DE2324380A1 - Optischer korrelator - Google Patents

Description

MA/rh/28.3.73

A 158 73 . 14 _Mai IQ₇,

DIPL.-INO. KLAUS BEHN ¹^' ^Piexx lyi-/

DIPI..-PHYS. ROBEHT MÜNZHUBER eingereicht

PATKNTANW.il/TB

8 μ β ν c H κ ν a a

WIUSKMAYBBt)TU. β 0 *5 9 A *ί fi Π

Turlabor AG, Geissacherstrasse ö, 8126 Zumikon (Schweiz)

Optischer Korrelator

Die Erfindung betrifft einen optischen Korrelator zum Vergleich eines Prüflings mit einem Standardobjekt, wobei mittels kohärenten Lichtes ein Beugungsbild des Prüflings auf einem holographischen Filter erzeugt wird, welches dem Standardobjekt entspricht und welches das Licht über eine Lochblende einem Lichtmessgerät zuführt, das ein elektrisches Ausgangssignal liefert.

Es ist festgestellt worden, dass der mit den bekannten Korrelatoren dieser Art erzielbare Vergleich unter Umständen zu falschen Resultaten führen kann, besonders bei sehr kleinen Prüflingen, Eine eindeutige, praktisch lineare Beziehung zwischen dem Ausgangssignal und der Grössenabweichung des Prüflings vom Standardobjekt lässt sich gemäss der Erfindung dadurch erzielen, dass dem holographischen Filter ein Schwarz-Weiss-Zusatzfilter oder ein Phasenumkehr-ZusatzfiltBr unmittelbar vor- oder nachgeschaltet ist, wobei dieses Zusatz-

3098*7/1075 otbinal inspect»

filter jeweils in einer Hälfte der ersten, zweiten, dritten, usw. Beugungsordnung die Transmission +1 und in der anderen Hälfte dieser Beugungsordnungen die Transmission 0 oder -1 hat.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausführungabeispiel des optischen !Correlators nach der Erfindung schematisch dargestellt, während die Fig. 2 und 3 zur Erläuterung des Aufbaues des in demselben enthaltenen Zusatzfilters dienen.

Gemäss Fig. 1 liegt in der Eingangsebene des optischen Korrelators ein Prüfling 1, der von einem monochromatischen ParallelstrahlBnbündel 2 beleuchtet wird. Der Prüfling 1 weist eine kreisrunde Oeffnung 3 von z.B. 10yum Durchmesser auf. Die durch die Oeffnung 3 hindurchgehenden, wegen der Beugung divergierenden Strahlen treffen auf eine erste Linse 4, durch welche sie parallel gerichtet werden. Dia Strahlen fallen dann auf ein holographisches Filter 5, in dem das Beugungsbild eines Standardobjektes gespeichert ist. In bekannter Weise wird ein solches Filter durch Beleuchtung einer photographischen Platte mit dem Beugungsbild des Standardobjektes und einem schief einfallenden Parallelstrahlenbündel hergestellt. Das am holographischen Filter gebeugte Licht wird durch eine zweite Linse B auf die Oeffnung 7 einer Lochblende B fokussiert und von einem Lichtmessgerät 9 aufgefangen, das ein der Lichtleisturig proportionales, elektrisches Signal liefert. Soweit wie bis jetzt beschrieben, ist der optische Korrelator bekannt; es wurde bisher erwartet, dass das elektrische Ausgangss-ignal ein Maximum aufweist, wenn der Prüfling mit dem Standardobjekt genau übereinstimmt. Eingehende Untersuchungen haben aber gezeigt, dass dies nicht unbedingt zutrifft, indem das Ausgangssignal oft keine eindeutige Aussage über die Abweichungen des Prüflings vom Standardobjekt zulässt. Es kann sogar vorkommen, dass das Ausgangssignal bei einem nicht genau mit dem Standardobjekt übereinstimmenden

309847/1075

Prüfling grosser wird als bei genauer Uebereinstimmung, was auf die endlichen Dimensionen des !Correlators bzw» des holographischen Filters zurückzuführen ist. Die Ungenauigkeiten werden umso grosser, je kleiner der Prüfling ist. Um diesen Nachteil zu beseitigen, weist der vorliegende Korrelator ein Zusatzfilter 10 auf, das in Fig. 1 unter dem holographischen Filter 5 gezeichnet ist, aber in Wirklichkeit unmittelbar vor oder hinter demselben liegt; man muss es sich also in Fig. 1 in Richtung des Pfeiles 11 nach oben geschoben denken.

