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Leningradskij istitut Tetschnej Mechaniki i Optiki Istitut @@@@@@@@@@@@@@@@,
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@rijr @@@@@@@@@@ Akademii auß SSSR Einrichtung zur kohärenten
Beleuchtung von Objekten 1<: vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische
Beleuch-Inrichtungen insbesondere auf eine Einrichtung zur kohärenten Beleuchtung
von Objekten, die in optischen werden zur Unter@@@hung nich/selbstleuchtender Objekte
im kohärenten Licht, in der Mikroskopie in Apparaten, die nach den bildtelegrafischen
Ve@@hren arbeiten, in der Holografie sowie in Projektions systemen vervendet wird.
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Der durch ein beliebiges optisches System gebildete Abbildungskonstrast
eines Objekts wird bekanntlich sowohl durch die Eigenschaften dieses optischen Systems,
zu denen seine Aberrrationseigenschaften gehören, als auch durch den Kohärenzgrad
der Beleuchtung @@@ Objekts bestimmt (cf.Introduction to Furier Optics.
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von Josef Goodman. McGraw Hill Book Co.St. Francisco, erz iorJ4 Et.
Luis, Toronto, Sidney 1968).
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Sein Kontrastvergleich eines Objekts mit dessen Bildkontrast wird
der Begriff der sogenannten Übertragungsfunktion benutzt. Im Falle einer kohärenten
Beleuchtung für optische Systeme mit einer guten Aberrationskorrektur ist die Übertragungsfunktion
für sämtliche Raumfrequenzen praktisch konstant. Infolgedessen ist im Falle einer
kohärenten Beleuchtung der Bildkrontrast analog de. Kontrast des Objekts. Bei einer
nichtkohärenten Beleuchtung ist der Wert der Übertragungsfunktion sogar bei vollständiger
Aberrations Korrrektur des optischen Systems für sämtliche Frequenzen de constant.
Dabei ist der Bildkontrast immer kleiner als
:rr Kontrast des Objekts.
Für einzelne Objektteile, die einen usserst geringen Kontrast aufweisen, verursacht
eine beliebige Kontrastverringerung den Verlust dieser Teile in der Abbildung.
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Durch Verwendung einer allseitigen kohärenten Beleuchtung sämtlicher
--n:te des Objekts lässt sich der Kontrastverlust in der Abbildung dieses Objekts
vermeiden.
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Eien Einrichtung, welche eine allseitige kohärente Beleuchtung samtlicher
Punkte eines Objekts gewährleistet, ist gegenwärtig noch nicht bekannt.
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In den zur Zeit bekannten Beleuchtungseinrichtungen, die eine kohärente
Beleuchtung erzeugen, wird entweder eine nichtkohärente Lichtquelle mit einer Punktblende
bzw. ein optischer Quantengenerator verwendet. Die Beleuchtungseinrichtungen zum
L'rzeugen einer kohärenten Beleuchtung mit Hilfe einer nichtkohärenten Lichtquelle,
müssen unbedingt eine Blende mit überaus kleinen Öffnungen enthalten, die den Kohärenzgrad
der Beleuchtung bestimmen. Dabei ist der Kohärenzgrad der Beleuchtung umsohöher,
je kleiner diese Öffnungen sind.
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im zelle einer Beleuchtungseinrichtung mit einer nicht kohärenten
Lichtquelle/Glühlampe, elektrischer Lichtbogen,Gasentladungslampe u.a./ und einer
Blende mit einer kleinen Öffnung stellt diese Blendenöffnung eine kohärente Punkt
licht quelle dar. Weren der geringen Abmessungen der Blendenöffnung wird nur ein
verschwindend geringer Teil des durch die nichtkohärente Lichtquelle ausgestrahlten
Lichtstroms verwertet, was energetisch äusserst unvorteilhaft ist.
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Beleuchtungseinrichtungen mit einem optischen Quantengenerator werden
gewöhnlich in wei Varianten ausgeführt.
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in der ersten Ausführungsvariante dient als kohärente Lichtquelle
ein optischer Quantengenerator, und ausserdem enthält die Beleuchtungseinrichtung
ein zentriertes fokussierendes optiscr.es System. Dieses optische System ermöglicht
eine Breitenänderung des Strahlenbündels des kohärenten Lichts, welches vom optischen
Quantengenerator ausgestrahlt wird, wodurch die Grösse des beleuchteten Gebiets
des betreffenden Objekts entsprechend geändert erden kann.
