Способ контроля состояния объекта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 594 001 Н Е ИЭОБРЕТЕНИСВИДЕТЕЛЬСТВУ СА К АВТОРСКОМ ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт проблем управления (автоматики и телемеханики) (72) А.Е.Краснов. Авторское свидетельство СССР В 1081483, кл. С О 1 11 21/45, 1984. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА(57) Изобретение относится к исследованию физических свойств объектов оптическими, в частности интерференционными, методами и может найти широкое применение в оптической микроскопии для контроля состояний подвижных клеток биологической ткани, плаз.801368 мы крови, при считывании информации с оптических носителей. Цель изобретения - повышение точности контроля состояния исследуемого объекта за счет достижения независимости от положения, ориентации, масштаба и освещенности контролируемого объекта.для этого производят дополнительные преобразования Гильберта рассеянной объектом волны света, наряду с основной интерференционной картиной регистрируют дополнительную интерференционную картину, нормируют распределения интенсивностей света, определяют контролируемые величины, относящиеся к основной и дополнительной интерференционньак картинам, определяют частотное распределение совместных значений контролируемых величин и по нему судят о состоянии объекта.2 ил.Ф13Изобретение относится к области исследования или анализа материалов оптическими методами и может быть применено к таким объектам, как металлографические шлифы, клетки биологической ткани, плазма, прозрачные и отражающие оптические элементы, жидкости, носители оптической информации (Фотопленки и перфорированные пленки).Целью изобретения является повышение точности контроля состояния объекта за счет достижения независимости от положения, ориентации, мас= штаба и освещенности контролируемого объекта.На фиг.1 показана оптическая схема устройства для реализации способа; на фиг.2 - изменения контролируемьтх величин для гармонической решеткиУстройство содержит источник 1 монохроматического света, поляризатор 2, через который проходит поток 3 света, уголковый отражатель 4, первое полупрозрачное зеркало 5, второе полупрозрачное зеркало 6, оптически связанное с контролируемым отражающим объектом 7, оптические затворы 8 - 10, глухое зеркало 11, преобразователь 12 Гильберта (несимметричная полуволновая пластинка), третье полупрозрачное зеркало 13, четвертое полупрозрачное зеркало 14, анализатор 15, Наблюдаемая интерференционная картина 16.Распределение амплитудного коэффициента отражения по объекту описывается действительной функцией а(х), а вносимые объектом Фазовые задержки - действительной функцией ф(х), где х - координаты точек объекта (рассмотрен одномерный случай), Тогда рассеянная объектом волна света, отраженная зеркалами 5 и 13, опись- вается в плоскости наблюдения интерференционной картины 16, оптически сопряженной с плоскостью объекта. комплексньпт оптическим сигналом Б(х) а(х) ехр ,1 ф(х), где т - мйимая единица. Не нарушая общности, можно рассматривать случай, когда падающая от источника 1 света и поляризованная поляризатором 2 волна не депо/ ляризуется при отражении от объекта 7, В этом случае при смещении волны Б (х) с плоской опорной волной Я(х) = а, (х) екрЦ ф, (х Я, формйруемой уголковым отражателем 4 и зеркалами 68729 25 и 14 при открытом затворе 8 (затвор 10 блокирует свет), образуетсяпервая интерференционная картина сраспределением интенсивности 1(х)= Я, (х)+Б(х) 1 . Если а (х) = аф,(х) = ф, т,е. амплитуда и фаза опор"ной волны постоянны для всех точекплоскости наблюдения, то10 1 (х) = а, 1 +а (х) 1 т +2 а, а (х) хх сов Гф(х) - ф,.Отсюда видно, что интерференционная картина содержит всю информациюоб отражательной способности объекта 1 как по амплитуде, так и фазе. Однакопри изменении масштаба объекта в шраз, его сдвиге на величину х , а также повороте на угол 0 интерференционная картина изменяется как1,(х/тп,х 8)= 1 а,+ 1 а(тпх-хО)1++ 2 а,а (шх-хв) соз,ХФ(птх-х 6)-Ф,3Следовательно, 1 (х/ш,х , 6) ф1(птх-х 0), т.е. интерференционная 25 картина изменяется не адекватно изменению условий наблюдения объекта,но отдельные ее составляющие отслеживают изменение этих условий. Перекроем затвор 9, открыв затвор 10, и 30 сформируем вторую интерференционную картину1, (х)=1 а,1+ 1 Га(х) 1++ 2 а 1 а (х) сов 1.Ф (х) -ф о 3 фгде преобразование Гильберта Г части рассеянной объектом волны вьптолним с помощью несимметричной полуволновой пластинки. В силу свойствпреобразования ГильбертаГа (шх-х 0) соз 1 ф(тпх-х 6) 40Х(шх хо,6).Поэтому составная часть дополнительной интерференционной картиныотслеживает изменения условий наблюдения согласованно с составной частью 45 основной интерференционной картины.Для выделения данных согласованных частей первой и второй интерфе"ренционных картин в соответствии сизобретением регистрируют распреде ления интенсивностей1 = а(х)11, = )Га(х)11 = а,1.