Интерференционный фазометр

) 6 01 В 9/ ИЗОБРЕТЕЕТЕЛЬСТВУ ОП ВТОРСНОМ мн СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(ТИЙ.(71) Специальное конструкторскоебюро научного приборостроенияОптика СО АН СССР, Институт оптики атмосферы СО АН СССР и Институт косми"ческих исследований АН СССР(56) 1. Патент США 9 4222669,кл.С 01 В 9/02, опублик, 1980,2. Душин Л А. и др. Автоматическаясистема для первичной обработки оптических интерферограмм плазмы. - Автометрияф,1974, Р 1, с. 89-91 про"тотип) .(54)(57) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ФАЗОМЕТР,содержащий приемную оптическую систему, сканирующий фотоприемник, анализатор сигналов и блок синхронизации, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью расширения диапазонаи быстродействия измерений амплитудыи фазы световой волны,приемная оптическая система содержит объектныйи опорный каналы, оптический смеситель и фотозатвор, а анализатор сигналов включает в себя блоки запаздывания, деления, извлечения квадратного корня, логарифмирования, преобразователь Гильберта, синусоидальный и косинусоидальный преобразователи, два блока умножения, преобразователь координат, сумматор и источник отрицательного единичного сигнала, при" чем в объектном канале приемной оптической системы установлен фотозатвор и оба канала совмещены на оптическом смесителе, а после него установлен сканирующий фотоприемник, к которому подключены последовательно блоки запаздывания, деления, извлечения квадратного корня и логарифмирования, преобразователь Гильберта, выход которого соединен с входами преобразователя координат двумя парал. лельными цепями, первая из которых Я содержит последовательно включенные косинусоидальный преобразователь, блок умножения и сумматор,а вторая - синусоидальный преобразователь и дру" гой блок умножения,при этом вторые входы блоков умножения соединены с выходом блока извлечения квадратного корня, второй вход сумматора соединен с источником отрицательного единичного сигнала, второй выход сканирующего ,фотоприемника соединен с вторым входом блока деления, а блок синхронизации соединен с фотоэатвором, блоком запаздывания и сканирующим фото-Иэобртение относится к контрольно-измерительной технике и можетбыть использонано н интерференционныхприборах для измерения волновых аберраций оптических деталей и систем наоптико-механических заводах, а также 5при интерферометрии плазмы и оптических неоднородностей н лабораторных и заводских установках.Известен интерференционный фазометр, содержащий оптическую систему рфотоприемник и анализатор сигналон 12Недостатками известного устройстваявляются ограниченные быстродействиеи диапазон измерений,Наиболее близким к предлагаемомуявляется интерференционный Фаэометр,содержащий приемную оптическую систему, сканирующий фотоприемник,анализатор сигналов и блок синхронизации Г 2 32 ОНедостатками известного устройства являются ограниченные диапазони быстродействие измерений. В известном устройстве нельзя обработатьсложные интерферограммы, так как нэтом случае невозможен принципФильтрации, что сужает диапазон исследуемых искажений.Цель изобретения - расширениедиапазона и быстродействия измерений.Поставленная цель достигается тем,что н интерференционном фаэометре,содержащем приемную оптическую систему, сканирующий фотоприемник, анализатор сигналов и блок синхронизации, приемная оптическая системасодержит объектный и опорный каналы,оптический смеситель и Фотозатвор,а анализатор сигналов включает всебя блоки запаздывания, деления, 40извлечения квадратного корня, логарифмирования, преобразователь Гильберта,синусоидальный и косинусоидальный преобразователи,два блокаумножения, преобразователь коорди"нат, сумматор и источник отрицательного единичного сигнала, причемн объектном канале приемной оптической системы установлен Фотоэатвори оба канала совмещены на оптическом смесителе, а после него установлен сканирующий Фотоприемник, ккоторому последовательно подключеныблоки запаздывания, деления, извлечения квадратного корня, логарифмирования, преобразователь Гильберта,выход котОрого соединен с входамипреобразователя координат двумяпараллельными цепями, первая из которых содержит последовательно включенные косинусоидальный преобразова- Отель, блок умножения и сумматор, авторая - синусоидальный преобразователь и другой блок умножения, приэтом вторые входы блоков умножениясоединены с выходом блока иэвлече ния квадратного корня, второй вход сумматора соединен с источником отрицательного единичного сигнала, второй выход сканирующего фотоприемника соединен с вторым входом блока деления, а блок синхронизации соединен с фотозатвором, блоком запаздывания и сканирующим Фотоприемником.Использование двухканальной оптической системы со смесителем и Фотозатвором позволяет, обходясь однимсканирующим фотоприемником, учестьнеизвестные возмущения в опорнойволне, а использование перечисленныхблоков аналоговой обработки сигналапозволяет по интенсивности опорной иобъектных волн определить как фазу,так и интенсивность Светоной волныв любой ее точке без определенияположения максимумов (минимумов)интерФеренционной картины, что в совокупности позволяет расширить рабочий диапазон и быстродействие Фазометра при одновременном унеличениипространственного разрешения и сохранении точности измерений,На чертеже представлена схемаработы устройства,Устройство содержит приемную оптическую систему, имеющую оптические каналы 1 и 2, причем оптическийканал 1 через фотозатвор 3, поворотное зеркало 4 и оптический смеситель5 совмещен с оптическим каналом 2,на оси которого после оптическогосмесителя 5 расположен сканирующийФотоприемник б, ныход которого подключен к блоку 7 запаздывания.