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In der zweiten Ausführungsvariante enthält die Einrichtung zur kohärenten
Beleuchtung von Objekten nur einen optischen Quantengenerator. Dabei wird das Objekt.
unmittelbar durch das kohärente Lichtbündel beleuchtet, welches von diesem optischen
Quantengenerator ausgestrahlt wird.
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Der Kohärenz grad der Beleuchtung, welche durch Beleuchtungseinrichtungen
erzeugt wird, die einen optischen Quantengenerator enthalten, wird durch die Eigenschaften
dieses optischen Quantengenerators selbst sowie durch seine Betriebsart bestimmt.
So ist beispielsweise im Falle eines Mehrmodenbetriebs der Kohärenzgrad geringer
als im Einmodenbetrieb.
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Eine gemeinsame Eigenschaft aller obenbeschriebenen optischen Einrichtungen
beim Erzeugen einer Beleuchtung mit maximalem Kohärenzgrad ist, dass die Beleuchtung
des Objekts praktisch dessen Beleuchtung durch eine Punktlichtquelle analog ist.
Iiit anderen Worten - das Objekt wird dann durch eine einzige Lichtquelle beleuchtet.
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Im Falle einer Beleuchtungseinrichtung, die'nur einen optischen Quantengenerator
enthält, der im Einmodenbetrieb arbeitet, stellt das von ihm ausgestrahlte kohärente
Lichtbündel ein Bündel paralleler Lichtstrahlen dar. Demnach
wird
das Objekt durch eine flache Lichtwelle beleuchtet, was dcr Seleuchtung des Objekts
durch eine unendlich weitenfernte punktförmige Lichtquelle entspricht. Beim Einführen
eines Fokussierenden optischen Systems in die-Beleuchtungseinrichtung wird die flache
Lichtwelle in eine sphärische verwandelt. Dabei wird das Objekt durch diese einzige
sphärische Welle beleuchtet, die aus dem bildseitigen Brennpunkt des fokussierenden
optischen Systems ausgeht.
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Der Kohnrenzgrad einer Beleuchtung wird letzten Endes.
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durch den Annäherungsgrad der Licht wirkung der betreffenden Beleuchtungseinrichtung
an die Lichtwirkung einer idealen Punktlichtquelle, d.h. einer Quelle bestimmt,
die nur eine einzige Lichtwelle ausnutzt. Keine von den genannten Einrichtungen
kann eine allseitige Beleuchtung jedes Punktes des Objekts gewährleisten, da eine
allseitige Beleuchtung jedes Punktes eines Objekts nur in dem Falle stattfindet,
wenn aus jedem Punkt der Austrittspupille der Beleuchtungseinrichtung ap jeden Punkt,
des Objekts eine bestimmte Lichtenergie gelangt.
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9enn die diese Energie übertragenden Lichtwellen die gleiche Lange
und eine konstante Phasendifferenz haben, so findet eihe allseitige kohärente Beleuchtung
jedes Punktes des Objekts statt; Folglich gelangt an jeden Punkt des zu beleuchtenden
Objekts eine Lichtwelle und, da ein reales Objekt eine un,-endliche Zahl von Punkten
darstellt, muss. es auch unendlich viele.solche Wellen geben. Jede solche Vielle
stellt eine Uberlagerung einer unendlichen Zahl von Lichtwellen dar, die von jedem
Punkt der Austrittspupille der Beleuchtungseinrichtung, ausgehen, welche die Lichtenergie
an jeden Punkt des Objekts
übertragen. Diese physikalische Darstellung
folgt aus dem @elmholz-Kirchhoffschen Integralsatz bei den Grenzbedingungen von
KIrchhoff und Rayleigh-Sommerfeld (c. Principles of Optics.
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@@@@@@magnetic Theory of propagation, Interference and Diffraction
o@@@@@@ by Max Born and Emil Wolf, Pergamon Press, Oxford, London, @@@@@gh, New
York, Paris, Frankfurt 1964).
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enn bei einer Punktlichtquelle aus der Beleuchtungseinrichtung eine
einzige Lichtwelle aus.
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tritt,so gelangt an jeden Punkt des Objekts die Lichtenergie nur von
einem Punkt der Wellenfront der einfallenden Lichtwelle.
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Demnach ist in diesem Falle eine allseitige Beleuchtung jedes Punktes
des Objekts unmöglich.
