NO861180L

NO861180L - BOELGEFRONT CONVERTER.

Info

Publication number: NO861180L
Application number: NO861180A
Authority: NO
Inventors: Gudmunn Slettemoen
Original assignee: Gudmunn Slettemoen
Priority date: 1986-03-24
Filing date: 1986-03-24
Publication date: 1987-09-25
Also published as: GB8706426D0; GB2188446A

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning som kan brukes til å omforme / en optisk^/bølgefronteft' ved hjelp av et optisk avbildningselement. Dette blir gjort for å fjerne uønskede reflekser i koherente avbildningssystemer, spesielt de som baserer seg på bruk av TV-kameraer. The present invention relates to a device which can be used to transform an optical wavefront using an optical imaging element. This is done to remove unwanted reflections in coherent imaging systems, especially those based on the use of television cameras.

Når en koherent eller delvis koherent lysbølge treffer frontplaten og/eller den fotofølsomme flaten til en billeddetektor, for eksempel et TV-kamera, oppstår det indre reflekser. Disse refleksene kan i beste fall virke forstyrrende på billedkvaliteten, og i verste fall kan de ødelegge en avbildning fullstendig. Dette er tilfelle for optiske systemer som baserer seg på optisk interferens. Vi kan her nevne klassiske interferometre som Michelsons og Rayleighs interferometre, men problemet har blitt spesielt plagsomt i forbindelse med den økende bruken av speckle interferometre og holografiske systemer og interferometre. When a coherent or partially coherent light wave hits the front plate and/or the photosensitive surface of an image detector, for example a TV camera, internal reflections occur. These reflections can at best interfere with the image quality, and in the worst case they can destroy an image completely. This is the case for optical systems based on optical interference. We can mention here classic interferometers such as Michelson's and Rayleigh's interferometers, but the problem has become particularly troublesome in connection with the increasing use of speckle interferometers and holographic systems and interferometers.

For å fjerne disse refleksene kjenner vi i dag to metoder. Den første metoden baserer seg på bruk av antirefleksjonsbelegg som er pådampet en eller flere av de glassflatene som inngår. Den andre metoden baserer seg på bruk av en optisk glasskile som festes til frontplaten til TV-kameraet ved hjelp av en tyktflytende væske ("index matching liquid"). Den tyktflytende væsken har en optisk brytningsindeks som ligger nær opp til den som glasset i frontplaten har, og på denne måten kan refleksen i fra denne grenseflaten svekkes. Den refleksen som kommer i fra den andre kileflaten reflekters inn mot den fotofølsomme flaten med en annen vinkel enn den opprinnelige bølgen, og interfererer der med denne. Dersom vinkelen mellom disse bølgene er stor nok, det vil si kilevinkelen er stor nok, vil de interferensstripene som oppstår ikke kunne oppløses av TV-kameraet. På denne måten kan man også bli kvitt denne refleksen. To remove these reflections, we currently know two methods. The first method is based on the use of an anti-reflection coating that has been steamed onto one or more of the included glass surfaces. The second method is based on the use of an optical glass wedge that is attached to the front plate of the TV camera using a viscous liquid ("index matching liquid"). The viscous liquid has an optical refractive index that is close to that of the glass in the front plate, and in this way the reflection from this interface can be weakened. The reflection coming in from the second wedge surface is reflected onto the photosensitive surface at a different angle than the original wave, and there interferes with it. If the angle between these waves is large enough, i.e. the wedge angle is large enough, the interference stripes that occur will not be able to be resolved by the TV camera. In this way, you can also get rid of this reflex.

