Устройство для измерения коэффициента зеркального отражения

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента зеркального отражения оптических поверхностей абсолютным методом без использования эталона сравнения. Целью изобретения является повышение быстродействия измерений. Для этого в устройство для измерения коэффициента зеркального отражения, содержащее источник излучения, оптический канал, содержащий последовательно расположенные по ходу излучения диафрагму, оптическую систему, поворотный зеркальный отражатель, выполненный с возможностью переключения между двумя крайними положениями, фокусирующую линзу и фотоприемник, введен дополнительный оптический канал, содержащий последовательно расположенные по ходу излучения дополнительную диафрагму, оптическую систему, общую для обоих каналов, неподвижный зеркальный отражатель, отражающая поверхность которого расположена в одной плоскости с отражающей поверхностью поворотного зеркального отражателя в одном из его крайних положений, дополнительную фокусирующую линзу, дополнительный фотоприемник и делитель электрических сигналов, подключенный к выходам фотоприемников, причем один из фотоприемников выполнен с возможностью регулировки коэффициента передачи. Устройство позволяет повысить быстродействие измерений за счет одновременного измерения сигналов, пропорциональных падающему на образец и отраженному от образца излучения. При этом исключается погрешность, обусловленная нестабильностью источника излучения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5р 4 G 01 N 21/55

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4192214/24-25 (22) 11.02.87 (46) 15.08.89. Бюл. N 30 (72) С.А.Воробьев, А.А.Груздев, С.В.Печенкин и M.Ä.Ñòåðèí (53) 535.242(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 411356, кл. G 01 N 21/55, 1971.

Авторское свидетельство СССР Р 723390, кл. G 01 J 1/04, 1978.

" (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЗЕРКАЛЬНОГО ОТРАЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента зеркального отражения оптических поверхностей абсолютным методом без использования эталона сравнения. Целью изобретения является повышение быстродействия измерений. Для этого в устройство для измерения коэффициента зеркального отражения, содержащее источник излучения, оптический канал, содержащий последовательно расположенные по ходу излучения диафрагму, оптическую систему, поворотный зеркальный отражатель, выполИзобретение относится к измерительной технике, а точнее к фотометрическим устройствам, и может быть использовано для измерения коэффициента отражения зеркальных поверхностей абсолютным методом без использования эталона, сравнения.

Целью изобретения является повышение быстродействия измерений.

„.Я0„„150092О А 1 ненный с воэможностью переключения между двумя крайними положениями, фокусирующую линзу и фотоприемник, введен дополнительный оптический канал, содержащий последовательно расположенные по ходу излучения дополнительную диафрагму, оптическую систему, общую для обоих каналов, неподвижный зеркальный отражатель, отражающая поверхность которого расположена в одной плоскости с отражающей поверхностью поворотного зеркального отражателя в одном из его крайних положений, дополнительную фокусирующую линзу, дополнительный фотоприемник и делитель электрических сигналов, подключенный к выходам фотоприемников, причем один из фотоприемников выполнен с воэможностью регулировки коэффициента передачи. Устройство позволяет повысить быстродействие измерений за счет одновременного измерения сигналов, пропорциональных падающему на образец и отраженному.от образца излучению. При этом исключается погрешность, обусловленная нестабильностью источника излучения. 1 ил.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из источника 1, основной и дополнительной диафрагм 2 и 3, оптической системы 4, поворотного и неподвижного зеркальных отражателей 5 и 6, основной и дополнительной фокусирующих линз 7 и 8, ос" новного и дополнительного фотоэлек3 — 15009 трических приемников 9 и 10, устройства 11 деления. Измеряемый образец обозначен на чертеже позицией 12.

Угол падения осевого луча в пучке на образец 12 обозначен i, Отрезок

АС лежит в плоскости падения осевого луча на образец и заключен между точкой падения осевого луча на зеркальный отражатель 5 в его. начальном — А положении и точкой пересечения плос- кости отражателя 5 с нормалью к поверхности образца 12. Отрезок АС аналогичен для переключенного — А положения отражателя 5. Угол поворота отражателя 5 в обе стороны от нор"

90+ i мали к образцу 12 составляет — — — .

Устройство работает следующим образом. 20

Поворотный отражатель 5 устанавливается в начальное положение А и производится выравнивание сигналов в двух каналах. Затем поворотный отражатель 5 устанавливается в пере- 25 ключенное (рабочее) положение А и производятся измерения. При установке поворотного отражателя 5 в начальное положение A (на чертеже показано сплошными линиями) излучение источника 1 света через диафрагму 2 и оптическую систему 4 падает.на отражатель 5. В положении А этот отражатель отражает пучок на фокусирующую линзу 7, через которую он попадает. на вход фотоэлектрического приемника 9.

Аналогично пучок, прошедший через диафрагму 3 и оптическую систему 4, направляется неподвижным отражателем 6 через фокусирующую линзу 8 на 40 второй фотоэлектрический приемник 10.

При этом сигнал U, на выходе фотоэлектрического приемника 9 равен

В.К 2 Кр К К ° Ку ° (1) где В - яркость источника 1 света, К вЂ” коэффициент, определяющий ту часть потока, которая прошла через диафрагму 2;

К р — коэффициент светопропускания оптической системы 4;

K — коэффициент отражения отража2 теля 5р

К1 — коэффициент светопропускания линзы 7, К вЂ” коэффициент передачи фотоэлектрического приемника 9.

Сигнал U на выходе второго фотоэлектрического приемника 10 равен

) = В-К .К р К К в К р р (2) 20 4 где коэффициенты Кв, К р К р р К в °,р аналогичны соответственно коэффициентам К2, К, К, Е, КЗ для формулы (1).

