Способ контроля состояния объекта

 

Изобретение относится к иссле- , дованию физических свойств объектов оптическими, в частности интерференционными , методами и может найти широкое применение в оптической микроскопии для контроля состояний подвижных клеток биологической ткани, плазмы крови, при считывании информа ии 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 интерференционным картинам, определяют частотное распределение совместных значений контролируемых величин и по нему судят о состоянии объекта. 2 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

С 01.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 О 01 N 21/45

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 1-.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ н т0РСи0 у ce paveabCxsv (21) 3994221/31-25 (22) 17.12.85 (46) 23.01.88. Бюл. 11 3 (71) Институт проблем управления (автоматики и телемеханики) (72) А.Е.Краснов (53) 535.24(088.8) (56) Сороко Л.М. Гильберт-оптика.

М, Наука, 1981, с.14-25. . Авторское свидетельство СССР

11 1081483, кл. G 01 N 21/45, 1984. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к иссле, дованию физических свойств объектов оптическими, в частности интерференционными, методами и может найти широкое применение в оптической микроскопии для контроля состояний подвижных клеток биологической ткани, плаз„„SU„„1368729 А 1 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 интерференционнык картинам, определяют частотное распределение совместных значений контролируемых величин и по нему судят о состоянии объекта.

2 ил.

13

Изобретение относится к области ис следов ания или анализа ма те риалов 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 повы шение точности контроля состояния объекта за счет достижения независимости от положения, ориентации, мас= штаба и освещенности контролируемого объекта.

На фиг.1 показана оптическая схе-: ма устройства для реализации способа; на фиг.2 — изменения контролируемых величин для гармонической решетки

Устройство 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 S(x) а (х) ехр t j ф(х)), где j — мнимая единица. Не нарушая общности, можно рассматривать случай, когда падающая от источника I 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

Sgx) = а,(х)е.рЦ ф,(x)7 формйруемой уголковым отражателем 4 и зеркалами

68729 2

5 и 14 при открытом затворе 8 (затвор 10 блокирует свет), образуется первая интерференционная картина с распределением интенсивности 1„(х)

=f S, (x)+S(x) l . Если а (х) а,, ф,(х) ф, т.е. амплитуда и фаза опорной волны постоянны для всех точек плоскости наблюдения, то т0 I „(x)= fa,l<+ a(x)i +2а,а(х) х х cos (ф(х) — ф,).

Отсюда видно, что интерференционная картина содержит всю информацию об отражательной способности объекта т как по амплитуде, так и фазе. Однако при изменении масштаба объекта в ш раз, его сдвиге на величину х, а также повороте на угол 8 интерференционная картина изменяется как

I,(x /òï, x,, e) = 1 a,! + l a (mx-х,, О ) (+

+ 2a а (mx-x„e) соз„ХФ(тпх-х,,6)-ф,)

Следовательно, 1 (х/m, x, e)

1(mx-õ,, 0), т.е. интерференционная 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 картину

I, (х} = а,1т+ Га(x) )1 +

+ 2а „1a(x) cos (ф(х)-ф ), где преобразование Гильберта Г части рассеянной объектом волны вьптолним с помощью несимметричной полуволновой пластинки. В силу свойств преобразования Гильберта

Гa (mx-x,,6) соз (ф(тпх-х,,e))

40 .)1 (птх-х о, 6) .

Поэтому составная часть дополнительной интерференционной картины отслеживает изменения условий наблюдения согласованно с составной частью

4g основной интерференционной картины.

Для выделения данных согласованных частей первой и второй интерфе ренционных картин в соответствии с изобретением регистрируют распредеб0 ления интенсивностей

? = (а(х)1т I = 1Га(х)1 а, (т.

Для этого поочередно и попарно перекрывают затворы 9, 10; 8, 10;

r5 8, 9 соответственно. Измеряемая средняя интенсивность рассеянного объектом света определяется как

i а(х)(1х- . (Г,(х)! dx

УЕ Л хаR

1368

Нормирование зарегистрированных интенсивностей производится, например, поворотом анализатора таким образом, чтобы уменьшить (увеличить) среднюю интенсивность падающего от . объекта света в k/E раз, где коэффициент пропорциональности (размерность k совпадает с размерностью а k 1). Величина k 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 E, ). Тогда коэффициент k = Г,. После анализатора исходная интенсивность света, идущая от объекта 7, изменится в cos о раз.

