Устройство для измерения линейных размеров малых объектов

СОЮЗ СОВЕТСКИХОВИГЛВИ еСНи иРЕСПУБЛИК 1 В 11/0 БРЕТЕНИ елью уеьых ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛ(71 ) Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистическойреволюции(54) (57) уСТРОЙСф 2 ВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ МАЛЫХ ОБЪЕКТОВсодержащее оптическую преобразующуюсистему для формирования дифракционной картины объекта, состоящую изпоследовательно расположенных наодной оси лазера, телескопическогоузла, фурье-объектива и маски, ифотоэлектрическую систему анализапараметров дифракционной картины,включающую фотонриемник и электронныйблок. обработки сигнала, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с ц расширения диапазона контролир объектов и повиаения надежностиустройства, оно снабжено фотохромной пластинкой с логарифмическим коэффициентом пропускания амплитуды световой волны, установленной в плоскости анализа оптической преобразующей системы, вторым Фурье-объективом и фотохромной пластинкой с антипогарифмическим коэффициентом пропускания амплитуды световой волны, последовательно . расположенными по ходу светового потока между фотохромной пластинкой с логарифмическимкоэффициентом пропускания амплитуды световой волны и фотоприемником, и точечной узкополь- ЕФ ной диафрагмой, установленной перед фотоприемником, маска расположена в плоскости спектрального анализа оптической преобразующей системы и в ней выполнены два точечных отверстия, а расстояние между вторымФурье-объек- ф". , тивом и маской пропорционально шири не интерференционных полос-дифракци- онных максимумов интерферограмвн, сфо мированной вторым Фурье-объективом,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных размеров малых объектов, в частности, в микробиологии для измерения размеров . при анализе Формы и пространственного 5 расположения микроорганизмов, в медицине - для анализа компонент крови и т.д.Известно устройство для измерения толщины проволоки, тонких валов, 10 нитей и т.п., содержащее лазер, оптическую коллимационную систему, фурье-объектив, систему сканирования дифракционной картины и систему обработки Фотосигнала. 11. 15Недостатками данного устройства являются неприменимость для измерения размеров объектов с периодической пространственной структурой, сложность и громоздкость оптических 20 систем, что усложняет вотировку, не стабильность метрологического нуля устройства,из-за-влияния Флуктуаций выходной мощности излучения лазера при абсолютных методах измерений. 25Наиболее близким к предлагаемому по. технической сущности является устройство для измерения линейных размеров малых объектов, содержащее оп тическую преобразующую систему для формирования дифракционной картины объекта, состоящую иэ последовательно расположенных на одной оси лазера, телескопического узла, фурье- объектива и маски, и фотоэлектричес кую систему анализа параметров дифракционной картины, включающую фото приемник и электронный блок обработки сигнала. Маска расположена в фокальной плоскости фурье-объектива и выполнена в форме целевого дис ка 2.Недостатками известного устройст ва является воэможность измерениятолько линейных размеров простых 45 детерминированных объектов, неприменимость для измерения энергетических параметров дифракционных картин, что ограничивает диапазон контроли-. ;руеьых объектов, термонестабильность электронной андлоговой аппаратуры обработки фотосигнала, вызывающая нестабильность метрологического нуля устройства, что снижает надежность работы устройства.Цель изобретения - расширение диапазона контролируемых объектов и повышение надежности устройства.Поставленная цель достигается тем, :что устройство для измерения"линейных размеров малых объектов, содер жащее оптическую преобразующую систему для формирования дифракционной ,картины объекта, состоящую из последовательно расположенных на одной оси ,лазера, телескопического узла, Фурье-б 5 объектива и маски, и фотоэлектрическую систему анализа параметров дифракционной картины, включающую фото- приемник и электронный блок обработки сигнала, снабжено фотохромной пластинкой с логарифмическим коэффициентом пропускания амплитуды световой волны, установленной в плоскос ти анализа оптической преобразующей системы, вторым Фурье-объективом и фотохромной пластинкой с антилогарифмическим коэффициентом пропускания амплитуды световой волны, последовательно расположенными по ходу светового потока между фотохромной пластинкой с логарифмическим коэффициентом про 1 ускания амплитуды световой волны и фотоприемником, и точечной уэкопольной диафрагмой, установленной перед фотоприемником, маска расположена в плоскости спектрального анализа оптической преобразующей системы и в ней выполнены два точечных отверстия, а расстояние между вторым Фурье-объективом и маской пропорционально ширине интерференционных полос дифракционных максимумов интерферограммы, сформированной вторым фурье- объективом.