Для этого поочередно и попарноперекрывают затворы 9, 10; 8, 10;55 8, 9 соответственно. Измеряемая средняя интенсивность рассеянного объектом света определяется кака(х) йх=-Г (х) ахЯ хай313687Нормирование зарегистрированных интенсивностей производится, например, поворотом анализатора таким образом, чтобы уменьшить (увеличить) среднюю интенсивность падающего от объекта света в 1/1 раз, где коэффициент пропорциональности (размерность 1 совпадает с размерностьюа 1 с с 1). Величина 1 с и угол поворо 10 та анализатора 15 находятся из следующих соображений. Предположим,что исследуемый объект может менять свою суммарную отражательную способность в 100 раз (от Е, до 100 Е, ). Тогда коэффициент К = Г После анализатора исходная интенсивность света, идущая от объекта 7, изменится в соз о раз.2 Поэтому нужный угол поворота находится иэ уравнения соз Ы= ./Е, где Г - 20 текущее (первоначально измеренное) значение средней интенсивности.После изменения интенсивности света, падающего от объекта, производят повторную регистрацию уже нормирован-, ных значений 1 - 1"Затем опредеНляют величины разности Р и Р по соотношениюР(х) 1, Т1 а(х)Рс 1 х 1, 1н Н нР,(х) =1-т, -т,:Г 5)а (х)Р 7 Д Зь-Точно такие же параметры получают" ся, если изменять интенсивность, падающую на объект 7. Так как Р(х) является Гильберт-образом Р(х), то эти величины однозначно характеризу 40 ют отражательную способность объекта, описываемую функцией а(х) хх соз ф(х) - ф , причем при изменении масштаба и сдвиге объекта;данные45 величины изменяются согласно:Р,(х) - х - ф - в Р,(ппс-х,1)Р(х) в . в -Р (вх"х ).На фиг.2 наглядно показаны соответствующие изменения этих величин для гармонической решетки Ке 8(х)азьпх. Видно, что при указанных изменениях уСловий наблюдения распреде- бб ления их совместных значений Р, Р 1) не меняются. Частотное распределение д(Р,Р ) совместных значений данных.величий полностью инвариантно к,сдви 29гу, изменению масштаба и освещенности объекта. В то же время это распределение связано с пространственнымраспределением отражательной способности объекта. Так, например, в случае чисто амплитудного объекта (ф(х)з= сопз);) илиже число-фазового объек-та (а(х)= сопзсС) И (РР) являетсяинвариантным описанием амплитудной/фазовой формы объекта,Чтобы учесть различные ориентацииобъекта, необходимо поворачивать несимметричную полуволновую пластинкувокруг оптической оси и строить частотные распределения, зависящие отугла поворота ю(Р Р В). Инвариантное частотное распределение возможно определить, например, как среднее (по углу) частотное распределение Й(Р Р ).Техническое решение позволяетвпервые в интерферометрии ввести понятие обобщенного эталона. Таким эталоном является усредненное частотноераспределение д, которое удовлетворяет соотношениям 0 с Ю 1, 1 Й = 1,где суммирование осуществляется повсем возможным совместным значениямвеличин Р, и Р. Данное обстоятельство позволяет производить. оценкулюбых косвенных параметров, связанныхс состоянием объекта. Так, например,если необходимо оценить некий параметр 1 (степень. шероховатости, коэффициент формы, степень принадлежности заданному классу), зависящейот состояния объекта, тб оценку сй )данного параметра можно выразить какСг )с (РрР) (Р уР иГ)3где С(РР ) - функция, задаваемаяаналитически или определяемая экспериментально по наблюдению ансамбляизвестных объектов. В силу свойствраспределения ч получаемые оценки независят от начальных условий интерферометрического контроля,Формула изобретенияСпособ ) контроля состояния объекта по его отражательной и преломляющей способности, заключающийся в том, что объект освешают монохроматическим поляризованным светом, формируют интерференционную картину путем смешения рассеянной объектом волны света с плоской опорной волной и ре 5136873 гистрируют распределение интенсивности света 1 в плоскости интерференционной картины, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с цельюповышения точ ности контроля, освещение объекта производят для различных угловых его ориентаций и дополнительно рассеянную объектом волну подвергают оптическому преобразованию Гильберта,фор мируют дополнительную интерференционную картину в плоскости формирования первой интерференционной картины путем смешения преобразованной волны света с плоской опорной волной, ре гистрируют распределение интенсивности света 1 в дополнительной ин 2терференционной картине, а также распределение интенсивностей в рассеянной 1 объектом, преобразованной 120 и 1 опорной волнах в плоскости формирования интерференционных картин, измеряют среднюю интенсивность рас 29сеянного объектом света и по ней нормируют зарегистрированные распределения интенсивностей света путем изменения интенсивности освещающего света обратно пропорционально среднейинтенсивности света, рассеянного объектом, определяют величины разностиР, и Р между нормированными распределениями интенсивностей света в основной 1, и дополнительной 1 интернференционных картинах и нормйрованными распределениями интенсивностейУ нсветав рассеянной объектом 1 , прен нзфобразованной 1и 1 опорной волнах,по соотношениям Р, = 1, - 1- 13н н Н,Р1- 1- 1 , а затем опреден н нляют частотное распределение значений полученных величин Р и Р дляконтролируемых состояний объекта ипо изменению частотного распределения судят о состоянии объекта./5 Проектная,4 полиграфическое и ие,г.ухгоро роизводств аказ 282/43 ТиракВНИИПИ Государст по делам изо 113035, Москва, 47, Подписиенного комитета СССРретений и открытий