Устройство для определения границ полосы Советский патент 1980 года по МПК G01B9/02 G01N21/00 

изобретение относится к оптике-интерференционным устройствам и может быть использовано для определения границ оптического контраста. Известны фотоэлектрические устройства, выделяющие границу раздела темного и светлого полей при регистрации интерференицонны полос. Они состоят из оптической системы формирования интерференционных полос, двух диафрагм в виде щелей с поперечными размерами меньшими ширины полосы и двух фотоприемников 1 . Наиболее близким по технической сущности к предложенному я вляется устройство для опр деления границы полосы, .содержащее диафрагму с двумя щелями и фотоприемники 2. Однако это устройство не позволяет регистрировать обе границы полосы, а точность определения границы в этом устройстве С1шжена из-за рассогласования параметров фотоэлектрических каналов и погрешностей системы фикси рования равенства токов фотоприемников. Пель изобретеш1я - увеличение точности определе1тя обеих границ полосы. Это достигается тем, что в устройстве для определения границ полосы, содержащем диафрагму с двумя щелями и фотоприемник, на выходе диафрагмы установлена состоящая из отклоняющего полупрозрачного зеркал система совмещения световых потоков. Щели установлены с относительным сдвигом, равным ширине щели, а плоскость диафрагмы и отклоняющего зеркала составляют угол, обеспечивающий интерференцию совмещаемых потоков с разностью хода, равной нечетному числу полуволн. На фиг: 1 изображена принципиальная оптическая схема устройства определения границы полосы; на фиг. 2 - дифференциальная диафрагма; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Устройство определения границы полосы состоит из источника когерентного монохроматического излучения, оптической системы формирования изображения полос (не показаны), дифференциальной диафрагмы I с двумя щелями, системы Совмещения световых потоков, в которую входят плоское отклоняющее зеркало 2 и светоделительный элемент 3, фотопри емгшка 4. Ли1 :фереициальная диафрагма 1 расположена в плоскости изображения полос 5, образованного коллимированпым когерент ным монохроматическим световым потоком при помощи оптической системы формирования полос. 1ели диафрагмы, имеющие равны размеры, взаимно смещены по высоте и сдви нуты одна относительно другой на ширину щели в направлении сканирования, причем ш рина каждой щепи меньше полуширины регис рируемой полосы (фиг. 2). Система совмеще ния световых потоков помещена между диафрагмой 1 и фотоприемником 4. Отклоняющее зеркало 2 и параллельный ему светоделительный элемент 3 этой системы расположе ны на пути световых потоков, идущих от ще лей диафрагмы 1, под углом к плоскости ди фрагмы. Один световой поток поступает на светоделительный элемент 3, а второй - на отклоняющее зеркало 2 и далее на светоделительный элемент. Совмещаясь на светоДелительном элементе, эти потоки интерфериру Угол между плоскостью диафрагмы и зеркалом (или параллельным ему светоделительным элементом) устанавливается таким, что разность хода интерферирующих световых . потоков-равна нечетному числу полуволн све тового излучения. Он может принимать следующие значения. ,c6 qrcctg (2п-(-п где а - угол между плоскостью диафрагмы и зеркалом; Д.- длина волны когерентного монохроматического излучения; а - расстояние между соответствующими точками щелей диафрагмы; п - любое целое положительное число. Устройство работает следующим образом. Все интерферирующие лучи, прохоцящие через соответствующие точки щелей, имеют . одинаковую разность хода, вследствие чего интерференщюнная картина на выходе светоделительного элемента представляет собой темное поле. Фотоприемник 4, служащий jiflA регистрации световых сигналов, установлен на пути потока, идущего от светоделительного элемента. При сканировании изображени полос дифференциальной диафрагмой происходят последовательные засвет1ки или затем нения щелей, приводящие к линейным нарастаниям или спадам величин световых потоков за ними. Моменты времени прохождения гран цами полосы линии, на которой находятся ст роны щелей, соответствуют полной засветке или затемнению Ф (t) и Ф2 (t) (фиг.З) . Когда световой поток проходит только через одну из щелей (интервалы ti-t2 и ts-t|j, о полностью поступает через светоделительный элемент на фотоприемник. При полной засветке обеих щелей (интервал 13-14) световые потоки совмещаются на светоделительном элементе и интерферируют. Причем между собой взаимодействуют только лучи, проходящие через . соответствующие точки. Вследствие того, что разность хода потоков papjia нечетному числу полуволн светового излучения, интерференция гфиводит к вычитанию их интенсивностей. Интерференционная картина в этом случае представляет собой темное поле, и на фотоприемник сигналы не поступают. При последовательном увеличении или уменьшеНИИ светового потока, проходящего через одну из щелей, и полной засветке второй щели происходит вычитание потоков путем осуществления интерференции лучей, проходящих одновременно через соответствующие точки, количество которых меняется по линейному закону при сканировании изображения полосы (интервалы и 14-15). Результирующие световые сигналы Фрез.(), поступающие на сЬотоприемник, имеют треугольную форму. Вершины треугольников (моменты времени t2 и tf на фиг. 2) соответствуют моментам перехода границ регистрируемой полосы через прямую линию, по обе стороны которой лежат щели дифференциальной диафрагмы. Фотоприемник преобразовывает эти сигналы в электрические. Определение вершин треугольных импульсов может осуществляться любым из известных способов (например дафференцированием импульсов). Принцип работы устройства одинаков при определении границ как светлых так и темных полос. Предложенное устройство позволяет регистрировать обе граЕШцы полосы. Наличие в нем одного фотоприемника и отсутствие необходимости в регистрации равенства световых потоков исключает погрешности рассогласования фотоэлектрических каналов. Устройство фиксирования равенства токов фотоприемников в этом устройстве не требуется. Таким образом, устройство определения грагшцы полосы позволяет находить с бсхлее высокой точностью любые границы оптического контраста. Исследования устройства показали, что границы полос могут регистрироваться с точностью 0,05 мкм, т.е. на порядок выще, чем у известных устройств. Формула изобретения Устройство для определения границ полосы, содержащее диафрагму с двумя щелями и фотоириемник, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности опрецеления обеих границ полосы, на выходе диа фрагмы установлена состоящая из отклоняющего и полупрозрачного зеркал система совмещения световых потоков, при этом щели установлены с относительным сдвигом, равным ширине щели, а- плоскость диафрагмы и отклоняющего зеркала составляет угол, обеспечивающий интерференцию совмещаемых потоков с разностью хода, равной нечетному числу полуволн.

708145 .6

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Картащов А. Н., Эцин И. fll. Методы

5 измерения малых разностей фаз в интерференционных устройствах. У. Ф. Н., 1972, т. 106, вып. 4, с. 687.

2.Авторское свидетельство СССР № 385207, 10 кл. G 01 N 21/00, 1970 (прототип).

аг./

Фи1.г