Теневой прибор

Теневой прибор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3+@ G 02 8 27/00 ене -ла е - ъ-,-.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ з М и

-ен -ъ ..:.:..::

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И СКРЫТИЙ (21) 3399109/18-10 (22) 01.03.82 (46) 07.07.83. Бюл. Р 25 (72) О.И. Бугаенко, Э.A. Витриченко, В.Н. Дудинов и В.С. Цветкова (71) Институт космических исследований AH СССР и Астрономическая обсерватория Харьковского государственного университета (53) 535.411(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 510684, кл. G 02 В 27/46, 16 10.74ее

2. Авторское свидетельство СССР

9 501340, кл. G N 10.10.73 (прототип). (54)(57) ТЕНЕВОЙ ПРИБОР, содержащий точечный источник белого света, коллиматор, исследуемый объект, Фурьепреобразующую линзу, полуволновую фазовую пластину, установленную в задней фокальной плоскости линзы с

„.,SU„„1027669 A возможностью перемещения в направ-, лении, перпендикулярном фаэосдвигающей ступени пластины, элемент обратного Фурье-преобразования и регистрирующее устройство, оптически сопряженное с исследуемым объектом, отличающийся тем, что, с целью увеличения пространственного разрешения при повышении фаэовой чувствительности и ахроматизации в широкой области длин волн, на полуволновую фаэовую пластину нанесено поглощающее металлическое покрытие с градиентом плотности, перпендикулярныи фазосдвигающей ступени пластины, имеющее нулевое пропускание на линии фазового скачка, причем Е

C пластина выполнена иэ двух различНых сортов оптического стекла, у которых для средней волны рабочего спектрального интервала производные по длине волны отношений показате.ля преломления к длине волны равны между собой.

1 1027669

Изобретение относйтся к прикладной оптике и может быть использовано для исследования оптических неоднородностей °

Известен теневой прибор, в котором для визуализации оптических не5 однородностей используется фазовый нож Pl).

Недостатком данного прибора является его низкое пространственное разрешение.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является теневой прибор, содержащий точечный источник белого света, коллиматор, исследуемый объект, Фурье. — 15 преобразующую линзу, полуволновую фазовую пластину, установленную в задней факальнай плоскости линзы с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном фазасдвигаю- 70 щей ступени пластины, элемент обратного Фурье-преобразования и регистрирующее устройство, оптически сопряженное с исследуемым объектом.

В этом приборе элемент обратного 25

Фурье-преобразования выполнен в виде, сферического зеркала, работающего совместно с паляризационным светоделительным кубиком 2).

Недостатками известного устройства являются низкое пространственное разрешение па исследуемому объекту, ограничение фаэаконтрастной чувствительности, большие светопотери, а также сложность определения полной 35 двумерной картины оптических неод,нородностей.

Указанные недостатки обусловлены следующими причинами.

Известно, чта фазовые искажения 40 непосредственно зарегистрировать невозможно. Для этой цели применяют визуализирующие элементы, действие которых в составе теневых приборов сходно с операцией дифференцирова- 45 ния исследуемого поля. Описание поля через его производную не вносит никаких затруднений, так как постоянная интегрирования равна начальной фазе поля и значение ее несущественно. В реальных приборах осуществить идеальное дифференцирование нельзя, на можно приблизиться к нему сколь угодно близко. Из теории Фурье-преобразований известно,, что производная функции Ф(х) равна обратному

Фурье-преобразованию от проиэведенич ((), где 1-() — Фурье-преоб1.аэавание от ф(х) .

1(ля точного дифференцирования необход м транспарант, имеющий ампли- 60 тудный коэффициент прапускания

Т(()= (, где g — задана в интервале оо со. Такой фильтр в оптике изготовить невозможно, так как всегда

i T(y)l с 1.

В теневом приборе-прототипе транспарант — полуволновая фазовая пластина - реализует фазовый скачок на

180, который является весьма грубыь приближением к требуемой линейной зависимости. Фурье-образ фазового скачка совпадает с ядром ) Гильбертпреобразования, которое выполняет операцию дифференцирования и сглаживания с медленно убывающими крыльями и имеет малый динамический диапазон фазово-контрастной характеристики. Приближенный характер дифференцирования Гильберт-преобразования не принимается во внимание и результаты измерений теневого прибора трактуются как производная исследуемого поля. При таком подходе невозможны ни измерения больших фазовых искажений, ни измерения в зоне поля,. расположенной рядом с сильными неоднородностями, так как и без того короткая характеристика оказывается перегруженной информацией из соседних зон. В частности не могут быть исследованы искажения, лежащие вблизи края апертуры, т.е. сильной неоднородности, а эта зона составляет обычно 20% исследуемого поля.

Цель изобретения — увеличение пространственного разрешения при повышении чувствительности и ахроматизации в широкой области длин волн. .Поставленная цель достигается тем, что в теневом приборе, содержащем точечный источник белого цвета, коллиматор, исследуемый объект, Фурье-преобразующую, полуволнавую фазовую пластину, установленную в задней факальной плоскости линзы с возможностью перемещения в направлении, nepITåíäèêóëÿðíoì фазосдвигающей ступени пластины, элемент обратного Фурьепреобразования и регистрирующее устройство, оптически сопряженное с исследуемым объектом, на полувалновую фаэовую пластину нанесено поглощающее металлическое покрытие с градиентом плотности, перпендикулярным фаэосдвигающей ступени пластины, имеющее нулевое пропускание на линии фазового скачка, причем пластина выполнена из двух различных сортов оптического стекла, у которых для средней длины волны рабочего спектрального интервала производные по длине волны отношений показателя преломления к длине. волны равны между собой.