Disse metodene har en del store svakheter. Dersom den fotofølsomme flaten er separert i fra frontplaten, vil det kunne oppstå indre reflekser fra flater som er utilgjengelig fra utsiden. Dersom frontplaten har antirefleksbelegg pådampet, kan vi oppleve at refleksen likevel er for sterk, og i verste fall kan en festing av en kile føre til at refleksen i fra grenseflaten øker. Dersom den innfallende lysbølgen er divergerende eller konvergerende kan de ovenfornevnte metodene føre til at det resulterende interferensmønster dekker hele bildet med fine striper og dermed ødelegger billedkvaliteten. These methods have a number of major weaknesses. If the photosensitive surface is separated from the front plate, internal reflections may occur from surfaces that are inaccessible from the outside. If the front plate has an anti-reflective coating applied, we may find that the reflex is still too strong, and in the worst case, attaching a wedge can lead to an increase in the reflex from the interface. If the incident light wave is divergent or converging, the above-mentioned methods can cause the resulting interference pattern to cover the entire image with fine stripes and thus destroy the image quality.

Disse svakhetene kan omgåes ved hjelp av den foreliggende oppfinnelsen og er kjennetegnet ved at et optisk avbildningselement plasseres rett foran billeddetektoren, eller festes/kittes til denne. These weaknesses can be circumvented with the help of the present invention and are characterized by an optical imaging element being placed directly in front of the image detector, or attached/glued to it.

På denne måten kan vi omforme en hvilken som helst divergensgrad/- konvergensgrad i bølgen til en annen divergensgrad/konvergensgrad. I et viktig spesialtilfelle benytter vi en positiv linse med det forreste fokalplanet plassert i divergenspunktet til den innkommende lysbølgen. På den måten vil den divergerende lysbølgen omformes til en tilnærmet plan bølge. Dersom frontplaten, den fotofølsomme flaten og eventuelt andre indre reflekterende flater til billeddetektoren er planparalelle, vil refleksene i fra disse flatene også gi plane bølger. I det ideelle tilfellet vil interferensen mellom alle disse refleksene gi en interferensstripe som dekker hele det resulterende bildet. Dette vil bi en uniform intensitet som ikke virker inn på billedkvaliteten i det hele tatt. I praksis kan vi få en sakte/svak intensitetsvariasjon over bildet. I holografisk interfero-m et^ ri (ESPI, Electronic Speckle Pattern Interferometry) blir det elektroniske video-signalet ut i fra billeddetektoren/TV-kameraet høypassfiltrert slik at også disse intensitetsvariasjonene forsvinner. In this way, we can transform any degree of divergence/convergence in the wave into another degree of divergence/convergence. In an important special case, we use a positive lens with the front focal plane located at the divergence point of the incoming light wave. In this way, the diverging light wave will be transformed into an approximately plane wave. If the front plate, the photosensitive surface and possibly other internal reflective surfaces of the image detector are plane-parallel, the reflections from these surfaces will also produce plane waves. In the ideal case, the interference between all these reflections will produce an interference stripe that covers the entire resulting image. This will provide a uniform intensity that does not affect the image quality at all. In practice, we can get a slow/weak intensity variation over the image. In holographic interferometry (ESPI, Electronic Speckle Pattern Interferometry) the electronic video signal from the image detector/TV camera is high-pass filtered so that these intensity variations also disappear.

Foreliggende oppfinnelse skal beskrives nærmere ved hjelp av følgende eksempel, og ved hjelp av tegningen. The present invention shall be described in more detail by means of the following example, and by means of the drawing.

Figuren viser en lysbølge (1) som divergerer i fra punktet (2). Denne lysbølgen brytes ved hjelp av et optisk element (3), som i dette tilfellet er en plan-konveks linse, slik at den brutte bølgen forlater det optiske elementet (3) i form av en plan bølge. Det vil si at det fremre fokalplanet til linsen (3) sammenfaller med punktet (2). I dette eksemplet er linsen (3) festet til billeddetektoren (4) ved frontglassplaten (5) til et TV-rør. Dette er gjort ved hjelp av en "index matching liquid" (6), men dette er ikke strengt tatt påkrevet. The figure shows a light wave (1) that diverges from the point (2). This light wave is refracted by means of an optical element (3), which in this case is a plane-convex lens, so that the refracted wave leaves the optical element (3) in the form of a plane wave. That is, the front focal plane of the lens (3) coincides with the point (2). In this example, the lens (3) is attached to the image detector (4) at the front glass plate (5) of a TV tube. This is done using an "index matching liquid" (6), but this is not strictly required.

