Способ исследования фазового объекта Советский патент 1992 года по МПК G01B9/21 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к теневым методам исследования фазовых объектов.

Известен способ исследования фазовых объектов, заключающийся в регистрации голограмм, формировании изображения щелевого источника света волной, восстановленной с голограммы, сканировании изображением источника по периодическому закону, преобразовании изображения теневой картины в переменный электрический сигнал, а проекцию градиента показателя преломления определяют по разности во времени следования электрических сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ исследования фазовых объектов, заключающийся в регистрации голограммы, формировании двух изображений щелевого

источника света волнами, восстановленными с голограммы, перекрывании изображений источника света двумя визуализирующими щелями, сканировании изображениями источника по периодическому закону, а также поочередном формировании и преобразовании изображений теневых картин в периодические электрические сигналы, измерении и запоминании разности во времени следования электрических сигналов для первой теневой картины при сканировании в одном направлении, а другой теневой картины - в обратном на- правлении определении проекции градиента показателя преломления по временной разности следования электрических сигналов.

Однако, известные технические решения имеют недостатки. При определении градиента показателя преломления точVI

О 00

о ел

СО

ность измерений ограничена аберрациями дефлектора и подложки голограммы.

Цель изобретения состоит в повышении точности измерений за счет компенсации аберраций подложки голограммы и дефлектора.

Поставленная цель достигается тем, что в способе исследования фазового объекта, зарегистрированного на голограмму,- заключающемся в формировании двух изображений щелевого источника света волнами, восстановленными с голограммы, перекрывании изображений источника света двумя визуализирующими щелями, сканировании изображениями источника по периодическому закону, а также поочередном формировании и преобразовании теневых картин в периодические электрические сигналы, измерении и запоминании разности во времени следования электрических сигналов для первой теневой картины при сканировании в одном направлении, а для другой теневой картины - в обратном направлении, и определении проекции градиента показателя преломления, формируют двэ параллельных друг другу изображения щелевого источника света волнами, восстановленными в -И-м и -1-м порядках дифракции, а визуализирующие щели ориентируют параллельно друг другу, проекцию градиента показателя преломления определяют по соотношению

ОЁ -

Тх 2 f

где &(р - временные разности следования электрических сигналов;

v - линейная скорость перемещения изображения источника света относительно визуализирующей щели;

f - фокусное расстояние объектива.

На фиг.1 изображена оптическая схема устройства для реализации способа; на фиг.2 и 3 - вид А-А в моменты времени, соответствующие различным направлениям сканирования.

Устройство содержит осветитель 1, щель 2, конденсорную линзу 3, формирующую коллимированный пучок света, дефлектор 4, например, жидкокристаллический, голограмму 5 фазового объекта, фильтрующий объектив 6, визуализирующую диафрагму 7 с двумя визуализирующими щелями и установленную в задней фокальной плоскости объектива 6, коллимирующий объектив 10, матрицу фотоприемников 11, установленную в плоскости изображения теневой картины, оптически сопряженную с голограммой 5, электронный блок измерения временной разности следования электрических сигналов, электронный блок 13 управления дефлектором 4, имеющий электрическую связь с электронным блоком 12 и модулятором 14.

Способ исследования фазового объекта

реализуется следующим образом. Осветитель 1 освещает щель 2 и формирует щелевой источник света. Конденсорной линзой 3 формируют параллельный пучок и освеща0 ют через дефлектор 4 голограмму 5, на которой зарегистрирован фазовый объект. С голограммы восстанавливают в +1-м и -1- м порядках дифракции волны, которые фокусируют объективом 6 и формируют два

5 параллельных друг другу изображения источника света в плоскости визуализирующей диафрагмы 7. Изображения, щелевого источника света перекрывают двумя визуализирующими щелями 8,9, которые ориен0 тируют параллельно друг другу. При открытых визуализирующих щелях 8,9 в плоскости 11 формируются два изображения теневых картин волнами, восстановленными в --1-м и -1-м порядках дифракции.

5 Электронным блоком 13 управления дефлектора задают такой режим сканирования, чтобы скорость пермещения v изображений щелевого источника относительно визуализирующих щелей была по0 стоянной по модулю и меняла знак на противоположный по периодическому закону. Синхронизируют работу модулятора, представляющего собой обтюратор, (ось вращения совпадает с оптической осью) с

5 блоком 13 так, чтобы при сканировании изображениями источника света в одном направлении одна визуализирующая щель, например щель 8 (см.фиг.2), была перекрыта обтюратором 14, а другая щель, например

0 щель 9, была открыта, а при сканировании изображениями источника света в обратном направлении, визуализирующая щель 9 (см.фиг.3) была перекрыта обтюратором 14, а щель 8 открыта (направление сканирова5 ния источниками света на фиг.2 и фиг.З обозначено парой стрелок). Этот прием позволяет поочередно формировать в плоскости 11 (см.фиг.1) изображения теневых картин.

