Оптический анализатор спектра Советский патент 1988 года по МПК G06G9/00 

Pug. 1

Изобретение относится к псспецова нию материалов с помощью .оптических, методов и предназначено для использования при оперативном исследовании поверхности Земли.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности по частоте без изменения полосы анализа пр исследовании пространственных спектров наклонных плоских объектов.

На фиг, 1 приведена структурная схема оптического анализатора спектра; на фиг. 2 - проекция хода луча на плоскость (); на фиг, 3 - то же, в проекции на плоскость (); на фиг, 4 - рабочая поверхнос гь зеркального конденсора.

Анализатор содержит последовательное расположенные, оптически связан ные проекционный объектов 1, конденсор 2s объектив 3, перестраиваемый эталон 4 с механизмом 5 перемещения, оптический интегратор (сферическую линзу) 6 и фотоприемник 7. На фиг.1 обозначены: ;(ху) - плоскость объекта, (Х(У,) - первая плоскость изобра жения объекта, () - вторая плоскость изображения объекта. Оси у,у,у параллельны одна другой и перпендикулярны плоскости, проходящей через центры объективов 1 и 3, конденсора 2 ,и эталона 4. Конденсор 2 установлен параллельно плоскости ( ), а рабочая поверхность конденсора 2 выполнена в виде пилообразной зеркальной поверхности, находящейся в пределах объема, ограниченного плоскостями, параллельными плоскости (х., у ) и пересекающими ось z.

перпевдику() -A.-Ff (

)

ярную осям Xj. ,у, , в точках с кооринатами (фиг. 2 и 3),

(г)

2D, k -2Д- де F - фокусное расстояние объекти.a;i (F,«S);

а, - расстояние от объектива 1 ;до объекта;

ei - угол между главной оптической осью объектива 1 и нормалью к плоскости объекта; D, - диаметр отверстия объектива 1 ;

k - коэффициент увеличения объектива 1;

Л, - минимальная длина волны структуры, формируемой на эталоне 4.

Величины проекций Cfx,z,ч т- ла между нормалью п(х, ,у, ) к рабочей поверхности конденсора в точке с координатами х,У( и нормалью к первой плоскости (х,у, ), на плоскости (х,2) , (у Z,), перпендикулярные пло скости (х,у, ) , определяются выражениями

1, faisinS +x

tFx.7, 2

+arctg

ijCOS

Чг, l +arctg ,

где а,„ - расстояние между конденсо|} 2)

(|f-l)tg, (3)

POM 2 и объективом 3; - угол между главными оптическими осями объективов 1 и

arcsin -

где F фокусное расстояние объектива 3,

Уравнения (1-3) однозначно определяют форму пилообразной рабочей поверхности конденсора 2,

В частном случае рабочая поверхность конденсора 2 может быть зьшол- нена в виде кольцевык концентрических дорожек (фиг. 4) с центром в точке х°,у° плоскости (х,у ), где x° -ajsinj;

,.- (4)

а. угол tp между нормалью п(х, ,у, ) к рабочей поверхности конденсора 2 в точке с координатами Xi,,y, и нормалью к плоскости (х,у ) лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости( х, у ) и проходящей через вектор г,

Cf

1

arctg

нarctg

/rij -a2si:ij

-9

F,

.

(5)

где г вектор из точки с координй - тами х° ,у в точку с координатами х,| ,у,

jT j (x,)+yf - (6)

при. этом .

Уравнения (1,3-6) однозначно определяют форму рабочей поверхности конденсора 2 в виде концентрических кольцевых дорожек.

Перестраиваемьш эталон 4 установлен параллельно плоскости (), которая проходит через центр эталона 4, а нормаль к плоскос ги эталона 4 на клонена относительнс: главной оптической оси объектива 3 на угол S , лежащий в плоскости (), перпендикулярной оси Уд

8 arctg.

Оптический анализатор спектра работает следующим образом.

Объектив 1 осуществляет проекцию плоскости (ху) объекта в первую плоскость изображения объекта {х,уд ). При этом обеспечивается следующее преобразование координат плоскости (ху) в координаты . плоскости (х,у, )

- - (7)

X. tgct

а sinoi

F,

31ПЛб

х+

а, sinot

Конденсор 2 собирает свет, выходящий из объектива 1, во входное отверстие объектива 3.

Объектив 3 обеспечивает получение изображения наклонной поверхности на эталоне 4 пространственных частот за счет проецирования плоскости (х,у,) в плоскость (). При этом осуществляется следующее преобразование координат плоскости (ху) в координаты плоскости (хгУ):

Изобретение может быть использовано при оперативном исследовании поверхности Земли. Оптический анализатор спектра содержит проекционный ,объектив 1, перестраиваемый эталон 4 с механизмом 5 перемещения, оптический интегратор 6 в виде сферической линзы, фотоприемник 7, объектив 3, конденсатор 2, установленный параллельно плоскости изображения объекта и выполненный в виде зеркальной поверхности, находящейся в пределах объема, ограниченного плоскостя- ми, параллельными плоскости х,у, и пересекающими ось z , перпендикулярную осям х,у, в определенных точках, расчетные значения которых указаны в описании изобретения. В описании изобретения указаны также расчетные значения величин проекций объекта на плоскости х,а, и y, Оптический анализатор спектра имеет повышенную разрешающую способность по частоте без изменения полосы анализа при исследовании пространственных спектров наклонных плоских объектов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. Ф (Л

sino sin tgoi

Координаты отличие, от х,,у, связаны с координатами х,у ли- нейно, поскольку

.lf - S Изображение объекта в плоскости (xjy ) перемножается с базисной функцией эталона 4. Механизм 5 перемещения обеспечивает перестройку эталона 4 по частоте.

Интегратор (линза) 6 собирает световой поток с выхода эталона 4 на приемную площадку фотоприемника 7, Переменная составляющая электрического сигнала на выходе фотоприемника 7 пропорциональна сечению двумерного спектра наклонной поверхности.

Таким образом, в предлагаемом оптическом анализаторе спектра достигается коррекция (8) искажений (7 , приходящих в известном анализаторе к уширению каждой составляющей в пространственном спектре изображения, наклонной поверхности. Например, при анализе в полосе от 0,02 до 5 лин/мм при -10° мм обеспечивается разрешение по пространственной частоте 0,02 ЛИН/ММ, что более, чем .в .100 раз, превышает разрешение прототипа при анализе наклонных объектов в -этой полосе.

5

0

Q

5

0

Формула изобретения 1. Оптический анализатор спектра, содержащий последовательно расположенные, оптически связанные проекционный объектив, перестраиваемый эталон с механизмом перемещения, оптический интегратор и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности по частоте без изменения полосы анализа при исследовании пр остран- ственных спектров наклонных плоских объективов, в него введены последовательно установленные между проекционным объективом и эталоном конденсор и дополнительный объектив, при этом конденсор установлен параллельно первой плоскости {х,у ) изображения объекта, а рабочая поверхность конденсора выполнена в виде зеркальной поверхности, находящейся в пределах объема, ограниченного плоскостями, параллельными плоскости (х,у4)и пересекающими ось Z|, перпендикулярную ось х«,у в точках

Л,,

(1)

55

где F, - фокусное расстояние проек.„ а

ционного объектива F,i tect

sinv

D