Оптическое устройство регистрации зонального и интегрального светопропускания и отражения в оптическом образце

 

Использование: оптическое приборостроение . Сущность изобретения: устройство содержит две пары источников (ИИ) и приемников излучения (ПИ), расположенные по разные стороны оптического образца, установленного на оптическом столе, имеющем два привода линейного перемещения и поворота . К приемникам излучения подключены элементы регистрации и обработки данных, а сами они помещены в термостатируемых капсулах с возможностью поперечного перемещения относительно оптической оси падения на них светового потока. Каждый ПИ регистрирует отражение от ИИ, расположенного по одну сторону образца, и пропускание от второго ИИ, установленного по другую сторону образца. Все ПИ и ИИ расположены в одной плоскости , размещенной перпендикулярно плоскости базирования оптического образца. Перемещения оптический стол в линейном направлении и поворачивая его, измеряют оптические характеристики образца по отдельным зонам в пределах площади образца . 1 з.п. ф-лы, 4 ил. ч fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4867016/25 (22) 16.07.90 (46) 07.08.92. Бюл. М 29 (71) Государственный оптический институт им. С.И.Вавилова (72) И.К.Смолкин (56) Афанасьев В.А, Оптические измерения.

М.: Недра, 1968, с. 122-129.

Патент Великобритании N. 1382081, кл. G 01 В 11/06, 1972. (54) ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ ЗОНАЛЬНОГО И ИНТЕГРАЛЬНОГО СВЕТОПРОПУСКАНИЯ И ОТРАЖЕНИЯ

В ОПТИЧЕСКОМ ОБРАЗЦЕ (57) Использование: оптическое приборостроение. Сущность изобретения: устройство содержит две пары источников (ИИ) и приемников излучения (ПИ), расположеннйе по разные стороны оптического образца, устаИзобретение относится к оптическому прйборостроению, . Известен универсальный. фотометр

ФМС-56; на котором можно измерить светопропускание и отражение оптического образца. Конструкция его снабжена одним источником света и приемником излучейия, в данной установке это глаз человека, а в фотометре ГОИ это селеновый фотоэлемент, а также два плоских зеркала, формирующих два оптических канала, конденсаторы, матовые или молочные стекла, управляемые диафрагмы, объективы зрительной трубы, ромбовидные призмы, сводящие световые пучки в один канал, спектральные фильтры на диске и окуляр. В одном канале размещают эталонный обра„„5U„, 1753376 А1 (я)5 G 01 N 21/55

2 новленного на-оптическоМ Столе йме)ощем два привода линейного перемещения и поворота. К приемникам излучения подключены элементы регистрации и обработки данных, а сами они помещены в термостатируемых капсулах с возможностью поперечного перемещения относительно оптической оси падения на них светового потока. Каждый ПИ регистрирует отражение от ИИ, расположенного по одну сторойу образца, и пропускание от второго ИИ, установленного по другую сторону образца.

Все ПИ и ИИ расположены в одной плоскости, размещенной перпендикулярно плоскости базирования оптического образца.

Перемещения оптический стол в линейном направлении и поворачйвая его, измеряют оптические характеристйки образца по отдельным зонам в пределах площади образца. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. 4 зец, а во втором — измериктельный. Принцип Q1 действия прибора основан на визуальном (д) уравнивании яркостей двух половин поля (Д зрения путем дйафрагмирования входных с4( зрачков. А отражение измеряют с помощью О кубика Люммера путем измерения световых потоков с образцом стекла и без него.

Нвдоотатками такого фотоматра явля- 3 в ются измерения образца малого размера, в ограниченном световом диапазоне(в ИК-области это невозможно), измерение только интегральных коэффициентов пропускания и отражения, невозможность измерить коэффициенты по зонам крупногабаритных образца, низкая информативность о световых эонных характеристиках образцов, большая затрата времени, низкая точность.