0 Матрицей фотоприемников 11 изображения теневых картин преобразуют в электрические сигналы. Выберем на голограмме две точки а и в одной точке, например а, соответствующей фазовому объекту,

5 проекция градиента показателя преломле5 Па

ния

Эх

0 , а в точке б необходимо определить величину -Ц-f , Восстановленпая волна с голограммы проходит дефлектор и подложку голограммы. При наличии дефектов в этих элементах схемы измерения величина проекции градиента показателя преломления исследуемого объекта будет искажена отклонением лучей на дефектах дефлектора и подложки голограммы. Световые лучи, восстановленные в точках а и б голограммы, будут связаны с проекцией градиента показателя преломления углами отклонения лучей на дефектах соотношениями

aax + K(aS+oS). K(ag+ag),

(1) (2)

где К - коэффициент пропорциональности;

«i , а% и cS,a§ - углы отклонения лучей в точках а и б на дефектах дефлектора и подложке голограммы соответственно. Таким образом, используя волну, восстановленную в одном порядке дифракции, при измерении временной разности следования электрических сигналов в точках а и б величина первой производной показателя преломления определится

dnf

ЭП&+

Эх + («§ - г40 «5 - «а

ЭХ

+ (ag a) +

(3)

В способе используют также волну, восстановленную в комплексно-сопряженном порядке дифракции. Для этой волны лучи, восстановленные в тех же точках а и б голограммы, связаны с проекцией градиента показателя преломления и углами отклонения лучей на неоднородностях дефлектора и подложки соотношениями

+ KCag+ag).(4)

/V-gf + К (08+og) ,(5)

Так как измерение разности во времени следования электрических сигналов в точках а и б для второй теневой картины производится при изменении направления сканирования на противоположное по отношению к первой теневой картине, то величина первой производной показателя преломления определится

с) ПеГ о о , д п§

-эг- - - -ах

+ и - «2).(6)

Производные (3). (6) прямо пропорциональны временным разностям следования электрических сигналов.

-K(a8-ai) +

дп§

+

+

(7)

дх

W(8)

При суммировании временных разностей следования электрических сигналов (7), (8) имеем согласно (3) и (6)

10

.

(9)

5

Таким образом, проекция показателя преломления фазового объекта согласно (9) определится

5 (ДР++ДР,(10)

и X2. Т

где v - линейная скорость перемещения изображения источника света относительно визуализирующей щели;

f - фокусное расстояние объектива 6 (см.фиг.1).

Таким образом, использование такого способа обработки голограмм позволяет исключить влияние аберраций дефлектора и подложки голограмм (см.выражения (10) и (13)) и тем самым повысить точность измерений.

Формула изобретения Способ исследования фазового объекта, заключающийся в восстановлении с голограммы, на которой зарегистрирован исследуемый объект, волновых фронтов, в формировании двух изображений щелевого источника света с помощью объектива, перекрывании изображений источника света двумя визуализирующими щелями, сканировании изображениями источника света по периодическому закону, а также поочередном формировании и преобразовании изображений теневых картин в периодические электрические сигналы, измерении и запоминании разности во времени следования электрических сигналов для первой теневой картины при сканировании в одном направлении, а для другой теневой картины - в обратном направлении, и определении проекции градиента показателя преломления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет компенсации аберраций, формируют два параллельных друг другу изображения щелевого источника света волнами, восстановленными в +1 -м и -1 -м порядках диф- ракции, а визуализирующие щели ориентируют параллельно одна другой, проекцию градиента показателя преломления определяют по соотношению

5

0

5

0

5

дПб ( + Aff) v ИХ2 f

где Д /5 - временные разности следования электрических сигналов;

1

/

t

v - линейная скорость перемещения изображения источника света относительно визуализирующей щели;

f - фокусное расстояние объектива.

Л ю 1

Сущность: формируют два параллельных друг другу изображения щелевого источника света волнами, восстановленными с голограммы в+1-ми-1-м порядках дифракции, перекрывают изображения источника света двумя параллельными визуализирующими щелями, сканируют изображениями источника по периодическому закону, а также поочередно формируют и преобразуют теневые картины в периодические электрические сигналы, измеряют и запоминают разности во времени следования электрических сигналов для первой теневой картины при сканировании в одном направлении, а для другой теневой картины - в обратном направлении, и определяют проекции градиента показателя преломления по суммированию временных разностей следования электрических сигналов в соответствующих точках на изображениях первой и второй теневых картин 3 ил.

А-А

(риг. Z

(риг.-/

А-А

сригЗ