Далее последовательно подключеныблок 8 деления, блок 9 извлеченияквадратного корня, блок 10 логарифмирования, преобразователь Гильберта11, который через косинусоидальныйФункциональный преобразователь 12 иблок 13 умножения подключен к одномуиз входов сумматора 14, с вторымвходом которого соединен источник15 отрицательного единичного сигнала,а его выход соединен с одним из входов преобразователя 1 б координат,другой вход преобразователя 1 Ь координат через блок 17 умножения исинусоицальный Функциональный преобразователь 18 подключен к выходупреобразователя Гильберта 11. Причемвторые входы блоков 13 и 17 Умножения соединены с выходом блока 9 извлечения квадратного корня. Крометого, другой выход сканирующегоФотоприемника б соединен непосредственно с входом блока 8 деления, аФотозатвор 3 связан с блоком 19 синхронизации, который одним своим выходом подключен к блоку б сканиронания,а другим - к блоку 7 запаздывания.Совокупность блоков 7-18 представляетсобой анализатор сигналов.1052850 Интерференционный фаэометр работает следующим образом.1По оптическому каналу 1 поступает объектная волна, прерываемая фотот затвором 3, выполненным, например5 в виде обтюратора, и после отражения от повторного зеркала 4 поступает на оптический смеситель 5, По оптическому каналу 2 по-тупает опорная волна, которая совмещается в оптическом смесителе 5 с объектной волной, образуя интерференционную картийу, которая сканируется блоком 6, представляющим собой сканирующий Фотоприемник, например диссектор, с синхронизуемыми развеРтками. сиг нал с блока 6 постуйает вблок 7 запаздывания, где задерживается на время, задаваемое блоком 19 синхронизации. Блок запаздывания может быть выполнен, например, в виде линии задержки либо в виде набора синхрониэуемых элементов памяти . Работа блока 6 сканирования и блока 7 запаздывания синхронизуется блоком 19 таким, образом, чтобы сигнал иэ блока 6,соответствующий интерференционной картине на смесителе 5 и полученный в момент, когда канал 1 не перекрывается Фотоэатвором (обтюратором) 3, задерживается блоком 7 запаздывания на время, необходимое для сканирования опорной волны из канала 2. Причем канал 1 перекрывается фотозатвором 3. Введение в Фазометр Фотоэатвора 3 и блока 19 синхронизации позволяет З Обходиться только Одним блоком 6 сканирования. Таким образом, сигналы с второго выхода блока 6 сканирования и с выхода блока 7 запаздывания совмещаются во времени и одновременно 40 поступают в блок 8 деления, где определяется их отношение. Далее сигнал с выхода блока 8 деления поступает в блок 9 извлечения квадратного корня, а затем в логарифми ческий преобразователь 10, определяющий натуральный логарифм сигнала, Прологарифмированный сигнал поступает в блок 1.1, где подвергается преобразованию Гильберта. Преобразователь Гильберта 11 представляет собой линейный фильтр с импульсной характеристикой 1/Ф. С выхода преобразователя 11 сигнал идет по двум Каналам. По одному иэ них он поступает на вход косинусоидального функционального преобразователя 12. После блока 12 сигнал поступает в блок 13 умножения, где умножается на сиг" нал с выхода блока 9 извлечения квадратного корня, а с выхода блока 13 60 сигнал подается на один из входов сумматора 14. Яа другой вход сумматора 14 поступает отрицательный единичный сигнал из блока 15, а с выхода сумматора 14 сигнал поступает 65 на один из входов преобразователя16 координат. Одновременно на второй вход преобразователя 16 поступаетсигнал из блока 17 умножения, в котором сигнал с выхода блока 9 извлечения квадратного корня умножаетсяна сигнал с выхода синусоидальногопреобразователя 18, на вход которогопоступает сигнал, идущий по другомуканалу от преобразователя Гнльберта11. При этом преобразователь 16координат преобразует входные декартовы координаты, а именно сигналыс блоков 14 и 17,в выходные - полярные координаты, т.е, амплитуду ифазу объектной волны. Электрическиесигналы с блоков 14 и 17 можно представить в виде О=А(Мсоз МИ иУ=А(1) з 1 п Р(Е . А преобразователь 16 выполняет опер. в .ции над этимисигналами в соответствии с вы(ражениягде Ч(ф 1 - фаза объектной волны;А И) - амплитуда объектной волныоператор вычисления арктангенса по модулю 231,Работа интерференционного Фазометра основана на детерминированнойвзаимосвязи между интенсивностью иФазой световой волны. Для фазы Ф(У)и амплитуды световой волныА(г), измеренных в точке г, имеютф(к(=:о в ( атЬд(г( 1Уеффгде Р - главное значение интегралав смысле Коши, а сам интеграл пред-,ставляет собой преобразование Гиль"берта от логарифма амплитуды.В применении к интерференционнойкартине можно, основываясь на еематематическом описании для интенсивности поля интерференции записать:)ди)еф 1) г )1 1 ф(гггде А - измеряемая величина интенсивности;сг) - амплитуда объектной волны 1У(2) - Фаза объектной волны;ф(Е) - фаза, определяемая через преобразование Гнльберта,Это условия, при которых указаннаясистема уравнений имеет ( единственноерешение.Основываясь на приведенной теории,разрабатывают алгоритм восатановле- .ния фазы и амплитуды объектной волныприменительно к интерферометрии.Изобретение позволяет испольэовать простую цифроаналоговую обработку сигнала и получить в реальномвремени на выходе фазометра Фазу иЗаказ 8842/34 Тираж б 02 Подписное ВЯИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 амплитуду, вносимую исследуемым объектом в световую волну. Например,при подключении осциллографа можнонаблюдать профиль контролируемой детали, а набор таких проФилей позволяет получить карту детали, чторешает задачу оперативного технологического контроля оптики.