1753376

Наиболее близким техническим реше- 13 устройства 21 сопряжения, являющегося нием к изобретению является устройство согласующим звеном между блоками 20уп:,ф@ измереййя спектров пройускания тон- равленияи микропроцессором22(ДВК-2M), ких пленок, которое содержит источник из- коннекторов 23, связывающих цифровые лучения, плоские зеркала, два приемника 5 вольтметры15и16смикропроцессором22, излучения, перед приемником излучения снабженнымустройством24внешнейпамяможет вводиться монохроматор. Действие ти для авода программы, печатью 25 и дисэтогоустройства основано на принципеиз- плеем 26 для визуализации результатов меренйя светового потока в данном спект- измерений, ральном интервале с образцом и без 10 . Основной источник 1 излучения выпол образца. нен в виде полой керамической трубки63 мм

Недостатками известного устройства и длиной.40 мм с платиновым спиральным являются невозможность и отсутствие тех- нагревателем, расположенным внутри нее. нических средств дпя измерения светопро- Керамическая трубка выполнена из материпускания и отражения по зонам, 15 ала, состоящего из следующих компоненодновременное измерение коэффициента тов; окиси алюминия 70-85%, каолина. отражения от двух сторон крупногабаритно- 10-20% и окиси хрома 5-10%, относительно го образца, низкая информативйость рас- глобара имеет спектральную характеристипределения однородности материала ку, согласно фиг.4, что позволяет заключить . образца как в различных спектральных ди-. 20 о равномерности спектральной излучательап1азонах, так-и-по площади, отсутствие на- ной способности излучения в области 5-50 глядной тойограммы, отсюда и низкая мкм. Стабильность излучения составляла не точность определения коэффициентов све- более 0,1% отклонений данных и воспроиз- топропускания и -отражейиФ "й широком водилось в течение длительного времени, спектральном дйапазоне от видимой до 25 что повысило точность измерения на 30средней ИК-области спектра (до 20 мкм) в 40%. крупногабаритном оптическом образце; Дополнительный источник 19 излучеЦелью изобретейия является повыше- ния представляет собой перестраиваемый ние точностй измерения, монохроматический лазерный источник с

На фиг, 1 показана структурная схема 30 iL = 0,63 мкм, 1,15 мкм, 3,39 мкм, располоустройства; на фиг. 2 — блок-схема управле- жен по другую сторону базирования образния и обработки информации; на фиг. 3 — ца и установлен так, чтобы его световой. топограмма распределения коэффициентов поток падал в место выхода иэ оптического пропускания образца по всей площади; на -образца, размещенного в держателе образфиг. 4 — кривая спектрэльнбго" излучения 35 ца, светового пучка от основного источника осйовного источника излучения относитель- 1 излучейия.

Hp излучения глобара, принятого за едини- Дополнительный источник 19 излучецу .. ния, основной источник 1 излучения и приОптйческое устройство для регистра- емники10,11 излучения расположены в ции зонального и интегрального светопро- 40 одной плоскости, перпендикулярной плопускания и отражения в крупногабаритных скости расположения образца, размещеноптических образцах содержит основной . ной параллельно плоскостям оптического источник 1 излучения, работающих в обпа- . образца, вйпопненного в виде плоскопаралсти света от 3 до 20 мкм, оптическую систе- лельной пластины. При этом углы падения и му для формированйя параллельного узкого 45 отражения двух источников и приемников зойдирующего пучка, состоящую из плоских равны между собой. зеркал 2; 3, сферических зеркал 4, 5, anep- . Для центрирования приемников 10 изтурной диафрагмы 6, перестраиваемого лучения относительно прошедшего или откольцевогофипьтра7для выделения узкого " раненного пучков вследствие разной спектрального диапазона с приводом 8, све- 50 толщины контролируемых образцов прием.товой заглушки 9 и двух приемников 10 из-.. ники снабжены подвижной поперек оптичелучения, расположенных в ской оси. Кроме того, приемники излучения термостатируемых капсулах 11, приводы 12 находятся в охлаждаемых капсулах 11, что. и 13 оптического стола 14, цифровйе вольт- вместе с подвижками приемников также пометрй 15 и 16, связанные с устройством 17 55 вышаетточность измерения излучения и его управления и обработки информации, ста- воспроизводимость во времени. билиэатор 18 источника 1 и дополнитель- Оптическое устройство работает следуный источник 19. Устройство 17 управления ющим образом, и обработки информации состоит из блоков Источник 1 света проектируется сфери20 управления шаговыми приводами 8, 12, ческим зеркалом 4 в апертурную диафрагму .