Den plane bølgen som forlater linsen (3) vil passere flatene (7, 8, 9 og 10), og vil gi opphav til flere indre reflekser. Flaten (10) er i dette utførelseseksemplet separert i fra frontplatens flate (9) og er den fotofølsomme flaten til TV-kameraets rør (4). Disse indre refleksene vil kunne reflekteres for annen gang i fra de flatene som ligger foran, og på denne måten gi opphav til bølgekomponenter som forplanter seg i samme retning og interfererer med den opprinnelige (direkte) bølgen. De indre refleksene i fra flatene (7, 8, 9 og 10) vil nå være plane og parallelle bølgekomponenter dersom de reflekterende flatene er plan-parallelle. Dagens produksjonsmetoder for f.eks. TV-kamerarør og CCD-kamera ("Charge Coupled Devices") etc. sikrer at de forskjellige flatene er meget plane og parallelle. The plane wave leaving the lens (3) will pass the surfaces (7, 8, 9 and 10), and will give rise to several internal reflections. In this embodiment, the surface (10) is separated from the front plate's surface (9) and is the photosensitive surface of the TV camera's tube (4). These internal reflections can be reflected a second time from the surfaces in front, and in this way give rise to wave components that propagate in the same direction and interfere with the original (direct) wave. The internal reflections from the surfaces (7, 8, 9 and 10) will now be plane and parallel wave components if the reflecting surfaces are plane-parallel. Today's production methods for e.g. TV camera tubes and CCD cameras ("Charge Coupled Devices") etc. ensure that the various surfaces are very flat and parallel.

Den eneste flaten som ikke gir opphav til en planbølge er frontflaten (11) til linsen (3). Men denne flaten har vi full tilgang til og kontroll The only surface that does not give rise to a plane wave is the front surface (11) of the lens (3). But we have full access to and control over this area

over, og vi kan utstyre den med høykvalitets antirefleksbelegg som gjør at denne refleksen kan reduseres til et minimum. Interferensmønsteret som oppstår, et ringmønster der stripetetthet øker med avstanden i fra senteret, vil dessuten bare dekke en lite del av bildet fordi TV-kameraet ikke oppløser de fineste ringene. Denne refleksen kan også unngåes dersom vi benytter et krumt speil som optisk element (3) i stedet for linsen. above, and we can equip it with a high-quality anti-reflective coating which means that this reflection can be reduced to a minimum. The resulting interference pattern, a ring pattern in which the stripe density increases with distance from the centre, will also only cover a small part of the image because the TV camera does not resolve the finest rings. This reflex can also be avoided if we use a curved mirror as optical element (3) instead of the lens.

I spesielle tilfeller kan det være nødvendig å ikke omforme den innkommende bølgefronten til en planbølge, men i stedet til en bølge med en annen krumning. Dette kan gjøres for å kompensere for eventuelle krumninger etc. til de flater som er en del av billeddetektoren (4). In special cases, it may be necessary not to transform the incoming wavefront into a plane wave, but instead into a wave with a different curvature. This can be done to compensate for any curvatures etc. of the surfaces that are part of the image detector (4).

) )

5 5

Claims

1. Device for transforming a coherent or partially coherent optical wavefront (1) that enters an image detector (4), characterized in that an optical imaging element (3) is placed immediately in front of the detector (4).

2. Device in accordance with claim 1, characterized in that the optical element (3) is a lens or a mirror.

3. Device in accordance with requirements 1 and 2, characterized in that the optical element (3) is coated with an anti-reflective coating.

4. Device in accordance with requirements 1 and 2, characterized in that the optical element is a mirror which is used for oblique incidence.

5. Device in accordance with requirements 1, 2 and 3, characterized in that the optical element (3) is attached or puttyed to the image detector (4) and that the puttying substance can consist of a refractive index matching liquid (6).

6. Device in accordance with claims 1, 2, 3 and 4, characterized in that the image detector (4) is a TV tube, a CCD camera ("Charge Coupled Device"), a photographic film or a thermoplastic film.