NO861181L - Speckle-midling. - Google Patents

Abstract

Anordning for speckle-midling, særlig for interferometriske målinger og for å forbedre TV-baserte holografiske bilder. I lysbanen er det skråstilt en glassplate (32) eller et speil som skrittvis roteres manuelt eller ved hjelp av en elektrisk motor. I lysbanen eller lysbanene kan det være anbrakt en akusto-optisk modulator som skrittvis endrer stråleretningen med endret signalfrekvens inn på modulatoren. En blender kan kontinuerlig eller skrittvis roteres av en elektrisk motor, idet nevnte blender er anbrakt foran eller etter at en lysbølge har blitt spredt diffust (dvs. danner en specklebølge).

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for speckle-midling av den art som angitt i innledningen til krav 1.

SPECKLE-MIDLING

Et speckle-mønster er et kornete mønster som kan observeres i laserlys. Mønsteret er kaotisk og skyldes interferens mellom mange ukontrollerte bidrag. De ukorrelerte bidragene er oftest et resultat av refleks fra finstrukturen til en objektoverflate. I mange måle- og avbildnings-teknikker får vi dannet et speckle-mønster, og ofte er registrering av interferens mellom speckle-bølger eller mellom en speckle-bølge og en annen bølge basis for teknikken. Det siste er tilfelle for holografisk interferometri, speckle interferometri, TV-basert holografisk interferometri (ESPI), etc.

Selv om speckle-bølgen inngår som en viktig del av disse optiske oppsettene, så er selve speckle-mønsteret å betrakte som støy i de endelige bildene. For å få forbedret billedkvalitet ønsker vi derfor til slutt å bli kvitt speckle-strukturen. Dette kan oppnåes ved hjelp av

SPECKLE-MELDING.

I litteraturen er beskrevet betingelsene for å få til speckle-meldings-effekten uten tap av båndbredde. Foreliggende oppfinnelse omhandler tekniske løsninger på hvordan speckle-midling effektivt kan oppnåes.

SPECKLE-MIDLING VED ENDRING AV OBSERVASJONSRETNING

Man innordner seg slik at bildene har helt eller delvis ukorrelerte speckle-mønstre fra ett TV-bilde til det andre ved å ta ut forskjellige utsnitt fra en større blender. Denne oppdelingen foregår ved hjelp av en motordrevet blender. Ved TV-basert holografisk interferometri filtrerer vi videosignalet elektronisk for hvert av bildene, deretter summeres bildene slik at det summerte bildet har liten eller ingen speckle-støy. Summa-sjonen kan foregå på forskjellig vis, f.eks. på en videohukommelse, på et digitalt billedlager, v.h.a. en datamaskin, ved presentasjon av bildene direkte på TV-monitoren med utnyttelse av øyets etterslepsegenskaper og menneskets egenskaper til å finne frem til nyttig informasjon, eller ved å avbilde monitorbildet på fotografisk film og summere bildene der.

SPECKLE-MIDLING VED ENDRING AV BELYSNINGSRETNING

Man innordner seg nå slik at bildene har helt eller delvis ukorrelerte speckle-mønstre fra ett TV-bilde til et annet ved at belysningsretningen inn på ett eller flere objekter endres fra ett opptak til det andre. For å endre, belysningsretningen tipper/roterer vi ved hjelp av en elektrisk motor en transmitterende glassplate som står i belysningsveien, tipper/- roterer ved hjelp av en elektrisk motor et speil som reflekterer belysningsstrålen, eller lar belysningsstrålen gå gjennom en akusto-optisk modulator som ved elektronisk kontroll endrer stråleretningen. Ved de to sistnevnte metodene fordeles belysningsstrålen til flere optiske elementer eller til et sammensatt optisk element, og ved bruk av akusto-optisk modulator må man også sikre seg at alle bølgene/strålene i oppsettet har passert denne. Fra TV-kameraet og videre foregår filtreringen, likeret-tingen og summeringen som tidligere beskrevet.

Det karakteristiske ved foreliggende oppfinnelse fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av underkravet.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til figurer, hvor:

Fig. 1 viser skjematisk speckle-midling.

Fig. 2 viser et ytterligere utførelseseksempel av speckle-midling.

Figur 1 viser en skjematisk tegning av den optiske delen av et TV-basert holografisk interferometer der et multi-apertureelement blir brukt, og der de to bølgene som interfererer begge specklefelter. Figuren viser også hvor en roterende aperture kan plasseres slik at forskjellige deler av multi-apertureelementet blir utnyttet til forskjellige tidspunkter. Til forskjellige tidspunkter står altså den roterende aperturen i forskjellige posisjoner som hver for seg definerer forskjellige obsevasjonsretninger relativt til det objektet som blir avbildet.

Rotasjon av blender, oppbygging av virkemåte.