На чертеже изображена принципиаль. ная схема устройства для измерения линейных размеров малых объектов.Предлагаемое устройство для измерения размеров малых объектов.содержит оптическую преобразующую систему для Формирования дифракционной картины объекта и Фотоэлектрическую систему анализа параметров дифракционной картины,Оптическая преобразующая система содержит расположенные последовательно на одной оси лазер 1, телескопический узел 2 для расширения пучка излучения лазера 1, первый Фурье- объектив 3, который предназначен для Формирования дифракционной картины измеряемого объекта 4 и толстую маску 5, предназначенную для формирования дифракционной картины и содержащую два точечных отверстия диаметром, равным половине радиуса перетяжки пучка излучения лазера 1, и фотохромную стеклянную пластинку б с логарифмическим коэффициентом пропускания амплитуды световой волны. Расстояние между, отверстиями маски б больше суммы двух диаметров перетяжки пучка, На расстоянии Я от маски 5 расположен второй фурье- объектив 7, предназначенный для Формирования интерферограммы, диф- ракционных максимумов, выделенных маской 5 из дифракционной картины измеряемого объекта 4. Расстояние 6 пропорционально требуемой ширине интерференционных полос интерферограммы. За фурье-объективом 7 рас1027510 Составитель Л, ЛобэоваРедактор Н, Кешеля Техред А.Бабинец Корректор А. Повх Заказ 4720/43 Тираж 60 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д, 4/5 филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная., 4 положена фотохромная стеклянная пластинка 8 с антилогарифмическим коэффициентом пропускания амплитуды световой волны.фотоэлектрическая система анализа параметров дифракционной картины содержит узкопольную точечную диафрагму 9, за которой расположен фото- приемник 10,выход которого через усилитель 11 подключен к электронному блоку 12 обработки сигнала.Устройство для измерения. линейных размеров малых объектов работает следующим образом.Пучок излучения лазера 1 расширяется до требуемых размеров телескопическим узлом 2 и освещает из.меряемый объект 4. На пространственной структуре объекта 4 световая волна дифрагирует и Фурье-объективом 3 в.плоскости спектрального анализа Формируется дифракционная картина измеряемого объекта 4, Поскольку пространственная структура измеряемого объекта 4 является кваэипериодической, то дифракционное изображение состоит иэ периодически повторяющихся максимумов осве щенности.Амплитуды .дифракционных максимумов прямо пропорциональны мощности излучения лазера и функционально зависимы.от величины среднеквадрати-. ческого отклонения от периодичности пространственной структуры измеряемого объекта 4. Точечными отверстиями маски 5 выделяются центральные части, т.е. амплитуды в распределении освещенности двух максимумов дифракционной картины, цогарифмируе. мые в дальнейшем Фотохромной стеклянной пластинкой 6 с логарифмическим ,коэффициентом пропускания амплитуды световой волны. Фурье-объективом 7 формируется интерферограмма дифракционных максимумов, ширина интерференционных полос которой пропорциональна расстояниюмежду Фурье-объективом 7 и маской 5. Поэтому максимумы освещенности интерференционныхполос, т.е. светлые полосы, соответствуют сумме логарифмов амплитуд выделенных дифракционных максимумов,, а минимумы освещенности интерференционных полос, т.е. темные полосы 10 соответствуют разности логариФмовамплитуд выделенных дифракционныхмаксимумов. Второй фотохромной пластинкой 8 выполняется антилогарифмирование распределения световой волны 15 в интерферограмме согласно опреде-.ленному алгоритму, и в дальнейшеманализируется фотоэлектрической системой анализа параметров дифракционной картины. Для этого фотоприемник 2 О 10 с точечной узкопольной диафрагмой 9 на входе помещают на темнойполосе интерферограммы, амплитудакоторой определяется по показанияиэлектронного блока 12 обработки сигнала, Таким образом, аьвлитуда (либоосвещенность) темных интерференционных полос интерферограммы на выходеэлектронного блока 12 обработки сиг,нала пропорциональна отношению маито .туд двух фракционных максимумовизмеряемого объекта 4, величинакоторого уменьшается по мере увеличения среднеквадратического отклоненияот периодичности пространственнойструктуры измеряемого объекта 4.Предлагаемое устройство позволяетрасширить функциональные возможностиустройства, повысить стабильностьметрологического нуля устройствадо .2, устранить влияние результата 40 измерений от временных флуктуацийвыходной мощности излучения лазера,получить высокую термостабильностви точность измерения.