На фиг. 1 показана оптическая схема теневого прибора; на фиг. 2 устройство волуволновой амплитуднофазовой пластины и вид зависимости ее амплитудного пропускания от координаты вдоль оси, перпендикулярной фазосдвигающей ступени пластины; на фиг. 3 — вид зависимостей фазового

3 1027669 4

Пластина 5 (кроме поперечного смещения) имеет воэможность поворота на 90 вокруг оптической оси прибора. 65 сдвига, вносимого этой пластиной от длины волны для различных комбинаций сортов стекла, из которых выполнена пластина.

Предлагаемый теневой прибор включает в себя точечный источник 1 белого света, коллимирующую линзу 2, исследуемый прозрачный объект 3, Фурье-преобразующую линзу 4, полуволновую фазовую пластину 5, установленную в задней фокальной плоскос-10 ти линзы 4 с воэможностью перемещения в направлении, перпендикулярном фазосдвигающей ступени пластины, линзу 6, осуществляющую обратное

Фурье-преобразование, и,панорамное f5 регистрирующее устройство 7, оптически сопряженное линзами 4 и 6 с исследуемым объектом 3. При этом пластина 5 образована двумя соединенными между собой плоскопараллельными пластинами 8 и 9 с одинаковой расчетной толщиной, которые выполнены из различных по показателю преломления специально подобранных сортов стекла. 25

На скрепленные пластины 8 и 9 нанесено поглощающее металлическое покрытие переменной плотности. Градиейт плотности покрытия 10 ориентирован перпендикулярно фазосдвигающей Зр ступени пластины 5, т.е. плоскости стыковки пластины 8 и 9, причем на линии фазового. скачка покрытие 10 имеет нулевое пропускавие (фиг. 2, кривая 11).

Поглощающее покрытие 10 можно изготовить, например, методом вакуумного напыления. Его толщина зависит от требуемого пропускания в данном месте пластины и от поглощающих свойств напыляемого материала. Толщина покрытия обычно много меньше длины волны. Компоненты 8 и 9 амплитудно-фазовой пластины 5 выполнены из таких сортов стекла, у которых 45 для средней длины волны рабочего спектрального интервала производные по длине волны отношений показателя преломления к длине волны равны между собой. При этом могут использоваться, например, следуккцие комбинации сортов стекла: БФ-7 и БФ-6 толщиной 25,0 мкм (фиг. 3., кривая 12), БФ-13 и БФ-12 толщиной 21,6 мкм (кривая 13), а также К-8 и К-14 толщиной 188,7 мкм (кривая 14). Толщина пластины 5 вычисляется с учетом показателей преломления выбранных сортов стекла из условия реализации фазового скачка со средней величиной 180 60

Полихромный световой поток, выходящий из точечного источника ñâåта 1, коллимируется линзой 2 и про свечивает исследуемый объект 3, имеющий фазовые неоднородности. Промодулированный объектом 3 световой поток собирается линзой 4 в ее задней фокальной плоскости, т.е. в плоскос— ти Фурье-преобразования, где установлена амплитудно-фазовая пластина 5.

Объектив строит на фоточувствительной части панорамного приемника плоскую картину, соответствующую неоднородностям объекта 3.

При этом поглощающее покрытие 10 фазовой пластины 5 подавляет крылья ядра Гильберт-преобразования, улучшая его дифференцирующие свойства.

Центр ядра, т.е. его дифференцирующая часть, не затрагивается, и в этом смысле никаких светопотерь не происходит. Такой транспарант позволяет реализовать любые, наперед заданные характеристики теневого прибора по пространственному разрешению и динамическому диапазону измеряемых фазовых искажений и, следовательно, по пороговой чувствительности прибора.

Конкретный вид пропускания пластины 5 зависит от требований к ширине ядра или к динамическому диапазону.

Например, .если ядро должно иметь вид ез Х (быстро убывающая функция при х с(х ) 1), то Т(() = РгХ (L<) (фиг. 2), где Ег — интеграл вероятности,a(— параметр, определяющий эффективную ширину ядра. Прис - с оператор стремится к идеально дифференцируя)щему, а динамический диапазон и пространственное разрешение стремятся к бесконечностн„. Естественно, что при этом световой поток от площадки, равной элементу разрешения, будет стремиться к нулю.

Указанные выше требования к выбору сортов стекла компонентов пластины 5 обеспечивают при допустимой по-. грешности фазового сдвига + 5 расширение рабочего спектрального интервала примерно в 100 раз по сравнению со случаем применения классического фазового ножа (фиг. 3).

Если требования к допустимой погрешности жестче, то преимущества предлагаемой пластины еще ощутимее.

Сдвиг плйстины 5 в направлении, перпендикулярном ее фазосдвигающей ступени, т.е. в направлении градиента плотности, позволяет определять знак производной, а разворот пластины на 90 вокруг оси прибора — проводить измерения по двум направлениям.

1027669 Риг. 2

AS

Составитель В. Кравченко

Техред А.Бабинец; Корректор О. Билак

Редактор В. Пилипенко

Заказ 4735/51

Тираж 511 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4

Таким образой, йрименение ахроматизированной амплитудно-фазовой пластины позволяет создать теневой прибор с любыми наперед заданными характеристиками по пространственному разрешению н пороговой чувстнительности измеряемых фазовых искажений, имеющий малые светопотери благодаря использованию широкого участка спектра источника света.