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Folglich muss man zur Schaffung einer allseitigen Beleuchtung eine
Lichtquelle von endlichen Abmessungen und einer bestimrrr ten Ausdehnung haben.
Die Forderung, eine allseitige Beleuchtung sastlicher Punkte eines Objekts mit kohärente
Licht zu gawahrleisten , lasst sich mit den vorhandenen kohärenten Lichtquellen
nicht verwirklichen, da sie älle entweder Punktlichtquellen, oder den Punktlichtquellen
äquivalent sind, d.h. da sie keine Ausdehnung haben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,eine Einrichtung
zur kohärentenBeleuchtung von Objekten zu schaffen, in welcher die Verwendung eines
zweiteiligen dezentrierten optischen Systems eine Ausdehnung der kohärenten Lichtquelle
gewährleistet, eine allseitige kohärente Beleuchtung jedes Punktes des/beleuchteten
Objekts sowie einen erhöhten Ausnutzungsgrad der Lichtstrahlung der kohärenten Lichtquelle
ermöglicht.
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Die restellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in der nrichtung
zur kohärenten Beleuchtung von Objekten, welche einen optischen Quantengenerator
enthält, der ein kohärentes Lichtbündel paralleler Strahlen emittiert, erfindungsgemäss
eine Vorrichtung zum Verwandeln des kohärenten Lichtbündels der parallelen Strahlen
des optischen Quantengenerators in eine unendliche Menge von Lichtbündeln paralleler
Strahlen vorlanden ist, die sich unter einem Winkel zueinander fortpflanzen, obei
diese Vorrichtung im Strahlengang des Lichtbündels vom genannten Quantengenerator
angeordnet ist.
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Es ist zweckmässig, wenn die Vorrichtung zum Verwandeln des kohärenten
Lichtbündels der parallelen Strahlen des optiscnen Quantengenerators in eine unendliche
Menge von Lichtbündeln paralleler Strahlen, die sich unter einem Winkel zueinander
fortpflanzen, in Form von mindestens zwei linsen ausgeführt wird, die einen Linsenraster
darstellen, wobei der Winkel zwischen deren optischen Achsen im Bereich von 00 bis
30° liegt.
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Vorteilhaft ist, in der Einrichtung einen Kondensor vorzusehen, der
im Strahlengang der Lichtbündel hinter der Vorrichtung zum Verwandeln des kohärenten
Lichtbündels der parallelen Strahlen des optischen Quantengenerators in eine unendliche
Menge von Lichtbündeln paralleler Strahlen, die sich unter einem Winkel zueinander
fortpflanzen, angeordnet wird.
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Es ist effektiv, wenn die Einrichtung zwei koaxiale Kegel init reflektierenden
Kegelflächen enthält, die im Strhlengang des Lichtbündels zwischen dem optischen
Quantengenerator und der Vorrichtung zum Verwandeln des kohärenten Lichtbündels
der parallelen Strahlen des optischen Quantengenerators .in eine unendliche
ic-.^e
von LLichtbündeln paralleler Strahlen, die sich unter.einem Winkel zueinander fortpflanzen,
anordnet werden.
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Zweckmässig Ist es, die Einrichtung mit einem
zu versehen, derim Strahlengang der Lichtbündel zwischen der Vorrichtunr zum Verwandeln
des kohärenten Lichtbündels der parallelen Strahlen des optischen Quantengenerators
in eine unendliche enge von Lichtbündeln paralleler Strahlen, die sich unter einem
Winkel zueinander fortpflanzen, und dem Kondensor angeordnet wird.
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Die erfindungsgemässe Einrichtung zur kohärenten Beleuchtung von
Objekten mit endlichen Abmessungen ermöglicht eine Erhöhung der Bildgüte kontrastarmer
Objekte, eine Verbesserung der fotometrischen Kennwerte der optischen Analysiersysteme,
eine Erhöhung des Beleuchtungsniveaus des Objekts ohne Aperturvergrösserung des
Beleuchters im Vergleich zu Beleuchtern, die nichtkohärente Lichtquellen benutzen.
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Die erfindungsgemässe Einrichtung kann man in beliebigen vorhandenen
odellen von Mikroskopen, bilatelegrafischen Apparaten, optischen automatischen und
halbautomatischen Ablesegeräten, optischen kohärenten Rechenmschinen sowie in allen
anderen Geräten.