Поэтому нужный угол поворота находит ся иэ уравнения cos e = f./Е, где Š— 20

2 текущее (первоначально измеренное) значение средней интенсивности.

После изменения интенсивности света, падающего от объекта, производят повторную регистрацию уже нормирован-, ных значений 1„ — 1"..Затем опреден ляют величины разности P„ P no соотношению

Р1 (х)Т, — I ? = (Яа(х)I ax ) н н ((Р1(х) Ху I 3 jå

Яа (х)11 d х) 35

-Точно такие же параметры получаются, если изменять интенсивность, падающую на объект 7. Так как Р (х) является Гильберт-образом Р„(х), то эти величины однозначно характеризу40 ют отражательную способность объекта, описываемую функцией а(х) х х соз (ф(х) — ф )Р причем при изменении масштаба и сдвиге объекта;данные

45 величины изменяются согласно:

50 Формула изобретения

На фиг.2 наглядно показаны соответствующие изменения этих величин для гармонической решетки ReS(x)

asinx. Видно, что при указанных изменениях условий наблюдения распреде- 55 ления их совместных значений (Р„, Р 1l не меняются. Частотное распределение

w(P„, Р ) совместных значений данных. величий полностью инвариантно к,сдвиР, (х) — — P, (mx-x,);

Р (х) Р (mx-xz).

29

ry изменению масштаба и освещенности объекта. В то же время это распределение связано с пространственным распределением отражательной способности объекта. Так, например, в случае чисто амплитудного объекта (ф(х)з

const) илиже число-фазового объек- та (a(x)= consct) W (P,,P ) является инвариантным описанием амплитудной/ фазовой формы объекта, Чтобы учесть различные ориентации объекта, необходимо поворачивать несимметричную полуволновую пластинку вокруг оптической оси и строить частотные распределения, зависящие от угла поворота w(P,, P,i9), Инвариантное частотное распределение возможно определить, например, как среднее (по углу) частотное распределение w(P,, P .) .

Техническое решение позволяет впервые в интерферометрии ввести понятие обобщенного эталона. Таким эталоном является усредненное частотное распределение w которое удовлетворяет соотношениям 0 < w

Способ ) 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 ре5

13687

I гистрируют распределение интенсивности света I„ â плоскости интерференционной картины, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точ- 5 ности контроля, освещение объекта производят для различных угловых его ориентаций и дополнительно рассеянную объектом волну подвергают оптическому преобразованию Гильберта,фор- 10 мируют дополнительную интерференционную картину в плоскости формирования первой интерференционной картины путем смешения преобразованной волны света с плоской опорной волной, ре- 15 гистрируют распределение интенсивности света I в дополнительной ин2 терференционной картине, а также распределение интенсивностей в рассеянной I объектом,,преобразованной I 20 и I опорной волнах в плоскости формирования интерференционных картин, измеряют среднюю интенсивность рас29 сеянного объектом света и по ней нормируют зарегистрированные распределения интенсивностей света путем изменения интенсивности освещающего света обратно пропорционально средней интенсивности света, рассеянного объектом, определяют величины разности

Р, и Р между нормированными распределениями интенсивностей света в основной I и дополнительной Тн интерн ференционных картинах и нормйрованными распределениями интенсивностей

У н света в рассеянной объектом 1, прен н

3 образованной I и I опорной волнах, IIo соотношениям Р1 = I, I ) I g э

Н Н II

P I — I — I а затем опреден н н. ляют частотное распределение значений полученных величин P и Р> для контролируемых состояний объекта и по изменению частотного распределения судят о состоянии объекта.!

368729

Составитель С.Голубев

Редактор Л. Гратипло Техред М.Дидык Корректор M.Ïîêî

Заказ 282/43 Тирак 847, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4