Устройство для получения изображения объектов с собственным свечением в когерентном свете

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в системах оптической обработки информации для исследования самосветящихся объектов. Цель изобретения - повышение качества изображений двухмерных объектов. Когерентный пучок света от источника излучения 1 расширяется коллиматором 2, проходит через исследуемый объект 3 и попадает на линзу 4. Сходящийся пучок лучей проходит через решетку 5. Изображение объекта 3 наблюдается в плоскости регистрирующего устройства 6. Взаимное расположение решетки 5 и регистрирующего устройства 6 обеспечивает резкое изображение двухмерных объектов 3. 1 ил, 1м Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

yi>s G 02 В 27/00, 27/44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ . ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ВЮВаМ

ВЛИЯЮ- Цуцщуg aи: 4Q ((я g

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4701668/10 (22) 05.06.89 (46) 23.10,91. Бюл.%39 (71) Нижегородский государственный университет им. H.È.Ëîáà÷åâñêîão (72) Т.П. Кособурд (53) 535.8 (088,8) (56) Королев И.Я.,Косодуб Т.П.,Сорокин Ю.М, Оптическая схема для теневой диагностики фазовых объектов с собственным свечением. — Приборы и техника эксперимента, 1985, М 4, с.186 — 187. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ С СОБСТВЕННЫМ

СВЕЧЕНИЕМ В КОГЕРЕНТНОМ СВЕТЕ

„, . Ы„„1686400 А1 (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в системах оптической обработки информации для исследования самосветящихся объектов. Цель изобретения — повышение качества иэображений двухмерных объектов. Когерентный пучок света от источника излучения 1 расширяется коллиматором 2, проходит через исследуемый объект

3 и попадает на линзу 4. Сходящийся пучок лучей проходит через решетку 5. Изображеwe объекта 3 наблюдается в плоскости регистрирующего устройства 6. Взаимное расположение решетки 5 и регистрирующего устройства 6 обеспечивает резкое иэображение двухмерных обьектов 3. 1 ил, f686400

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в системах оптической обработки информации для исследования самосветящихся Объектов.

Целью изобретения является повышение качества изображений двумерных Объектов, На чертеже представлена оптическая схема устройства для получения иэображений объектов с собственным свечением.

Устройство содержит последовательно расположенные источник 1 когерентного излучения, коллиматор 2, исследуемый Объект 3, линзу 4 прямого Фурье-преобразования, в фокальной пгоскости которой расположена дифрэкционная решетка 5 с размерами сторон, много меньшими диаметра линзы, установленная под углом ап, к оптической оси. при этом ее штрихи перпендикулярны оптической оси, регистрирующее устройство 6, плоскость регистрации которого расположена на расстоянии Rm от решетки, пересекается с плоскостью решетKN Ilc прямой, параллельной штрихам решетки, и составляет с ней угол pm .

B качестве регистрирующего устройства в зависимости от способа дальнейшей обработки изображения может использоваться фотопленка, матрица фотоэлектрических элементов и др. 8 случае исследования фазовых объектов регистрирующее устройство содержит также визуализирующую диафрагму, применяему о в стандартных теневых приборах.

Устройство работае., следующим образом, Когерентный пучок света от источника 1 расширяется коллиматаром 2, проходит через исследуемый объект 3 и попадает на линзу 4. Сходяшийся после линзы световой пучок проходит через решетку 5, дифрэгируя на ней, и образует изображения объекта

3, практически свободные от засветки в нескольких порядках дифракции. Иэображение объекта набл юдэется в одном из удобных для исследователя дифракционных порядков, отличных. от нулевого, и в соответствии с номером пор :дка вычисляют<:я и устанавливаются величины углов ао, у и расстояния Rm для решетки и плоскости

1 регистрации регистрационного устройс. ва, Большая часть собственного свечения минует дифракционную решетку и собирается на фоне нулевого порядка иэображеHvIR объекта, Если собственное свечение представляет интерес, оно може. í "Gneдаться, как и в известнои устройстве, я нулевом порядке, Ослабление свечения в иэображении объекта в других дифракционных порядках объясняется тем, что дифракционная решетка малого размера играет роль

5 обычной диафрагмы для порядков, отличных от нулевого и кроме того, часть собственного свечения, которая проходит через решетку, "разматывается" .из-за дисперсионных свойств решетки по плоскости нэ10 блюдения. Расположение решетки под углом а к оси оптической системы в совокупности с размещением плоскости регистрации г од углом pm к решетке на расстоянии Rm от нее позволяет получить в

I 5 одном из дифракционных порядков резкое изображение за счет того, что в оптической схеме с наклонной решеткой существует плоскость„сопряженная исследуемому обье кту, 20 Существование сопряженной плоскости в предлагаемом устройстве можно доказать с помощью расчета поля в плоскости наблюдения.