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und komplexen Apparaturen benutzen,bei denen eine allseitige kohärente
Beleuchtung erforderlich ist. Dabei erreicht man eine Erhöhungder qualitativen und
metrologischen Kennwerte der vorhandenen Geräte und Apparate, ohne deren konstruktiven
Hauptparameter zu ändern.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. I die schematische
Darstellung einer Ausftihrungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung sur kohärenten
Beleuchtung von Objekten; Fig. 2 die Ansicht A des Linsenrasters der erfindungsgemäßen
Einrichtung der Fig. t; Fig, 9 eine zweite AusfUhrungsform der erfindungsgemäßen
Einrichtung zur koharenten Beleuchtung von Objekten(Quer schnitt des Linsenrasters
und der fokussierenden Linse); Fig. 4 eine dritte AusfUhrungsform der erfindungsgemäßen
Einrichtung (Querschnitt der koaxialen Kegel, des Linsenrasters und des Kardioidkondensors);
Fig. 5 die schematische Darstellung der reflektierenden Oberflächen der koaxialen
Kegel der erfindungsgemäßen Einrichtung mit einem Strahlengang in der Meridionalebene;
Fig. 6 eine vierte Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung (Querschnitt
der koaxialen Kegel, des Linsenrasters, des Köllektivs und des Kardioidkondensors);
und Fig. 7 einen Teil der in Fig. 6 dargestellten Teile, nämlich des Linsenrasters
und des
mit dem Strahlengang in der Meridionalebene in vergrößertem Maßstab.
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Die Einrichtung zur kohärenten Beleuchtung von Objekten enthält einen
optischen Quantengenerator i (Fig. 1), in dessen kohärentem Strahlenblindel 2 paralleler
Lichtstrahlen eine Vorrichtung zum Verwandeln des kohärenten LichtbUndels 2 der
parallelen Strahlen des optischen Quantengenerators 1 in eine unendliche Menge von
Licht bonden 3 paralleler Strahlen, die sich unter einem Winkel zueinander fortpflanzen,
angeordnet ist. Eine derartige Vorrichtung erzeugt eine Lichtwirkung, die der Lichtwirkung
einer ausgedehnten Quelle
Ro:«renten Licht aquivalent ist.
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Die obenrenannte Vorrichtung wird aus mindestens zwei Linsen ausgeführt,
die einen Linsenraster darstellen, wobei der Winkel zwischen ihren optischen Achsen
im Bereich von 0° bis 900 liegt. Die gegenseitige räumliche Anordnung der Linsen,
ihre Form und Anzahl kann man willkürlich wählen. In der beschriebenen Ausführungsform
der erfindungsgemässen Einrichtun. zur kohärent Beleuchtung von Objekten ist diese
Vorrichtung aus einer Gruppe gleicher dezentrierter Plankonvexlinsen 4 ausgeführt,
die dicht zueinander so angeordnet sind, das die Scheitel ihrer konvexen Brechungsflächen
in einer Ebene liegen, ihre Krümmungmittelpunkte sich zu einer Seite dieser Ebene
befinden, und der Winkel zwischen den optischen Achsen 0° beträgt. Um die Darlegung
des Inhalts zu vereinfachen, wurden49 quadratische Linsen 4 (Fig. 2) gewählt, wobei
die Scheitel ihrer konvexen Brechungsflächen in den Knotenpunkten eines Zleichseitigen
gleichförmigen Orthogonalgitters liegen.
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Als optischer Quantengenerator wurde ein kontinuierlicher Helium-Neon-Gaslaser
verwendet.
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Zum Erzeugen einer kohärenten allseitigen Beleuchtung jedes Punktes
des Objekts 5 (Fig. 3) wird in der Einrichtung ein Kondensor verwendet, welcher
hinter dem aus den Linsen 4 bestehenden Raster in Strahlengang der Lichtbündel 3
angeordnet ist. In der beschriebenen Ausführungsform wird als Kondensor eine fokussierende
Linse 6 verwendet.
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In Fig. 4 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung
zur kohärenten Beleuchtung von Objekten dargestellt, bei der als Kondensor ein Kardioidkondensor
7 mit
einer ringförmigen Eintrittspupille verwendet wird. Darum
sind zur einer vollständigeren Verwertung der durch den optischen Quantengenerator
1 ausgestrahlten Lichtenergie in der Einrichtung zwischen dem Quantengenerator 1
und dem Linsenraster il:. Strahlenrang des Lichtbündels 2 zwei koaxiale Kegel 8
und 9 ist reflektierenden Kegelflächen 10, 11 (Fig. 5) angeordnet.