1753376

15

20 образца и перемещается по радиусу образ- 25 ца в плоскости, перпендикулярной плоско помощью приводов 12, 13. Таким образом, . зондирующий пучок может быть направлен в любую зону измеряемого образца без из- 30 менения угла падения его на образец. Ре" жим работы приводов 8; 12; 13, а следовательно, и закон сканирования образца относихельно зондирующего пучка

35 интенсивности соответственно прошедшего и отраженного пучков, через цифровые 40 формуле

Оттец напряжение на первом фотопри- 50 емнике 10 с перекрытым пучком световой заглушкой 9;

Оте — напряжение на первом фотоприемнйке 10 без образца;

6, онределяющую диаметр зондирующего пучка, а иэображение диафрагмы 6 сферическим зеркалом 5 направляется под некоторым углом на контролируемую поверхность образца, установленного на базовой поверхности держателя образца, и проектируется на чувствительную площадку основного приемника 10 излученйя в случае измерения коэффициента пропускания и дополнительного второго приемника 10 излучения в случае измерения коэффициента отражения; спектральный диапазон выделятся перестраиваемым фильтром 7, приводимым в движение приводом 8.

Дополнительный источник 19 направляет зондирующий пучок на противоположную контролируемую поверхность образца под таким же углом, как и в первом случае, и основной приемник измеряет коэффициент отражения, а дополнительный второй приемник — коэффициент пропускания.

Измеряемый образец фиксируется в де- ржателе образца оптического стола 14, ко-; торый вращается вокруг вертикальной оси сти падения зондирующего пучка с осуществляет микропроцессор 22 через блоки управления шаговыми приводами 20 и устройство 2 1 сопряжения..Сигналы с приемников 10 излучения, пропорциональные вольтметры 15, 16 в цифровом виде поступают через согласующие коннекторы 23 в микропроцессор 22, который вычисляют коэффициент пропускания Т и отражения R no

1- Отх Оттем, Ойх Ойтем .

"где Отх — напряжение на.первом фотоприемнике;

Оях — напряжение на втором фотоприемнике 10;

UR e - напРЯжение на втоРом фотопРиемнике 10 с перекрытым пучком световой заглушкой 9,"

URe — напРЯжение на втоРом фотопРиемнике 10 от эталона отражения, К вЂ” коэффициент отражения эталона отражения (напыленное серебро или напы5 ленный родий), Информация о координатах измерения на образце и измеренных в этих зонах коэффициентов отражения и пропускания накапливается в устройстве 24 внешней памяти микропроцессора 22. По результатам измерения в отдельных зойах строится наглядная топограмма. характеризующая оптическую однородность образца (фиг.3).

Полностью зачеркнутый квадрат на данном примере соответствует наибольшему значению зонного коэффициента пропускания

79,4 Разница между максимальным и ми. нимальным значениями, кОэффициентов пропускания по, полю образца равняется

0,8 . Таким же образом строится топограмма коэффициентов отражения образца.

