Способ исследования фазовых объектов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 371 А 1 9) (1 ) Е К АВТОРСКОМУ ДЕТЕЛЬС ный универсиовск Наметоды. невь е волноЦветные т влен ного спектро пия НИЯ ФАЗОВЬ я к обдаст в частнос пти те Изобретение отно приборостроению, в ч методам исследования СИТСЯ К О дСтнОСти фазовьх - увеличе ение про птическомук теневымобъектов. Цель изобретения измерений и уско ие точносса обработ двух точ ющих т ния из относит фиг,1 и освещенчины то фиг. 4 точке б чике от ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР(57) Изобретение относитсческого приборостроения,фиг, 1 и 2 изображен ход лучей дляек голограммы а и б, соответствучкам объекта, причем расположебражений щелевого источника ельно визуализирующей щели. для 2 различны; на фиг. 3 - зависимость ности Е 8 в точке а и значение велика 1 а на датчике от времени; на - зависимость освещенности Еа в и значение величины токаб на датвремени; на фиг. 5 - оптическая 55 6 01 И 21/41, 6 03 Н 1/04 невым методам исследования фазовых обьектов, Цель изобретения - увеличение точности измерений и ускорение процесса обработки. Регистрируют голограмму фазового объекта, формируют изображение щелевого источника света объектной волной,. восстановленной с голограммы, периодически сканируют изображение источника света перпендикулярно кромкам визуализирующей щелевой диафрагмы, В плоскости изображения теневой картины преобразуют периодические световые сиг-. налы в электрические, Проекцию градиента показателя преломления определяют по разности во времени следования электрических периодических сигналов при сканиро вании только в одном направлении, 5 ил.аай схема устройства для исследования фазовых объектов.Освещают (фиг. 1 и 2) параллельным Од пучком света от щелевого источника голо- ъ грамму 1 и обьективом 2 строят изображе-( ние щелевого источника в плоскости 3 визуализирующей диафрагмы, выполнен- д ной в виде щели, сформированное восстановленной объектной волной с голограммы 1. Для устранения дисперсии изображения фф щелевого источника используют монохроматическое излучение или при использовании не монохроматического излучения ориентируют щелевой источник строго перпендикулярно полосам на голограмме. При наличии в фазовом объекте зон с первыми производными показателя преломления, отличными от нуля, изображение щелевого источника в плоскости 3, сформированноевосстановленной объектной волной, искажено; Следовательно, в зависимости от расположения изображения щелевого источника света относительно визуализирующей диафрагмы в сопряженной объективом 4 плоскости 5 изображения теневой картины, освещены различные области изображения объекта. Это значит, что каждая точка изображения объекта. на голограмме визуализируется в плоскости 5 при строго определенном положении изображения щелевого источника света относительно визуализирующей щели.БеРут на голограмме две произвольныеточки а и б, Пусть в этих точках объекта первые производные показателя преломления различны по величине, причем в точкеа производная равна нулю. Это значит, что соответствующие точки а и б изображения теневой картины в плоскости 5 визуализируются при различных положениях изображения щелевого источника света относительно щели визуализирующей диафрагмы, Предположим, что щель визуализирующей диафрагмы расположена так, что при восстановлении волны с точек голограммы 1, соответствующих невозмущен/ ным областям объекта (например точка а ) по нормали к голограмме 1, лучи проходят щель 3 и визуализируют в плоскости 5 не- возмущенные зоны объекта (фиг, 1), Теперь осуществляют сканирование изображением щелевого источника света перпендикулярно визуализирующей щели с постоянной скоростьк относительно визуализирующей щели в секторе углов от + а до - а, где а - угол между нормалью к голограмме и направлением положения изображения щелевого источника света в плоскости 3 и центральной точкой на голограмме,Сканирование можно осуществить изменением угла падения света на голограмму или сканированием самим источником света. При таком сканировании точки /а и б визуализируются в плоскости 5 в соответствующих точках а и б .в различные моменты времени та и тб после начала сканирования. На фиг. 1 изображен ход лучей в момент времени ь; на фиг. 2 - в момент времени тб, Если менять направление сканирования на противоположное по периодическому во времени закону и регистрировать освещенность в точках а и б при.сканировании только в одном направлении, то освещенности в этих точках Е и Еб в плоскости 5 изменяются по периодическому во времени закону.и имеют различ ные фазы следования сигналов друг относительно друга.