Получив точное выражение для поля на

25 произвольном расстоянии R от решетки в параллельной ей плоскости через частотную характеристику свободного пространства, а затем перейдя к квадратичному приближению по ма: ому параметру- ширине спектра

30 объекта, получим

Em "f f б01б02цо(0102) exp(i(F101 +

+ г101)) х exp(i(F2022 + 1202)). гДе go (0102) = ) 3 бхобУо То (хоУо} exP(-l(U1xo +

+ 02 Уо)) — пРостРанственный спектР полЯ за объектом; Го (хо, уо) — функция прозрачности объекта; хо, уо — координаты в плоскости обьекгэ;

01, U2 — пространственные частоты:

F1, Рг, И1, тг — коэффициенты, определяемые геометрическими характеристиками устройства, F — а „Е

2 К К24Б

F — а+ F

2К К2А усова — R Gm у сова

Bm-= R Cm

2 К

F,(узап а„, — R B

2КВщ 2КА

2Д

Y -- --(-. B =- з п а тц д;

1686400

5 2КСп1 у = arcctg

cos am

sin а, + -соз а„

= агсст9 соз ап, 1 (15 „г (- в) (2К!; со ки

Сопряженная плоскость для двумерного обьекта существует при условии 2

F1= F2=0, что возможно, если Am = 8m, или

mA, cos a

m Л

a = arccos - - .

Таким образом, при расположении дифракционной решетки под углом am к оптической оси, определяемым соотношением, т! Л а = агссоз, в предлагаемом устройстве

2Л изображение строится в сопряженной обьекту плоскости и имеет наилучшую резкость, Для того, чтобы плоскость регистрации совпадала с сопряженной плоскостью для одного из дифракционных порядков, она должна быть расположена под углом ym к решетке на расстоянии Rm от нее, Найдем ! ! выражения для угла ym и расстояния Rm соответствующие плоскости регистрации с сопряженной плоскостью.

Расстояние R до сопряженной плоскости определяем из выражения

)г

F2 (F — а) Угол а, определяемый приведенным соотношением, в совокупности с расположением плоскости регистрации под углом

m на расстоянии Rm определяет оптималь-! ные условия для получения высокой резкости изображения в предлагаемом

30 устройстве, обеспечивающие наибольший положительный эффект, Формула изобрет ения

Устройство для получения изображения обьектов с собственным свечением в коге35 рентном свете, содержащее последовательно расположенные источник когерентного излучения, коплиматор, линзу, в фокальной плоскости которой размещена дифракционная решетка с размерами сторон, много

40 меньшими диаметра линзы, регистрирующее устройство, отл ич а ю щееся тем, что, с целью повышения качества изображения двумерных обьектов, дифракционная решетка установлена под углом 4, к опти45 ческой оси, определяемым соотношением

Лi. = arccos

m Л или

F2 — О.

50 где Л вЂ” длина волны когерентного излучения;

Л вЂ” период дифракционной решетки;

m — номер дифракционного порядка, в котором наблюдается изображение, при

55 этом ее штрихи перпендикулярны оптической оси, наименьшее расстояние Rm от точки пересечения оптической оси с решеткой до плоскости регистрирующего устройства определяется соотношением

С> 1/2 Ксова (1+ sin д соейл), Clm

1 sin а!

2 + З!П дщ СОЗ am

2 К соз дщ соз2 п1Л

sin д! =-- - — соз а<,, где A — длина волны когерентного излучения, Л- период дифракционной решетки;

m — номер дифракционного порядка. в котором наблюдается иэображение; а — расстояние от объекта до линзы;

Y — ось, перпендикулярная штрихам решетки и параллельная ее плоскости;

Х вЂ” ось. параллельная штрихам решетРг г 2KAm " 2KBm

Расстояние R зависит от у. Это означает, что плоскость резкого изображения наклонена под некоторым углом к плоскости решетки. Чтобы получить этот угол, нужно преобразовать координаты. у= ycos ym+ R sin ym. !

И = Всоз ym — ysln ym. ! !

Иэ указанных выражений получаем, что коэффициент перед у обращается в нуль! при углах уп, равных а минимальное расстояние до плоскости наблюдения от точки 0 равно

1686400 при этом линия пересечения плоскости регистрации и плоскости решетки параллельна штрихам решетки и составляет с ней угол pm, определяемый соотношением

sin а„+ — -сова

2 ПЪл

Р t 1 — (- -сов Я Г m

I (F — а) >sln2 а„, + - cos а

2 гпХ у„= arcctg где F — фокусное расстояние линзы; а — расстояние от объекта до линзы.

cos а

Составитель А.Тулубенский

Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко

Редактор И.Горная

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3596 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., 4/5