SE456607B - Elektrooptisk metanordning - Google Patents

Description

456 607 ning i förhållande till referensretikeln.

Med utgångspunkt från dessa enkla grundsärdrag har de fotogrammetriska instrumenten förbättrats vad gäller mätnog- grannheten genom införandet av ledarskruvar eller andra nog- granna förskjutningsmekanismer samt elektromekaniska mätan- ordningar såsom vinkelkodare. Sådana särdrag föreslås°exempel- vis i den amerikanska patentskriften 3.166.555. Svårigheterna att uppnå erforderlig noggrannhet kvarstår emellertid på grund av de mekaniska toleranserna mellan fotografiet och det slut- liga mätelementet.

Då varje länk eller förbindelse i en sådan mekanisk följd utgör en mätfelkälla, har man försökt att närmare för- binda förskjutningsmätningsorganen med själva fotografiet för eliminering av i tillgängliga anordningar inneboende felkällor.

I detta syfte erbjuder sådana arrangemang som föreslås i den amerikanska patentskriften 3.330.964 elektrooptiska koordinat- mätningsskalor, som är inbyggda i ett enkelstegstöd, medelst vilket kombinationen av fotografiet och skalorna kan förskju- tas såsom en enhet i förhållande till den stationära kombina- tionen av optiska betraktningselement och skalavläsningsav- kännare. Även om detta innebär en avsevärd förbättring, upp- visar anordningen alltför stor förskjutning mellan betrakt- ningssynlinjen och mätelementen, vilket nödvändiggöres av kravet på en icke blockerad ljusväg över det fotografiska dia- positivets hela yta. Den härigenom uppkomna, förlängda moment- armen mellan fotoreferenspunkt och mätorgan leder till tor- sionsförskjutningsfel, som icke kan tolereras vid noggrann fotogrammetri. Anordningen har även den nackdelen, att den kräver en arbetsyta av tillräckligt stor area för att rymma skalelementen liksom fotografiet ifråga.

Vissa förbättringar vad gäller mätnoggrannhet och ut- rustningens reduktion i storlek har erhållits med sådana an- ordningar som beskrives i den amerikanska patentskriften 3.729.830, enligt vilken fotografiet och ett tvåaxligt skal- nät anordnas i huvudsak i linje med betraktningssynlinjen. Det f bestående kravet på frihet från hinder i betraktningsvägen medför emellertid separation av skalor och fotografi. Detta 456 607 begränsar i sin tur användbarheten av ett sådant arrangemang till följd av behovet av att vidmakthålla kritisk parallelli- tet mellan den fotografiska plåten och skalnätet över till- räckliga avstånd för rymmande av de optiska betraktningselemen- ten i det mellanliggande utrymmet och för âstadkommande av en ofelbar mekanisk anordning för koppling av fotografiets förskjutning till skalavkännarnas förskjutning.

Vid ett försök att optimera dessa anordningar med av- seende på såväl storlek som stabilitet har man beaktat möjlig- heten att inkorporera det tvåaxliga skalnätet i diapositivets stödplatta och att fysiskt förbinda förskjutningsbara optiska betraktningselement med mätningsanordningens avkännare. På detta sätt behöver anordningen icke vara mer omfattande än fotografiet, eftersom de optiska elementen skulle kunna för- flyttas till varje detalj, som skall granskas. Vidare skulle förskjutningsavkännarna befinna sig nära intill synlinjen, varigenom.de menliga mekaniska förskjutningarna hos tidigare kända anordningar väsentligen elimineras. iEtt väsentligt hinder för användbarheten av ett så- dant arrangemang har emellertid kvarstått, nämligen förekoms- ten av skalnätet i det bildbärande ljusets väg, som följd av placeringen av kopplingen mellan avkännare och optiska ele- ment nära den fotografiet understödjande plattans nätyta. Det problem, som detta skapar, är en följd av att varje tidigare tillgängligt skalnätarrangemang, oavsett om detta är av ampli- tud- eller fasnättyp, medför anordnandet av ett brytande ele- ment i betraktningssynlinjen, vilket avsevärt försämrar bil- den av de granskade fotografiska detaljerna. Förutom diffrak- tion förorsakar dessa nät ofta en dämpning av bildstrâlen, vilket gör anordningen föga praktiskt användbar.

