174977. lajstromszámú szabadalom • Mozgó tárgyak méretének elektro-optikai mérésére alkalmas eljárás és berendezés
5 174977 6 érintésmentes meghatározására szolgáló rendszer — blokkvázlatát mutatja; A 2. ábra a találmány szerinti elektro-optikai berendezés egy olyan gyakorlati kiviteli alakjának vázlata, amelyben mechanikus letapogató eszközt alkalmaznak; A 3. ábra a találmány szerinti elektrooptikai berendezés egy olyan gyakorlati kiviteli alakjának vázlata, amelyben elektronikus letapogató eszközt alkalmaznak; A 4a, 4b és 4c ábrák a vizsgált tárgy és a letapogatás kapcsolatát mutatják be a letapogató kimenetén nyert video jel segítségével; Az 5. ábra a video jelből méret-információt előállító, számítógépes adatfeldolgozó egység blokkvázlata. A találmány szerinti berendezéshez és eljáráshoz tartozó általános alapelv az, hogy egy tárgyról árnyképet előállító párhuzamosított fénysugár viselkedése durván a tolómérce párhuzamos pofáinak működéséhez hasonlítható, mivel az árnykép méretei a fénysugár mentén mérve (eltekintve a diffrakciós és divergencia hatásoktól) állandóak és függetlenek a tárgy elhelyezkedésétől. Pontosabban fogalmazva a következő alapelvek alkalmazhatók: A. egy olyan tárgy méreteit, amelyről párhuzamosított fénysugár által árnyképet állítunk elő, egyértelműen és pontosan meghatározzák az ámyképél-gradienseinek azon helyei, amelyeknek fotometriai intenzitás-szintje a zavartalanul megvilágított háttér intenzitás szintjének 25%-a. B. A B-vel jelölt élátmenet-szélesség, amely hüvelykben megadja a 10%-os és a 90%-os fényességszintek között mért távolságot, a következő képlettel számolható: B = \/X'D/2, ahol X a hátulról megvilágító párhuzamosított fénysugár hullámhossza, és a megvilágított tárgy távolságának bizonytalansága ± D hüvelyk. Ezek az alapelvek a hagyományos Fresnel-elhajlási zóna elmélet kiterjesztését jelentik arra az esetre, amikor egy egyenes élt optikai rendszerek által leképezünk. Itt hivatkozunk Jenkins és White „Fundamentals of Optics” című könyvére, amelynek 2. kiadása 1950-ben jelent meg a McGraw Hill kiadó gondozásában (Egyenes élek Fresnel-diffrakciója című fejezet, 18.10; 365-368. oldal). A találmány szerinti berendezésben alkalmazott olyan letapogató segítségével, amely a képélek 25%-os intenzitáspontjának helyét képes meghatározni, hasznosítható az A, alapelv a tárgy méretének meghatározására. Gyakorlatilag egy ilyen letapogatóval az emberi érzékszervek képességein messze túlmenő pontossággal határozhatók meg egy tárgy méretei, függetlenül a tárgy elhelyezkedésétől. Úgy tekinthető, hogy a 25%-os fényességi szint az adatfeldolgozás számára a sugárzó energia erőterét felvevő adattá, vagyis a tárgy méreteit hordozó elemmé alakítja, amely azután egy jól használható kimenő jellé alakul át. A találmány szerinti eljárásban azért jut fontos szerep az árnyképet előállító, kicsi divergenciájú fénysugárnak, mert ilyen fénysugár alkalmazásával minimálisra csökken a tárgy elhelyezésének bizonytalanságából származó képhomályosság, és ily módon növekszik a közvetlen ipari alkalmazásokban a mérés pontossága- Abból a célból, hogy világosan lássuk e javulás mértékét, tekintsük át röviden azokat a tényezőket, amelyek a hagyományos optikai rendszerekben a felbontóképességet befolyásolják. Az optikai eljárásokban (amint az a McGraw-Hill kiadó „The Principles of Optics” című Hardy és Perrintől származó kiadványának VII., „az optikai berendezések felbontóképessége” című fejezetében a 121—134. oldalakon olvasható) jól ismert, hogy egy leképező rendszer felbontóképessége fordítva arányos az apertúra átmérőjével, vagyis a felbontóképesség arányos az apertúra által átengedett fluxushoz tartozó apertúra-számértékkel. Ugyancsak ismert, hogy a leképező rendszer mélységélessége fordítva arányos az átengedett fluxushoz tartozó apertúra számértékkel. Ebből a szakember számára az következik, hogy egy diffrakció által korlátozott optikai rendszerben a kép felbontóképessége fordítva arányos a mélységélességgel. Felismertük, hogy a mélységélesség és a felbontóképesség közötti fordított arányosság nem áll fenn abban a speciális esetben, ha az árnyképet egy kis divergenciájú párhuzamosított háttérmegvilágítás állítja elő. Ebben az esetben a felbontóképesség továbbra is megközelítően fordítva arányos a megfigyelő optikai apertúra számértékével, de a mélységélesség most megközelítően fordítva arányos a beeső megvilágítás divergenciájával, legalábbis egy, a Fresnel-elhajlásból származó életlenség által meghatározott felső határig. Dy módon lehetőség nyílik arra, hogy a mélységélességet egy adott felbontóképességnél lényegesen megnöveljük. A mélységélesség és a felbontóképesség ilyen funkcionális szétválaszthatóságának oka a vizsgált tárgy környezetében fellépő térerő fluxus elhajlásának nem lineáris viselkedése. Felhívjuk a figyelmet arra, hogy a felbontóképesség és a mélységélesség kapcsolatának klasszikus vizsgálata implicit formában magában foglalja azt a feltételezést, hogy a térerő fluxusa lineáris, és a megfigyelő rendszer gyűjtő apertúrája mentén a megvilágítás eloszlása egyenletes, míg a találmány szerinti érintésmentes elektro-optikai mérési eljárás mentes ettől a feltételezéstől. Szintén megjegyzendő, hogy a kis divergenciájú megvilágítás hatására a kép l,4x életlenebb lesz, mint a megfigyelő rendszer apertúra számértékének megfelelően beállított divergenciájú, a diffrakció által korlátozott optimális felbontóképességű megvilágítás esetében lenne (lásd Born és Wolf szerzőknek A Pergamon Press által 1964-ben kiadott „Principles of Optics” című könyvében a 10.5.2.. számú, ,A kondenzor lencse hatása a mikroszkóp felbontóképességére” című fejezetét, 522-526. oldal). De a felbontóképességben beálló 40%-os romlást bőségesen kompenzálja a mélységélességnek több mint egy nagyságrenddel való javulása. Továbbá az élesség 40%-os romlása ellensúlyozható a korábban részletesen kifejtett 25%-os intenzitási pontra vonatkozó alapelvnek megfelelően programozott letapogatásban történő alkalmazásával. A tárgy megengedett mozgásának megnövekedése viszont igen sok ipari alkalmazásban fontos gyakorlati értéket jelent. A találmány szerinti eljárásban a rendszer felbontóképességét alapvetően az határolja, hogy a letapogatott árnykép éleinek fotometriai kontúrja statisztikusan fluktuál. Ennek a fluktiációnak az oka az exponálási zaj, amely a megfigyelés alatt álló pillanatnyi 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