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Im halle einer ringförmigen Eintrittspupille ist es zvzeckmässig,
die Vorrichtung zum Verwandeln des kohärenten Lichtbündels aus parallelen Strahlen
des optischen Quantengenerators in eine unendliche Menge von Lichtbündeln paralleler
Strahlen, die sich unter einem Winkel zueinander fortpflanzen, analog der obenbeschriebenen,
jedoch mit einer Öffnung 12 (Fig. 4) auszufahren, deren Durchmesser durch den Innendurchmesser
des in diese Öffnung einfallenden hohlen Lichtbündels bastimmt wird.
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Der Quantengenerator 1, die Kegel 8 und 9, die Öffnung 12 sowie der
Kardioidkondensor 7 stellen ein zentriertes optisches System dar.
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Darait die ringförmige Eintrittspupille des Kardioidkondensors 7
durch sämtliche Lichtbündel 3 aus parallelen Strahlen vollständig ausgefüllt wird,
ohne dass ein Teil dieser Strahlen durch die ringförmige Eintrittspupille abgeschnitten
wird, ist in der Einrichtung zwischen dem Linsenraster und dem Kardioidkondensor
7 im Strahlengang der Lichtbündel 3 ein
ordnet, der als Plankonvexlinse 13 (Fig. 6), ausgeführt ist, deren konvexe Oberfläche
eine toroidale Form hat, Die Form des Kollektivs wird entsprechend der ringförmigen
Eintrittspupille des Kardioidkondensors 7 und dem in Fig. 7 dargestellten Strahlengang
hinter dem Linsenraster gewählt.
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Die erfindungsgemässe Einrichtung zur kohärenten Beleuchtung
von
Objekten arbeitet folgendermaßen: Das kohärente Lichtbündel 2 (Fig. 1) aus parallelen
Strahlen, welches durch den optischen Quantenrenerator 1 ausgestrahlt wird, fallt
auf den aus einer Linsengruppe 4 bestehenden Raster. Die Wirkung des Linsenrasters
wird durch eine komplexe Funktion T (x, y) ausgedrückt:
wo: D(x,y) die Pupillenfunktion des Linsenrasters bezeichnet.
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in allen übrigen Punkten worin X und Y - die Linsenrasterteilung
entsprechend der Achsen ox und oy (s. Fig. 2); Tp(x, y) - die komplexe Funktion,
welche die Wirkung einer einzelnen Linse 4 des Linsenrasters beschreibt.
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und
- die Wellenzahl, die Wellenlänge der monochromatischen Strahlung des optischen
Quantengenerators 1, die - die Brennweite einer einzelnen Linse 4 des Linsen rasters
bezeichnen.
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Bekanntlich hängt die Amplitudenverteilungsfunktion g0(x, y)
er
einfallenden Strahlung des Lichtbündels 2 (Fig. 1) mit der Amplitudenverteilungsfunktion
gf(xf, yf) der Strahlung hinter dem Linsenraster über die Fourier-Transformation
in der Fresnel-Diffraktions@@@rung zusammen. Mit einer Genauigkeit bis zum konstantes
@asenfaktor kann man schreiben:
worin xf, yf - die kartesischen Koordinaten in der Koordinatenebene xfofyf - die
mit der hinteren Fokalebene des Linsenrasters zusammenfällt; fx,fy - die Raumfrequenzen
entsprechend längs der ox- und oy- Achsen in der Koordinatenebene xoy, die mit der
ersten Cberfläche des Linsenrästers in Strahlengang des Lichtbündels 2 zusammenfällt;
Die Applikatenachsen sämtlicher Koordinatensysteme fallen miteinander zusammen und
sind gleichsinnig gerichtet.
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Die Gleichung einer flachen Welle B (x,y,z) mit den Richtungskosi@
α, ß und γ sieht bekanntlich, wie folgt aus:
Folglich kann man in der ebene z=o die Exponentialfunktion
als eine flache Welle mit den Richtungskosini
betrachten.
@ven ausgehend, kann man die Veränderlichen ersetzen.