Föreliggande uppfinning mildrar detta problem genom ett nätarrangemang av fasnättyp, som ger en elektrooptiskt känslig skala men som ändå inte förorsakar någon skadlig diffraktion av det transmitterade synliga ljuset. I motsats till amplitudnätet enligt den amerikanska patentskriften 3.768.911 eller fasnätet enligt den amerikanska patentskrif- ten 3.482.107 ger nätet enligt föreliggande uppfinning inga 456 607 skillnader i optisk tjocklek med avseende på vinkelrätt in- fallande, genomgående ljus, varigenom alstrandet av diffrak- tion hos detta bildbärande ljus sålunda undvikes. Å andra si- dan är en avkänningsanordnings infallande ljus, såsom visas i ovannämnda amerikanska patentskrift 3.768.911, i tillräcklig mån underkastad diffraktion vid reflektion för alstrande av det fransmönster, som utgör basen för denna noggranna elektro- optiska mätanordning.

Enligt föreliggande uppfinning är ett genomskinligt fotografistöd försett med ett gittermönster, som innefattar alternerande band eller linjer av sammansatta skikt av åtmin- stone tvâ material av olika refraktionsindex. De båda valda materialen avsättes på stödplattans ena sida i huvudsakligen lika optiska tjocklekar av Å/4, varvid avsättningsföljden för varje material omkastas i de alternerande bandskikten. På detta sätt göres de sammansatta bandskiktens optiska tjockle- kar i huvudsak lika, och en likformig fysisk tjocklek vid- makthâlles över hela gitterytan.

Detta gitterarrangemang medför icke någon avsevärd diffraktion för det genomgående ljuset. Ett på plattan monte- rat fotografi kan därför betraktas genom gittret utan förlust av bilddetaljer. Trots gitterplattans allmänna genomskinlighet är emellertid ett individuellt skikts yta, särskilt ytan hos ett material av högre index, i tillräcklig mån reflekterande för infallande ljus för att ge en returstrâle, som kan avkän- nas av en fotoelektrisk detektor.

Den angivna avsättningssekvensen för skiktmaterialen medför, att de reflekterande skiktytorna hamnar vid nivåer, som skiljer sig från varandra med ett belopp av Å/4 i de båda uppsättningarna av alternerande band, varigenom en fasförskjut- ning av Å/2 erhålles mellan delar av detektorljus, som re- flekteras frän respektive band, vilket leder till interferens mellan de fasförskjutna strålavsnitt, som ger upphov till det typiska moirefransmönstret.

Det på den fotografiet understödjande plattan sålunda avsatta fasgittret kan utnyttjas i kombination med ett re- tikelgitterelement för åstadkommande av en förskjutningsmät- ningsanordning enligt den amerikanska patentskriften 3.768.911. 456 607 Vid en sådan tillämpning är anordningens retikel, ljuskälla och detektorelement nära förbundna med de optiska elementen för betraktning av fotografiet vid en fotogrammetrisk kompara- tor eller kompilator och är anordnad att förflyttas tillsammans därmed intill stödplattans gitter. Fördelen med att i huvudsak eliminera en förskjutning mellan betraktnings- och mätelementen uppnås därigenom, men det fotografiet understödjande gittret, som med avseende på genomgående ljus icke har några diffrak- tion åstadkommande element, försämrar icke den fotografiska bild, som betraktas genom stödet och gittret.

