расстояние от диска, в плоскости которого измеряется диаметр d сечения конуса дифрагированного света.

Зная d. определяем угол дифракции f по формулер,.

V arctg- -.

Угол дифракции Т позволяет определить период доменной структуры d . где Л- длина волны монохроматического источника света.

Устройство позволяет измерить диаметр светового кольца в плоскости сечения конуса дифрагированного пучка света для определения угла дифракции пучка света на периодических структурах.

1. ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ФИЛЬТР, содержащий установленные по ходу луча диск, объектив, фотоприемник, а также блок обработки информации, причем диск установлен с возможностью вращения, выполнен из оптически непрозрачного материала и разделен на четное число секторов, каждый второй сектор снабжен двумя прорезями, одна из которых выполнена в виде радиальной прямой, расположенной на границе сектора, а другая - в виде части витка спирали, начало которой совпадает с центром диска, а конец расположен на кромке диска, отличающийся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей путем измерения диаметров кольцевых светящихся объектов, в него введен второй диск, подобный первому, который установлен неподвижно вблизи первого диска, параллельно ему и соосно с ним. 2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что диаметры дисков прямопропорциональны .их расстояниям до места расположения объекта. СО оо сд 00

//.f.

иг.2