Dann ergibt sich:
Die Funktion gf( , -) kann'man in diesem Falle als @inkelspektrum einer durch eine
Pupille begrenzten eihfallenden Strahlung bezeichnen (cf. Introduction to Furier
Optics bz Josef W.G@@dman, Graw Nill Book Co. St. Francisco, New York, St.Luis,
Toronto, Sidney 1968).
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Dieses Winkelspektrum ist im Frequenzraum durch die folgen-
| den Grenzfrequenzen beschränkt. X V |
| g ,,,xd ° M°: X° -2f ' |
Aus der Formel für
folgt, dass hinter dem Durchgang einer einzigen flachen Welle durch den Linsenraster
sich weiter unendlich viele energietragende flache ellen fortr pflanzen, deren Fortpflanzungsrichtung
im Raurn durch die Richtungskosini oC und ß bestimmt wird. Die Werte der Richtungskosini
sind durch die rrössen und begrenzt. Das bedeutet soviel, dass es unendlich viele
Lichtbündel paralleler Strahlen gibt, die einen Raumwinkel ausfüllen, dessen Grenzen
in einem rechtwinkligen Koordinatensystem die Winkel
in einer Richtung. und
in der anderen Richtung darstellen.
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Nun leuchtet es.ein, dass die Licht-irkung einer Einrichtun-, welche
einen optischen Quantengenerator 1 (Fig, 1 ), der ein Lichtbündel 2 paralleler Strahlen
emittiert, sowie einen Linsenraster enthält, der Lichtwirkung einer unendlich weit
entfernten ausgedehnten Lichtquelle entspricht. Da die erhaltene Üenge -'cr -ichtwellen
aus einer einzigen Welle gebildet wurde, ist die zeitliche Phasendifferenz eine
konstante Grösse.
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Auf diese Weise wird in der erfindungsgamässen Einrichtung ein äquivalent
einer ausgedehnten kohärenten Lichtquelle geschaffen.
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Die erfindungsgemässe Einrichtung zur kohärenten Beleuchtung; von
Objekten, die einen optischen Quantengenerator 1 (Fig. 1), einen Linsenraster, eine
fokussierende Linse 6 und einen Kondensor enthält, arbeitet analog der obenbeschriebenen
Konstruktion.
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Ihr Unterschied wird dadurch bestimmt, dass die unendliche Menge
der kohärenten Lichtbündel 3 der parallelen Strahlen, die hinter sich dem Linsenraster
fortpflanzen, eine allseitige Beleuchtung jedes Punktes deines Objekts ermöglicht,
welches sich nur in einer unendlich weit entfernter Ebene befindet, während die
fokussierende Linse 6 die Abbildung dieser Ebene in ihrer hinteren Fokalebene gestaltet.
Jeder Punkt des in der hinteren Fokalebene der fokussier enden Linse 6 angeordneten
Objekts 5 wird Von einem kohärenten Licht allseitig beleuchtet.
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Die erfindungsgemässe Einrichtung zur allseitigen kohärenten Beleuchtung
von Objekten, die einen optischen Quantengenerator l . 4), einen Linsenraster, einen
Kardioidkondensor 7 und znei Koaxialkegel 8 und 9 mit reflektierenden Kegelflächen
10 bzw. 11
(Fig. 5) enthält, arbeitet analog der obenbeschriebenen
Ausfährungsform.
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Ihr Unterschied wird dadurch bestimmt, dars hierbei die ringförmige
Pupille des Kardioidkondensors 7 von sämtlichen Lichtbündeln aus parallelen Strahlen,
die sich hinter dem Linsenrast er fortpflanzen, ausgefüllt werden muss. Die Wirkung
der Koaxialkegel 8, 9 Fig 4) mit den reflektierenden Kegelflächen 10,11 (Fig. 5)
besteht darin, dass das auf den Kegel 8 (Fig. 4) einfallende dichte zylindrische
Lichtbündel 2 aus parallelen Strahlen sich nach der Reflexion am Kegel 9 in ein
hohles aus zylIndrisches Lichtbündel prallelen Strahlen verwandeln /s. Applied Ontics
( Bd. 12, N@8) Aug. 1973, W.R.£dmonds, The Reflaxicon, a New Reflective Optical
Element, and some Applications/.
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Lässtman die elementaren Rechenoperationen weg und vernachlässigt
die Reflexionsverluste, dann wird die Wirkung der reflektierenden Kegelfläche durch
die Funktion T1c (x, y) bestimmt wo mit einer Genauigkeit bis zum konstanten Phasenfaktor
die -reziehung
wobei ck und ak - konstante Grössen sind, die die geometrischen Kennwerte der Kegelfläche
bestimmen.