Då anordningen begagnas tillâtes ljus från den lik- formigt strålande eller åt alla håll riktade källan att pas- sera genom det primära amplitudgitterretikelmönstret och träffar stödets fasgitter, där det underkastas diffraktion vid reflektion med den angivna fasförskjutningen och bildandet av fransar i det reflekterade ljuset, som därefter passerar genom återstoden av retikelgittermönstret till de fotoelek- triska detektorerna. Relativ förflyttning mellan retikel- gittermönstret och fotografistödets gittermönster medför för- skjutning av fransmönstret vid retikeln, vilket medför inten- sitetsvariation för det ljus, som passerar till detektorerna.

En vakuumavsättningsprocess enligt ovan begagnas för att konstruera fasgittret enligt uppfinningen. Det par av dielektriska tunnfilmsmaterial som begagnas för bildandet av det funktionella, sammansatta gitterskiktet, väljes från sådana föreningar av högre brytningsindex (2,2 - 2,7) som ceriumoxid, titaniumdioxid, toriumdioxid, zinksulfid och zirkoniumdioxid och sådana material av lägre brytningsindex (1,3 - 1,5) som magnesiumfluorid, kalciumfluorid, kryolit, litiumfluorid och kiseldioxid och avsättes till respektive tjocklek av' Å/4 vid ungefär 850 nm, vilket är den effektiva arbetsvåglängden för den glödljuskälla, som begagnas vid en föredragen mätanordning. Eftersom filmmaterialet av det högre brytningsindexet tydligen har den större effekten på det sammansatta gitterskiktets reflektionsfasförskjutning, är det särskilt önskvärt, att filmmaterialets av lägre brytnings- index Å/4-tjocklek vidmakthålles för tillförsäkrande av 456 607 en optimal Å/2-fasförskjutning i den reflekterade strâlen.

Vidmakthâllandet av likhet, inom åtminstone 15%, i de lika filmmaterialens respektive tjocklekar i gittrets hela samman- satta skikt är även önskvärt för tillförsäkrande av en endast obetydlig grad av transmissionsdiffraktion hos fotobelysningen.

Ett effektivt, genomskinligt fasgitter för begagnande i en fotogrammetrisk komparator eller kompilator kan erhållas med ett sammansatt skikt, där de dielektriska materialen är avsatta med linjebredder av ca. 20 um, som vartdera ger en gitterperiod av ungefär 40 pm. Användandet av ett retikel- mönster av liknande periodicitet i den ovan angivna, känslig- heten fördubblande reflekterande anordningen ger lätt en mät- precision av ungefär 1 um med tillgänglig detektor- och upp- lösarelektronik. Fasgittret enligt uppfinningen ger den ytter- ligare fördelen, att dess höga grad av genomskinlighet till- låter avsättning av ett par ortogonala gittermönster på den fotografiet understödjande plattan för åstadkommande av ett tvâaxligt mätgaller utan avsevärd dämpning av belysningen för betraktandet av fotografiet. Med ett sådant tvâaxligt galler erbjuder ett andra pick-up-huvud innefattande en ljus- källa, retikel och detektorer och förbundet med den förskjut- bara betraktningsoptiken organ för direkt bestämning av koordinaterna för varje detalj i det under granskning varande fotografiet.

Uppfinningen förklaras närmare i det följande med hänvisning till bifogade ritningar.

Fig. 1 är en schematisk snittvy, som visar elementen hos en mätanordning enligt uppfinningen, fig. 2 visar ett snitt i planet 2-2 i fig. 3 genom en del av den fotografiet understödjande plattan enligt fig. 1, varvid uppbyggnaden av det sammansatta fasgitterskik- tet enligt uppfinningen visas, fig. 3 är en planvy av en del av fasgitterskiktet, och fig. 4 visar en serie snitt genom en ett_fotografi understödjande platta, som belyser de processteg, som tilläm- pas vid framställningen av ett föredraget fasgitterarrange~ 456 607 mang enligt uppfinningen.