Поскольку по крайней мере один из фотоэлектрических приемников выполнен с возможностью регулирования коэффициента передачи, то добиваются равенства сигналов на выходах обоих фотоприемников.

При подключении выходов обоих фотоприемников к измерителю отношений на его выходе отношение сигналов с фотоприемников будет равно единице.

В положение А поворотного отражателя 5 (на чертеже показано пунктиром) выходной сигнал U, фотоэлектрического приемника 9 определяется формулой, в которую входит также коэффициент К,z,,пропорциональный коэффициенту зеркального отражения образца 12, т.е.

В К е К w К ebp Kg К 1 К 9ю

Таким образом, если вычислить отношение сигналов U и Б2, то оно равно

В K 2 K 4 K o6 р 1 К т К, в

2 3 4 В В ю 2 (4)

Поскольку по результатам выравнивания выходных сигналов фотоэлектриГ ческих приемников — = 1, то

Б овр

При подключении фотоэлектрических приемников к измерителю отношений, последний измеряет значение коэффициента зеркального отражения образца Крвр .

Зеркальный отражатель 5 вращается вокруг оси С, перпендикулярной плоскости чертежа. Поскольку ЛАСО = ЛА СО (по стороне ОС и прилегающим к ней углам), то СА = СА, т.е. точки A u

А на отражателе 5 совпадают. Поскольку углы поворота отражателя состав90 + ляют — — — — а ОАС = ОАС = САВ =

CCA В = — --- — то в этом случае

I и тому же направлению, 1500

Оптическая схема рассчитана таким образом, что диаметры изображений диафрагм 2 и 3 на линзах 7 и 8 равны и это равенство сохраняется при обоих положениях поворотного от5 ражателя 5, благодаря чему световые пучки от оптической системы 4 до линз 7 и 8 распространяются в световых трубках одинакового сечения. Это обу- 10 славливает одинаковые размеры изображений на фотоприемнике 10 и на фотоприемнике 9 (при обоих положениях отражателя 5).

Для устранения влияния оборачивае- 15 мости перед фотоприемниками устанавливаются светорассеивающие фильтры.

Таким образом, световой пучок отражается одним и тем же участком отражателя 5 при обоих его положениях, 20 падает на фотоприемник 9 с одного и того же направления и освещает один и тот же участок фотоприемника, что в сочетании с рассеивающим свето-, фильтром, исключающим влияние обора- 25 чивания светового пучка за счет отражения от образца, исключает зависимость измерений от угла падения пучка на фотоприемник, а также от возможной поверхностной неравномерности свойств фотоприемника.

Аналогично на фотоприемник 10 световой пучок падает под тем же углом, с того же направления и освещает такой же участок фотоприемника 10 как и фотоприемника 9.

Кроме того, оба фотоприемника располагаются рядом друг с другом (следовательно, находятся в одном и том же тепловом режиме), оптический ход лучей от источника излучения до основного фотоприемника 9 в начальном положении и дополнительного фотоприемника 10 одинаков элементы оптичесЭ 45 ких каналов, сопряженных с одним и другим фотоприемниками практически идентичны, что повышает точность устройства. Описанная оптическая схема позволяет создать малогабаритное уст- 50 ройство, удобное для работы накладным способом, которое может быть использовано при измерении коэффициента зеркального отражения крупно.-абаритных оптических отражателей.

Оптическая схема обеспечивает возможность создания конструкций с широким диапазоном углов падения света на образец (практически от углов, 920 6 близких к 0, до углов, близких z

90 ).

При необходимости изменения угл., падения светового пучка на образец следует помимо раэворота блока источника света также переместить огражатели 5 и 6, установив соответствующее расстояние от осп вращения зеркального отражателя до испытуемого образца. Это расстояние легко определяется из решения треугольников АОВ и АСВ и равно (1 — sin Ц sin i j

cos i

1=h(1

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента зеркального отражения, содержащее источник излучения, оптический канал, содержащий последовательно расположенные по ходу излучения диафрагму, оптическую систему, поворотный зеркальный отражатель, выполненный с возможностью переключения между двумя крайними положениями, фокусирующую линзу и фотоприемник, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в устройство введен дополнительный оптигде h = 80.

Для измерения коэффициента зеркального отражения-в одной точке указанным методом (с переключением зеркального отражателя) требуется время 15 с.

Если работать тем же устройством без переключения зеркала, то на одно измерение требуется время = 5 с. Однако, при этом накапливается погрешность измерения, обусловленная нестабильностью во времени источника излучения, а также мгновенными изменениями яркости источника, так как оптическая схема устройства одноканальная.

Предлагаемое техническое решение позволяет сократить время измерения коэффициента зеркального отражения примерно на 10 с в каждой точке. Погрешность, обусловленная нестабильностью источника измерения исключается. Учитывая, что для контроля коэффициента отражения только асферических отражателей СМ-265 необходимо сделать порядка 50000 измерений, предлагаемое техническое решение дает значительный эффект, 1500920

Составитель В.Котенев

Техред Л.Олийнык Корректор Т.Колб

Редактор Т.Парфенова

Заказ 4858/38

Тираж 789

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,)01 ческий канал, содержащий последовательно расположенные по ходу излучения дополнительную диафрагму, оптическую систему, общую для обоих ка5 налов, неподвижный зеркальный отражатель, отражающая поверхность которого расположена в одной плоскости с отражающей поверхностью поворотного зеркального отражателя в одном из его крайних положений, дополнительную фокусирующую линзу, дополнительный фотоприемник и делитель электрических сигналов, подключенный к выходам фотоприемников, причем одИн из фотоприемников выполнен с возможностью регулировки коэффициента передачи,