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Es möge wiederum g0(x, y) die Amplitudenverteilungsfunktion des Feldes
der einfallenden Strahlung darstellen, welche durch den optischen Quantengenerator
1 in einer zur Achse des Kegels 8 senkrechten Ebene xoy, die durch die Kegel spitze
verläuft, emittiert wird. Offensichtlich wird dann die Amplitudenverstellung des
Strahlungsfeldes nach zweifacher Reflexion von den
Kegelflächen
LO, 11 (Fig. 5) der Segel 8, 9 (Fig. 4) in der zu hrer gemeinsamen Achse senkrechten
Ebene mit einer Genauigkeit bis zum konstanten Phasenfaktor durch die folgende Funktion
beschrieben:
worin Dk(x1,y1) die Pupillenfunktion des Systems der beiden koaxialen Kegel 8 und
9 ist.
| 6,,0in allen übrigen Punkten |
Dt, D2 - der innere und äussere Durchmesser der Pupille des Kegels 9,
Das sind die Funktionen, welche die Wirkung der Reflexionsflächen 10, L1 (Fig. 5)
der Kegel 8 bzw. 9 (Fig. 4) kennzeic@ nen.
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Im Falle kreisförmiger Kegel ist:
daraus ergibt sich
Folglich ist:
Des bedeutet, dass auf den Linsenraster eine Strahlung einfällt, deren Feld die
gleiche Amplitudenverteilung hat, wie ohne Einsatz der Kegel 8, 9o Darum ist die
Wirkung eines Linsenrasters, wenn auf ihn ein hohles Lichtbündel einfällt, analog
der Wirkung des Lichtbündelst
2.
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Die Einrichtung zur allseitige kohärente Beleuchtung von Objekten,
die einen optischen Quantengenerator 1 (Fig. 6), einen Linsenraster, einen Kardioidkondensator
7, zwei Koaxialkegel 8 und 9 mit reflektierenden Kegeloberflächen 10, 11 (Fig. 5),
und eine Plankonvexlinse 13 (Fig. 6) mit einer toroidalen Konvexoberfläche, welche
ein Kollektiv ist enthält, arbeitet analog den obenbeschriebenen Einrichtungen.
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Ihr Unterschied wird dadurch bestimmt, dass zur vollstandigen Ausfüllung
der Eintrittspupille des Kardioidkondensors 7 durch samtliche Lichtbündel 3aus parallelen
Strahlen, ohne sie abzuschneiden, eine Übereinstimmung der Aperturen'des Linsenrasters
und des Kardioidkondensors 7 herbeigeführt werden muss.
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Die hintere Fokalebene des Linsenrasters fällt mit der vorderen Hauptebene
des
zusammen, deren hintere Fokalebene mit der Eintrittspupille des Kardioidkondensors
zusammenfällt. In Fig. 7 ist der Strahlengang durch den Linsenraster und die Bildfeldlinse
bei gänzlicher Ausfüllung der ringförmigen Eintrittspupille des Kardioidkondensors
7 gezeigt.
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Die erfindungsgemässe Einrichtung zur kohärenten Beleuchtung von
Objekten ermöglicht die Gewährleistung einer allseitigen kohärenten Beleuchtung
aller Punkte des zu untersuchender Cbj ekts.
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Die Vjerwendung einer derartigen Einrichtung in optischen Geräten,
die das Bild eines Objekts gestalten, bietet die Möglicit, eine hochwertige Abbildung
ohne Kontrastverluse zu erhalten, weshalb man nicht nur mit Rontrastreichen, sondern
auch mit äusserst kontrastarmen Objekten arbeiten kann.
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In einem Versachsmaster der Einrichtung wurde ein Kontrastvert von
0,5, des Objektbildes erhalten, dessen Kontrast bei nichtkohärenter Beleuchtung
nur 0,2 betrug.
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Die @ erfindungsgemässe Einrichtung läaot sich sowohl als selbständige
Baueihneit, mit welcher man viele optische Geräte, z.B. Mikroskope, bildtelegrafische
Apparate, holografische Anlagen, Projektionsapparate vervollständigen kann, als
auch in Garnituren neuentwickelter Apparate einführen sowie in bereits im getrieb
befindlichen Geräten weitgehend verwenden.
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L e e r s e i t e