En föredragen utföringsform av en mätanordning med ett genomskinligt fasgitter enligt uppfinningen visas schema- tiskt i fig. 1. Anordningen innefattar ett fotografistöd med en genomskinlig glasplatta 22, vilken bär fasgitterskiktet 24, som beskrives utförligare nedan. Ett diapositiv, i typfallet en flygbild av ett terrängavsnitt och innefattande en glasplat- ta 23 samt ett framkallat fotografiskt emulsionsskikt 25 bäres på plattan 22 under granskningen.

För betraktning avsedda optiska element 10 visas placerade nära intill stödplattan 22 och anordnade att för- flyttas längs en koordinataxel såsom anges av dubbelpilen i en riktning i huvudsak vinkelrätt mot gittermönstrets 24 lin- jer. Vid den visade utföringsformen innefattar gitterskalan ortogonala linjer, fig. 3, och den optiska betraktningsanord- ningen 10 är likaledes anordnad att förflyttas längs den orto- gonala koordinataxeln i en riktning vinkelrätt mot planet i fig. 1. Pâ detta sätt kan båda de kartesianska koordinaterna för terrängdetaljerna bestämmas.

Den förskjutbara, optiska betraktningsanordningen en- ligt uppfinningen visas i fig. 1 helt enkelt såsom en kropp 16, i vilken bäres ett kollimerande linssystem 12 och en re- flekterande prismyta 14. Avbildningsbelysning från en ljus- källa, icke visad, faller på ett fotografi 25 i strâlen 27 och får därefter passera genom stödplattan 22 och gitter- mönstret 24 för kollimering medelst linsen 12 och reflektion från ytan 14 längs strålen 29 till ytterligare avbildande optiska element, icke visade, vilka för bilden av fotot till komparatorns eller kompilatorns okular.

Ett förskjutningsdetektorhuvud 11 är nära förbundet med den optiska betraktningsanordningen 10 och innefattar en ljuskälla 13 och en retikelplatta 17, vid vilken en foto- elektrisk avkännare 15 är fäst. Enligt den ovan beskrivna och mer i detalj i den amerikanska patentskriften 3.768.911 dis- kuterade mätanordningen passerar den diffusa belysningen från källan 13 genom retikelplattans 17 amplitudgíttermönster 19 för att reflekteras frän stödplattans 22 fasgitterskikt 24 och åter passera genom plattans 17 komplementära amplitud- 456 607 gittermönster för att träffa avkännaren 15 med varierande in- tensitet i enlighet med förskjutningen av betraktningsanord- ningen 10 och detektorhuvudet 11 i förhållande till fasgitter- mönstret 24. Retikelgittermönstret 19 är i huvudsak parallellt med fasgittermönstrets 24 ena koordinataxels avsatta linjer. Även om detta icke visas bäres ett andra detektorhuvud iden- tiskt likt detektorhuvudet 11 av den optiska betraktningsan- ordningen 10, varvid retikelmönstret sträcker sig i den orto- gonala riktningen, så att det är parallellt med denna ytter- ligare axel hos fasgittermönstret.

Uppbyggnaden av ifrågavarande utföringsforms genom- skinliga fasgitterskikt 24 visas i detalj i fig. 2 och inne- fattar multipla, interfolierade, tunna filmer av dielektriska material, som anbragts på stödplattan 22. Vid denna utförings- form utgöres dessa filmmaterial av ceriumoxid 26 och magne- siumfluorid 28. Vart och ett av dessa material anbringas på stödplattan medelst en konventionell vakuumavsättningsteknik enligt en procedur, som beskrives utförligare nedan. Varje filmavsnitt avsättes till en tjocklek av ungefär Å/4, mätt vid detektorhuvudljuskällans 13 genomsnittliga effektiva våg- längd, exempelvis 850 nm för den visade utföringsformens glöd- ljuskälla. Såsom framgår av fig. 3 består det valda mönstret av avsatta material vid plattans 22 yta av två uppsättningar varandra ortogonalt skärande linjer av magnesiumfluorid 28, som i varje koordinatriktning alternerar med på liknande sätt dimensionerade, isolerade fyrkanter av ceriumoxid 26.