Данное оптическое устройство позволяет измерить пропускание и отражение от двух сторон крупногабаритного образца, не снимая образца с оптического стола, можно измерить интегральное и зонное пропускание в различном спектральном диапазоне, можно измерить пропускание и отражение по зонам в одном спектральном диапазоне и локально — в другом. Благодаря этим действиям повышается точность и информативность результатов измерения по площади образца на 30-407ь, особейно это ценно в . невидимой облавти спектра для крупногабаритных оптических образцов., Использование предлагаемого устройства для регистрацйи зонального и интегрального светопропускания и отражения в крупногабаритных оптических образцах по сравнению с известным позволяет: повы. сить точность измерения на 30-407,и информативность результатов измерения по . площади образца благодаря тому, что источ- . ник излучения выполнен из керамической

5 полой трубки, изготовленной из материала компонентов: окиси алюминия, каолина и окиси хрома а также размещенного внутри этой трубки платинового нагревателя, так . как это дает возможность осуществлять измерения в ИК-области спектра от 3 до 20 мкм с высокой стабильностью и воспроизводимостью измерений во времени; благодаря тому, что устройство снабжено дополнительным перестраиваемым монохроматическим источником излучения, размещенным по другую сторону базирования оптического образца в одной плоскости расположения основного источника и двух приемников, перпендикулярной плоскости базирования образца, и так, чтобы световой

7 1753376 . 8 поток от него имел возможность падать в эффективный по сравнению с глобаром, место выхода "светового потока из оптиче- имеющий более низкую температуру нагреского образца от основного источника излу- ва. чения, причем узлы падения и отражения Ф о р м у л а и з о б р е t e н и я двух источников и приемников равны между 5, 1, Оптическое устройство регистрации собой, так как позволяет одновременно пол- зонального и интегрального светопропускаучать информацию, не меняя положение об- ния и отражения в оптическом образце, соразца, и не переключая другой источник держащее йсточник излучения, оптический излучения, в узком спектральном видимом стол, два приемника излучения, размещени невидимом диапазоне; благодаря тому, 10 ные по разные стороны базирования оптичто оптический стол установлен с возможно- ческого образца, и систему регистрации стью поворота и смещения по радиусу об- результатов измерения, отл и ч а ю ще еразца, так как зто позволяет проводить с я тем, что, с целью повышения точности локэльнйе, зонные измерения по всей пло- измерения, в устройство введен дополнищади образца в автоматическом режиме; 15 тельный источник излучения, выполненный благодаря тому, что приемники излучения в виде полой трубки, изготовленной из маустановлены в термостатируемых капсулах териала состава: окись алюминия 7045, с возможностью перемещений перпендику- каолин 10-20, окись хрома 5-10, в котолярно оптической.оси падения на них свето- рой размещен платиновый нагреватель, при вого потока, так как позволяет исключить 20 этом дополнительный источник излучения тепловые "шумы" и. найти наиболее опти- . расположен напротив основного источника мальную чувствительную часть площади излучения по другую сторону базирования приемников излучения при фиксации ими ойтического образца в одной плоскости раскрзффициентов пропускания иотражения, положения основного источника и двух приКроме того, оптическое устройство твх- 25 емников, перпендикулярной плоскости нологичйо в изготовлении, может быть изго- базирования образца, причем каждый из истовлено усилиями специалистов средней точников излучения оптически сопряжен с квалификации на отечественном оборудо- двумя приемниками излучения, а оптичевэнии; В устройстве эффективно использо- ский стол установлен с возможностью повованы как стандартные узлы, так и 30:рота и смещения по радиусу образца. оригинальные, в частности более эффективный источник излучения: малогабаритный, . 2. Устройство по п.1, отл и ч а ю щ е екоторому не дано специальный обдув; ста- с я тем, что основной источник излучения . бильный во времейи при излучении в сред-, выполнен в виде перестраиваемого монойей и дальней ИК-области, более 35 .хроматического источника излучения.

$753376

1753376

Ю 7 Р У 10 f5 203050Лмкм

Фиг.4

Составитель С. Голубею

Техред ММоргентал Корректор я; Ворович

Редактор В. Данко

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2764 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открмтиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/б