Устанавливают в точках а и б плоскости 5 датчики 6 и 7, преобразующие периодическое изменение во времени светового сигнала в переменный электрический сигнал. На фиг. 3 изображена зависимость освещенности Е в точке а и значение величины тоКа 1 на датчике 6; на фиг, 4 - зависимость освещенности Еб в точке б и значение вели 10 обьекта, соответствующей точке на голограмме, первая производная показателяпреломления равна нулю, а в точке б - пропорциональна углу аб отклонения лучей в обьекте и угол сканирования (хмдс мал, то 30 35 та и сб выражаютсяСаа1(3) тб чгде 1 - расстояние от голограммы 1 до плоскости визуализирующей диафрагмы 3, а при освещении голограммы коллимированным пучком света равно фокусному расстоянию объектива 2,Теперь разность фаз Лр можно выразить как 40 45. (4 чя. показак Первая производна мления выражается ка апбаб дхя преч а оптическая схема ции способа обрайство содержит осу, включающую выполненный в ви, с коллимируюПриемная система а фиг. 5 изображен ства для реализа голограмм. Устро ельную систе ой источник света учателя 9 и щели объективом 11. устро ботки вети щеле де из щим чины тока 1 б на датчике 7 от времени т, причем Т - период следования сигналов, а длительность следования у основания сигнала без учета дифракционных эффектов оп ределяется как 1/то = ч/(Г 1 + Г 2), где Г 1, Г 2 -ширина источника света и щели визуализирующей диафрагмы,Измеряют разность фазы Л р следования электрических сигналов при сканировании изображением щели только в одном направлении, например, с помощью электронного устройства 8 (фиг, 1 и 2). Разностьфазы Лр можно выразить (фиг. 3 и 4)Ь 0 =фб фа =16 - та . (1)От Ьр легко перейти к разности первых производных показателя преломления в точках обьекта, соответствующих точкам а и б на гологоамме. Считая, что в точкеустройства включает голограмму 12 исследуемого объекта, фокусирующий объектив 13, щелевую виэуализирующую диафрагму 14, установленную в фокальной плоскости объектива 13, и фотоприемник 15, сопряженный с плоскостью голограммы 12 объективом 16. Причем фотоприемник выполнен в виде матрицы датчиков 17, преобразующих периодическое изменение во времени интенсивности светового сигнала в электрический сигнал и электронного блока 18, измеряющего разность фаз следования переменных электрических сигналов. В приемную систему установлены дефлектор 19 и блок 20 управления дефлектором.Дефлектор ориентирован так, чтобы сканирование пучком света осуществлялось перпендикулярно визуализирующей щели, Причем первый выход блока 20 управления соединен с входом дефлектора 19, а второй выход - с входом электронного блока 18.Устройство работает следующим образом.Излучатель 9 освещает щель 10 и формирует щелевой источник света, Излучение щелевого источника света коллимируется объективом 11, затем освещается голограмма 12. Восстановленная с голограммы объектная волна формирует в фокальной плоскости, где установлена щелевая визуализирующая диафрагма 4 обьектива 13, изображение щелевого источника. С помощью блока 20 осуществляется управление дефлектором 19, который может быть выполнен, например, в виде дефлектора на активной призме. Такой дефлектор на жидких кристаллах способен плавно изменять угол отклонения лучей а (1) во времени управлением показателя преломления дефлектором.Блоком 20 с первого выхода осуществляется управление показателем преломления дефлектора так, цтобы изменение угла а ( 1 ) совершалось по линейному закону. Это обеспечивает сканирование изображения щелевого источника света относительно визуализирующей диафрагмы 14 с постоянной скоростью. С помощью блока 20 управляется значение показателя преломления так, чтобы направление сканирования менялось на противоположное по периодическому закону. С помощью матри цы датчиков 17, установленных в плоскости .изображения теневой картины, где установлен фотоприемник 15, преобразуется периодическое изменение во времени5 светового сигнала в переменный электрический сигнал. С помощью электронного блока 18 измеряется разность фаз следования электрических сигналов на матрицах датчиков 17. Причем измерение фаз осуществля 10 20 25 30 35 40 45 50 ется при сканировании изображениемщели только в одном направлении, что достигается подачей управляющего сигнала с второго выхода блока 20 на вход блока 18.Блок 20 управления конструктивно может быть выполнен в виде функционального генератора управления дефлектором 19 и компаратора напряжения для выработки сигнала управления блоком 18,Использование предлагаемых способа обработки голограмм и устройства для его реализации позволяет по сравнению с известными способами повысить пороговую чувствительность измерений, а также их точность. Использование устройств управления и электронной обработки измерений позволяет автоматизировать процесс обработки информации с использованием ЭВМ, тем самым ускорить процесс обработки и увеличить производительность,Формула изооретения Способ исследования фазовых обьектов, заключающийся в регистрации голограммы фазового объекта, формировании иэображения щелевого источника света волной, восстановленной с голограммы, сканировании изображения щелевого источника света, формировании теневой картины в плоскости, сопряженной с плоскостью голограммы, и определении проекции градиента показателя преломления, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности измерений и ускорения процесса обработки, сканирование осуществляют дефлектором по периодическому закону, преобразуют изображение теневой картины в переменный электрический сигнал матрицей фотодатчиков, а проекцию градиента показателя преломления определяют по разности во времени следования электрических периодических сигналов при сканировании только в одном направлении,1631371 а6 о Составитель Е.Дорофеева .Редактор И,Касарда Техред М,Моргентал . Корректор ня зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 538 Тираж 404, Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушскэя наб 4/5