Då anordningen användes får ljus från detektorhuvu- dets 11 ljuskälla 13 passera genom gittermönstret 19, vilket befinner sig ungefär 3 mm från fasgittermönstrets 24 yta, samt reflekteras från den först påträffade ytan hos var och en av ceriumoxidfilmerna 26, 26' av högre brytningsindex, som respektive är belägna vid nivåer i det sammansatta skiktet 24, som skiljer sig med magnesiumfluoridfilmernas 28 Å/4-tjock- lek. De respektive delar av ljuset, som reflekteras från dessa uppsättningar ytor fasförskjutes sålunda totalt Å/2, vilket medför interferens mellan dem och bildandet av det karaktä- ristiska fransmönstret.

Detta mönster faller därefter på retikelgitter- I! 456 607 mönstrets 19 övriga avsnitt, som effektivt fungerar som slutare för fransmönstret, så att man erhåller den utpräglade intensi- tetsvariationen hos det ljus, som faller på detektoravkännaren 15. Ett liknande fransmönster alstras i det sammansatta skik- tets 24 ortogonalt anordnade gittermönster och det dubbla detektorhuvudet 11, så att man likaledes erhåller en indike- ring av den optiska betraktningsanordningens eller fotogra- fiets förskjutning längs denna axel.

Ett föredraget sätt att åstadkomma det sammansatta fasgitterskiktet enligt uppfinningen visas grafiskt i fig. 4.

I steget (a) belägges en 3 mm glasplatta 41 till en tjocklek av ungefär 1 pm med ett skikt av positivt arbetande foto- resist 42, exempelvis en naftokinondiazid, kommersiellt till- gänglig såsom "Kodak Micro Positive Resist 809". Denna be- läggning beredes på vanligt sätt såsom anges av tillverkaren och kontaktexponeras vid steget (b) under en master under ungefär 25 minuter för en 125 watts fotolampa från ett avstånd av ungefär 1,5 m samt framkallas i en kommersiell alkalisk framkallarlösning för avlägsnande av för ljus exponerade ytor hos beläggningen och åstadkommande av ett resistmönster 43, som utgör ett duplikat av mastern. Vid denna operation inne- fattar den begagnade mastern två uppsättningar ortogonalt anordnade, parallella, ogenomskinliga linjer av en bredd av ungefär 20 um.

Vid steget (c) avsättes under vakuum ett skikt aluminium 44 på vanligt sätt och vid omgivningstemperaturen till en tjocklek av ungefär 1 pm på resistmönstret 43 och stödplattans 41 exponerade ytareor. Resistmönstret avlägsnas därefter genom lösning i aceton med åtföljande avlägsnande av det överliggande aluminiummönstret, så att man i steget (d) erhåller mönstret 44 av aluminium, som motsvarar original- resistens för ljus exponerade areor.

På aluminiummönstret och den frilagda glasytan på- lägges genom vakuumavsättning ett skikt av tjockleken Å/4 (vid 850 nm) av ceriumoxid 45 och på detta skikt ett skikt av tjockleken Å/4 av magnesiumfluorid 46. Under dessa av- sättningar tillses på vanligt sätt att konstanta, förhöjda beläggningstemperaturer vidmakthålles för tillförsäkrande av 456 607 10 noggranna brytningsindices för det färdiga, sammansatta skik- tet. Efter kylning av plattan 41 och de avsatta skikten av CeO2 och MgF2, avsättes ett kromskikt 47 av en tjocklek av ungefär 1 pm under vakuum vid omgivningstemperatur (fig. 4(e)).

