Способ измерения абсолютного значения коэффициента отражения зеркал

 

Использование: измерительная техника , в частности, измерения абсолютных значений коэффициентов отражения излучения зеркал. Сущность изобретения: абсолютное значение коэффициента отражения R зеркала со сферической или параболической формой вогнутой отражающей поверхности определяют из соотношения R (bc/ad) , где а, Ь, с и d - сигналы фотоприемника, соответствующие опорному потоку излучения и потокам излучения с исследуемым зеркалом. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4929687/25 (22) 22.04,91 (46) 15.07.93; Бюл. ¹ 26 (71) Всесоюзный научный центр "Государственный оптический институт им. С, И, Вавилова (72).В. Б. Знаменский (56} С. А. Шайович, Тезисы докладов íà XIV научно-технической конференции молодых специалистов ГОИ". Л., 1982, с. 143.

Авторское свидетельство СССР № 1453188, кл. G 01 J 3/42, 1986.

Изобретение относится к измерительной технике. в частности к спректрофотометрии, и предназначено для измерений абсолютных значений коэффициентов отражения излучения от зеркал со сферической или параболической формой поверхности при нормальном падении излучения.

Целью изобретения является повышение точности измерения коэффициента отражения зеркала со сферической или параболической формой вогнутой поверхнос.ти.

В таком способе размещения элементов при измерениях фокусы вспомогательного сферического зеркала с центральным отверстием (размер отверстия во вспомогательных сферических и плоском зеркалах относительно мал в отличие от зеркал, в которых по специальному назначению их использования отверстие занимает значительную часть площади зеркала) и измеряемого зеркала одинаковы: Это обеспечивает

„„. Ж„„1827590 А1 (я)5 G 01 N 21/55, 6 01 J 3/42 (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ЗЕРКАЛ (57) Использование: измерительная техника, в частности, измерения абсолютных значений коэффициентов отражения излучения зеркал. Сущность изобретения: абсолютное значение коэффициента отражения R зеркала со сферической или параболической формой вогнутой отражающей поверхности определяют из соотношения R = (bc/ad) где а, Ь, с и d — сигналы фотоприемника, соответствующие опорному потоку излучения и потокам излучения с исследуемым зеркалом. 1 ил. (/) возможность осуществления двухкратного взаимодействия измеряемого зеркала с потоком излучения.

Рассматриваемый способ иллюстрируетсяоптической схемой системы измерения абсолютного значения коэффициента отражения зеркал со сферической или параболи- QO ческой формой вогнутой поверхности, Оптическая система состоит из излуче- с ния 1 и размещенных на его оптической оси (у формирующей параллельный потоку излучения оптики 2, светоделителя 3, вспомогательных элементов — объектива 4, плоского

5 и сферического 6 зеркал с центральной диафрагмой, измеряемого зеркала 7, уста- ) новленного в иэделиедержателе 8. и фото- а приемного устройства, состоящего из приемной оптики 9 и фотоприемника 10. . Позиция размещения ряда элементов оптической системы соответствует их расположению при измерении объектного потока излучения. Позиции II, III и (Ч

1827590 бет 1/ 4

3 определеяются введением в систему измеряемого зеркала 7 и различными его взаимодействиями с разными вспомогательными элементами, Предложенный способ осуществляется следующим образом.

До начала измерений проводят юстировку оптических элементов, вносящих в состав рассматриваемой оптической системы и размещенных друг относительно друга согласно их функциональным особенностям.

Измеряется сигнал а фотоприемника, соответствующий интенсйвнос ц опорного светового потока после взаимодействия с обьективом 4, плоским 5 и сферическим 6 зеркалами позиция I f фигуры. Величина этого сигнала а = 4 тз д Йв Rs гз тэ определяется интенсивностью I< светового потока от излучения 1 и прошедшего объектив 2, коэффициентами отражения (гз) и пропускания светоделителя 3 (тз) и объектива 4 (r о), отражения зеркал 5 (Rs) и 6 (Rg), Если с оптической оси вводится вспомогательное сферическое зеркало 6, а вместо него вводится измеряемое 7 — позиция II, то сигнал

Ь фот.оприемника Ь =lol3t3RIR5r3tQ.