Das Zusatzfilter 10 weist entweder die nachfolgend anhand von Fig. 2 näher erläuterte Schwarz-Weiss-Transmission oder die Phasenumkehr-Transmission nach Fig. 3 auf.

In Fig. 2 stellt die Kurve H(^) das Beugungsglied der kreisrunden Oeffnung des Standardobjektes in der ^- Achse der ^ -*X-EbenB des Filters 5 dar, das qualitativ auch für andere Oeffnungsfarmen repräsentativ ist. Das Schwarz-Weiss-Filter 10 ist so ausgelegt, dass von der 0-ten Beugungsordnung 0 nichts, und von den folgenden Beugungsordnungen 0,., 0-, 0_ .... usw. jeweils die linke Hälfte durchgelassen wird. Das Phasenumkehrf-ilter 10 kann aber auch nach Fig. 3 so ausgelegt sein, dass in den rechten Hälften der Beugungsordnungen 0-, O₂, 0 .... usw. die Transmission t nicht null, sondern gleich -1 ist, d.h. eine Phasenumkehr von It bei voller Transmission stattfindet.

In beiden Fallen ist der Effekt derselbe, und zwar wird ein linearer Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal und der Abweichung des Durchmessers des LochBS 3 des Prüflings vom Durchmesser des Standardobjektes erzielt. Dies wurde theoretisch und experimentell nachgewiesen. Durch das Zusatzfilter wird der Korrelator zu einem sehr zuverlässigen Messinstrument, indem aus der Grosse des Ausgangssignals unmittelbar die Durchmesserabweichung festgestellt werden kann, und zwar bei dem angenommenen Durchmesser von z.B. 10 um mit einer Genauigkeit

— Q _

309847/1075

von 1 %. Dies ist z.B. bei der Serieprüfung von Lagern, insbesondere Uhrensteinen, oder von Spinndüsen von grossem Vorteil.

Statt den linken Hälften der Beugungsordnungen 0., Dy, 0_ ... usw. die Transmission t = +1 zuzuordnen, könnte man die Transmission t = +1 den rechten Hälften der Beugungsordnungen 0 , 0-, CL· .... usw. zuordnen, womit ebenfalls die gewünschte Linearisierung erzielt, würde, aber mit umgekehrter Neigung der das Ausgangssignal in Funktion der Abweichung darstellenden Geraden.

Die Anzahl der Beugungsordnungen, die im Zusatzfilter 10 zu berücksichtigen sind, hängt von dem Messbereich und der geforderten Genauigkeit ab.

- 4 309847/1075

Claims (1)

1. 232A380

   Patentanspruch :

   Optischer Korrelator zum Vergleich eines Prüflings mit einem Standardobjekt, wobei mittels kohärenten Lichtes ein Beugungsbild des Prüflings auf einem holographischen Filter erzeugt wird, welches dem Standardobjekt entspricht und welches das Licht über eine Lochblende einem Lichtmessgerät zuführt, das ein elektrisches Ausgangssignal liefert, dadurch gekennzeichnet, dass dem holographischen Filter {5) ein Schwarz-Weiss-Zueatzfilter oder ein Phasenumkehr-Zusatzfilter (10) unmittelbar vor- oder nachgeschaltet ist, wobei dieses Zusatzfilter (10) jeweils in einer Hälfte der ersten, zweiten, dritten, usw. Beugungsordnung die Transmission +1 und in der anderen Hälfte dieser Beugungsordnungen die Transmission 0 oder -1 hat.

   - 5 309847/1075

   Leerseite