Den belagda plattan nedsänkes därefter i ett frätan- de bad av ungefär 10% NaOH, där det återstående avsatta aluminiet löses och avlägsnas från plattan 41 tillsammans med de skikt, som senare avsatts på plattan, så att man erhåller mönstret av sammansatta skikt av CeO2 45, MgF2 46 och Cr 47 såsom visas i steget (f). Med begagnande av den tidigare an- givna vakuumavsättningstekniken anbringas i tur och ordning skikt av tjockleken Å/4 av MgF2 48 och CeO2 49 på kromskiktet och de exponerade glasytorna, såsom visas i steget (g).

Den belagda plattan nedsänkes därefter i en krom- etsande lösning, exempelvis surt ceriumammoniaknitrat, så att krommönsterskiktet löses och detta avlägsnas tillsammans med de överliggande skikten av MgF2 och CeO2. Den erhållna belagda plattan tvättas därefter och torkas, varvid man er- häller det slutliga fotostöd, som visas i steget (h), där det sammansatta fasgitterskiktet innefattar alternerande band eller linjer av MgF2 /CeO2 46,45 och CeO2 /MgF2 49,48.

Enligt en variant av sättet enligt fig. 4 kan stegets (d) första aluminiumskiktmönster 44 erhållas genom att man först avsätter ett kontinuerligt skikt av aluminium på plat- tan 41 och därefter anbringar ett resist skikt 42 med efter- följande exponering och framkallning, âtföljt av etsning av aluminiet och avlägsnande av det kvarvarande resistmaterialet.

Aluminiummönstret kan därefter utnyttjas i de följande stegen (e) - (h) enligt fig. 4 med liknande resultat.

Såsom tidigare angivits, kan CeO2 ersättas med di- elektriska material av högre brytningsindex, medan MgF2 av lägre brytningsindex kan ersättas med dielektriska material av brytningsindices av jämförliga storlekar. Ytterligare en variant för förbättrande av signalgensvaret för mätanordningen innefattar anbringning först på plattan 41 av ett antireflek- tionsskikt, exempelvis ett skikt av tjockleken Å/4 av MgF2 (h, u 456 607 11 (vid 550 nm). Detta antireflektionsskikt isolerar det samman- satta fasgitterskiktet 24 från stödet 22 med avseende på syn- ligt ljus och reducerar effektivt transmissionsdiffraktionen liksom reflektioner från stödplattans yta, som annars kan störa och åstadkomma menliga effekter på mätfransmönstret.

Claims (2)

15. 2456 607 12 PATENTKRAV

1. l. Elektro-optisk mätanordning, innefattande en ljuskälla (13), ett flertal gittermönster (19, 24), som är belägna i ljuset från källan och som är anordnade att förflyttas i för- hållande till denna för att därigenom alstra ett interferens- fransmönster, varvid gittermönstren innefattar ett reflektions- fasgittermönster (24), som till ett andra gittermönster reflek- terar ljus. som passerat genom ett första gittermönster (l9L samt fotoelektriska organ (15), som är belägna i det ljus, som passerar genom det andra gittermönstret, och som ger en varie- rande elektrisk signal som gensvar på ljusintensítetsfluk- tuationen i fransmönstret, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda reflektionsfasgitter innefattar ett stöd (22) med plan yta och en därpå avsatt beläggning (24) innefattande alterne- rande, intill varandra varande, långsträckta, i huvudsak lika breda och optiskt lika tjocka band av tvâ filmmaterial (26, 28) av inbördes väsentligt olika brytningsindices.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda beläggning (24) innefattar första och andra skikt av alternerande, intill varandra varande, i huvudsak lika breda och optiskt lika tjocka band av nämnda två filmmaterial, varvid vart och ett av det andra skiktets material av lägre (26) och högre (49) brytningsindex är avsatt på och har samma utsträck- ning som materialen av högre (45) och lägre (48) brytningsindex hos det första skiktet, varjämte fasgittrets övre yta är i huvudsak parallell med nämnda stödyta. (L,