I figur 1 blir to objekter 11 og 12 belyst med en laserlyskilde 13 via et mikroskopobjektiv 14. Objektene blir avbildet bort til et TV-kamera 15 v.h.a. en linse 16 og via tre speil 17, 18 og 19 og et multi-apertureelement 20. På grunn av den spesielle oppbyggingen til apertureelementet 20 vil lyset fra objekt 11 falle inn på TV-kameraet 15 under andre vinkler enn lyset i fra objekt 12. På denne måten vil kryssinterferensen mellom lyset fra objekt 11 og objekt 12 gi intensitetsbidrag på andre romfrekvenser enn bare objekt 11 og objekt 12 alene, og på den måten kan det første bidraget elektronisk taes ut i fra de andre bidragene ved hjelp av et båndpassfilter. Det siste er viktig når oppsettet blir benyttet til vibrasjonsanalyse.

En elektrisk motor 22 som er koblet direkte til en forskyvbar eller roterbar aperture 23, eller via lager/overføringsenheten 26, er satt inn for at forskjellige deler av multi-apertureelementet 20 skal være effektive til forskjellige tidspunkter. Enheten 26 kan bestå av lager og friksjonskobling, eller tannhjuls-, kjede- eller removerføring. Som et resultat av at aperturen 23 roterer gir de forskjellige delene av multi-apertureelementet 20 ukorrelerte speckle-mønstre, og ved å registrere v.h.a. TV-kameraet 15 helt eller delvis ukorrelerte speckle-mønstre på forskjellige TV-bilder kan vi la videosignalene til hver av bildene passere den elektronisk filter- og likeretterkretsen 24 før bildene blir summerte ved hjelp av summasjonsenheten 25 eller de blir presentert direkte på en TV-monitor inkludert i 25. Summasjonsenheten kan være et digitalt billedlager, en TV-monitor med lang etterslepstid, en langstidseksponert (>l/25 sekunder) fotografisk film, etc. De forskjellige bildene vil ha ukorrelerte speckle-mønstre dersom den forskyvbare/roterbare aperturen 23 forflytter seg sin egen bredde i løpet av eksponeringstiden (vanligvis 1/25 sekund).

Eksempler på hvordan belysningsretningen endres.

I figur 2 har vi bare tegnet inn den delen til det TV-holografiske interferometeret som må modifiseres for at belysningsretningen effektivt skal kunne endres. Resten av oppsettet er et av de kjente TV-holo grafiske oppsettene. Vi forutsetter at den elektroniske signalbehandlingen og billedaddisjonen foregår på samme måten som beskrevet tidligere.

Rotasjon av en transmitterende glassplate ved hjelp av en elektrisk motor.

Vi refererer til figur 2 der vi endrer belysningsretningen til bølgen 34 i forhold til objektet 33 ved at den transmitterende glassplaten 32 skrittvis roteres (alternativt tippes) og holdes i ro. Ideelt bør rotasjonen av glassplaten ta minst mulig tid. Den bør stå i ro i 1/25 sekund eller mer før neste rotasjonssteg finner sted. Vi kan bevege glassplaten 32 manuelt eller ved hjelp av en elektrisk motor. Dette er skjematisk antydet i figur 2 der 31 er tenkt å inneholde lageroppheng for glassplaten 32 og overføring i form av en friksjonskobling eller tannhjuls-, kjede- eller reimdrift. 31 er koblet til den elektriske motoren 30. Den optiske aksen er antydet ved hjelp av den brukne/oppdelte linjen 35. Speckle-midling oppnåes enten ved å skrittvis rotere glassplaten 32 omkring den optiske aksen eller ved å skrittvis rotere (tippe) glassplaten 32 omkring en annen akse som ikke ligger parallelt med flatenormalen til denne platen.

Den elektriske motoren 30 kan være en stepmotor, og glassplaten 32 kan være festet direkte til akslingen til motoren. Vi har ikke tegnet inn ekstra speil eller andre stasjonære optiske komponenter som kan etter behov settes inn før og etter glassplaten 32. Plasseringen av disse vil i hvert enkelt tilfelle være avhengig av hvordan de andre komponentene i interferometeret plasseres.

Rotasjon av speil ved hjelp av elektrisk motor.

Vi erstatter glassplaten med et speil som kan være montert fast til motorens aksling. Dette speilet reflekterer belysningsbølgen mot objektet, og speilnormalen danner en liten vinkel med motorens rotasjonsakse. Når motorens aksling nå skrittvis rotererer, vil vi endre belysningsretningen skrittvis. Prosedyren vil ellers være som beskrevet i forbindelsesglass-platen.

Claims (2)

1. Anordning for speckle-midling, særlig for interferometriske målinger og for å forhindre TV-baserte holografiske bilder, karakterisert ved at i lysveien er det skråttstilt en glassplate eller et speil som skrittvis roteres manuelt eller ved hjelp av en elektrisk motor, eller ved at det i lysveien/lysveiene er plassert en akusto-optisk modulator som skrittvis endrer stråleretningen med endret signalfrekvensen inn på modulatoren, eller ved at en blender, plassert foran eller etter at en lysbølge har blitt spredt diffust (dvs. danner en specklebølge), kontinuerlig eller skrittvis roteres av en elektrisk motor.

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at elektrisk motor erstattes med pneumatisk eller hydraulisk motor.