Устройство для определения границ полосы

(23) П риоритет ао дмам нзабретений а вткрмтнй(71) Заявитель Институт электроники АН Белорусской ССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦ ПОЛОСЫ Изобретение относится к оптико-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 системыформирования интерфереициониых полос, двухдиафрагм в виде щелей с поперечными разме.рами меньшими ширины полосы и двух фото.приемников. 111,Наиболее близким по технической сущностик предложенному яВляется устройство для определения границы полосысодержащее диафрагму с двумя щелями и фотоприемники 121,15Однако это устройство не позволяет регист.рировать обе границы полосы, а точность определения границы в этом устройстве сниженаиз-за рассогласования параметров фотоэлектрических каналов и погрешностей системы фикси.рования равенства токов фотоприемников.Пель изобретения - увеличение точностиопределения обеих границ полосы. Это достигается тем, что в устройстве для определения границ полосы, содержащем диа. фрагму с двумя щелями и фотопрнемник, на выходе диафрагмы установлена состоящая из отклоняющего полупрозрачного зеркал система совмешения световых потоков. 1 Цели уста. новлены с относительным сдвигом, равным ширине щели, а плоскость диафрагмы и отклоняющего зеркала составляют утоп, обеспечивающий интерференцию совмешаемых потоков с разностью хода, равной нечетному числу пол уволн.На фиг. 1 изображена принципиальная онтнческая 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 1 с двумя шеля. ми, системы совмещения световых потоков, в которую входят плоское отклоняющее зерка.40 3 7081 ло 2 и светоделитсльный элемент 3, фотопри. емника 4. Ли ференциальная диафрагма 1 расположена в плоскости изображения полос 5, образованного коллимированным когерент. ным монохроматическим световым потоком при помощи оптической системы формирования полос. 1 ели диаррагмь, имеющие равные размеры, взаимно смещены по высоте и сдви. куты одна относительно другой на ширину щели в направлении сканирования, причем ши- рина каждой щели меньше полуширины регистрируемой полосы (фиг. 2). Система совмеще. ння 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 щелей диафрагмы 1, под углом к плоскости диа. фрагмы. Одий световой поток поступает на светоделительный элемент 3, а второй - на отклоняющее зеркало 2 и далее на светоделительный элемент. Совмещаясь на светоделительном элементе, эти потоки интерферируют. Угол между плоскостью диафрагмы и зеркалом (или параллельным ему светоделитель ньгм элементом) устанавливается таким, что разность хода интерферирующих световых потоков равна нечетному числу полуволн светового излучения. Он может принимать следующие значения. 30Ы:сср апикгде а - угол между плоскостью диафрагмы и зеркалом;Х - длина волны когерентного монохро 35 матического излучения;а - расстояние между соответствующими точками гцепей диафрагмы;и - любое целое положительное число.Устройство работает следующим образом.Все интерферируюшие лучи, проходящие через соответствующие точки щелей, имеют. одинаковую разность хода, вследствие чего интерференционная картина на выходе светоделительного элемента представляет собой темное поле. Фотоприемник 4, служащий длА регистрации световых сигналов, установлен на пути потока, идущего от светоделительного элемента. При сканировании изображения полос дифференциальной диафрагмой происходят последовательные засветки или затем. нения щелей, приводящие к линейным нарастаниям или спадам величин световых потоков за ними. Моменты времени прохождения грани. цами полосы линии, на которой находятся стороны щелей, соответствуот полной засветке или затемнению Ф, (т) и Ф (т) (фиг,3). Когда световой поток проходит только через одну из щелей (интервалы т - т 2 и т 5 - ть он полностью поступает через светоделительный элемент на фотоприемник. При полной засветке обеих щелей (интервал тз - т 4) световые потоки совмещаются на светоделительном элементе и интерферируют. Причем между со. бой взаимодействуют только лучи, проходящие через . соответствующие точки. Вследствие того, что разность хода потоков равна нечетному числу полуволн светового излучения, интерференция приводит к вычитанию их интенсив. ностей. Интерференционная картина в этом спучае представляет собой темное поле, и на фотоприемник сигналы не поступают. При последовательном увеличении или уменьшении светового потока, проходящего через однуиз щелей, и полной засветке второй щели происходит вычитание потоков путем осуществления интерференции лучей, проходящих одновременно через соответствующие точки, количество которых меняется по линейному за.кону при сканировании изображения полосы (интервалы т 2 - тз и т 4 - т 5).РезУльтиРУющие световые сигналы Фрез. (т) поступающие на 1 отоприемник, имеют треугольную форму. Вершины треугольников (моменты времени т 2 и т, на Ьиг. 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 дифференцированием импульсов) . Принцип работы устройства одинаков при определении границ как светлых так и темных полос.Предложенное устройство позволяет регистрировать обе границы 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 границы полосы позволяет находить с более высокой точностьк любые границы оптического контраста. Исследования устройства показали, что границы полос могут регистрироваться с точностью 005 мкм, т,е. на порядок выше, чем у из. вестных устройств.Формула изобретенияУстройство для определения границ поло.сы, содержащее диафрагмус двумя щелямии фотоприемник, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности опреЦНИИПИ Заказ 8469/33 Тираж 801 Подписно илиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,5деления обеих границ полосы, на выходе диа фрагмы установлена состоящая из отклоняющего и полупрозрачного зеркал система совмещения световых потоков, при этом щели уста. новлены с относительным сдвигом, равным ширине щели, а плоскость диафрагмы и отклоняющего зеркала составляет угол, обеспечивающий интерференцию совмещаемых потоков с разностью хода, равной нечетному чис. лу полуволн,708145 6 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Карташов А, Н Эпин И, Ш. Методы 5 измерения малых разностей фаз в интерференционных устройствах. У. Ф. Н., 1972, т, 106,вып. 4, с. 687, 2. Авторское свидетельство СССР Мф 385207,10 кл, О 01 М 21/00, 1970 (прототип).