Затем с оптической оси выводится плоское зеркало 5, а на его место устанавливается вспомогательное сферическое зеркало 6— позиция Н! Фигуры. Сигнал фотоприемника

В ЭТОМ СЛУЧаЕ С =!о ГЗб4Й Рэйт ГЗбз, ГДЕ

R7 — коэффициент отражения излучения от измеряемого зеркала не по всей площади его отражающей поверхности, а для точки в центральной его части, где фокусируется излучение, отраженное от вспомогательного зеркала 6, Для исключения из результатов измерений спектрофотометрических величин элементов, формирующих сравниваемые по интенсивности потоки излучения, проводится дополнительное измерение интенсивности светового потока, когда вспомогательное сферическое зеркало 6 выводится с оптической оси, а с помощью изделиедержателя 8 измеряемое зеркало 7 перемещается вдоль оптической оси, пока фокус вспомогательного обьектива 4 не совместится с центром отражающей поверхности зеркала 7 — позиция И, В этом случае

d = Io оз то R7 гз о9

Абсолютное значение коэффициента отражения измеряемого сферического или параболического вогнутого зеркала определяется как

4 где а, Ь, с.и d — сигналы фотоприемника, соответствующие опорному (позиция I) и обьективным потокам поочередно для позиций II — IV расположения оптических элементов.

Может рассматриваться зеркало как со сферической, так и: параболической формой отражающей поверхности. Это связано с тем, что способность таких зеркал падаю- .

10 щий на них параллельный световой поток концентрировать в фокус зеркала или излучение, сконцентрированное в фокусе; преобразовывать в параллельный поток излучения.

Несмотря. на кажущееся внешне четырехкратное повышение точности измерений, реально достигается увеличение точности только вдвое. В подобных случаях следует оценивать коэффициент отражения как ре20 зультат двух (а не четырех) измерений объектного и опорного потоков.

Изобретение позволяет повысить точность измерений коэффициентов отражения вдвое при сохранении возможности измерения коэффициента отражения зеркала по всей его апертуре и при нормальном падении излучения. Вместе с этим реализуется возможность измерений применительно к зеркалам с параболической формой

N поверхности

Сравнение способа измерений с аналогом изобретения также указывает на существенные преимущества: хотя в обоих случаях измеряется квадрат коэффициента

35 отражения, но, как указывалось выше, реально точность измерений в аналоге заявляемогоспособадаже нижеточности, достигаемой в установке прототипе способа иэ-за влияния зональных изменений коэффициентов

"О отражения плоских зеркал, используемых при измерении в разных потоках излучения.

Кроме того, измерения в этой установке осуществляются при углах наклона зеркала к оптической оси.

45 Пример, Формирующая оптика 2 . создает параллельный поток излучения от источника 1. Устанавливается светоделитель 3 под углом 45 к оптической оси излучения 1. Его отражающая поверхность

5О направлена в сторону вспомогательного обьектива 4, фокус которого совмещается с фокусом вспомогательного сферического зеркала 5 так, что его диафрагма располагается симметрично относительно оптической

55 оси системы, а отражающая поверхность совпадает с фокальными плоскостями обьектива 4 и зеркала 5 и направлена в сторону . зеркала 5. При установке элементов 4, 5, 6 . излучение, отраженное от зеркала 5 и 6, должно воавраотатьея беа еиньетиоования

1827590 через диафрагму зеркала 5 и проходить повторно через объектив 4. Далее излучение отражается от.светоделителя 3, На оптической оси размещается оптическая часть 9 фотоприемного устройства таким образом, что промежуточное изображение источника излучения 1, сформированное в фокалъной плоскости объектива 4, создает на чувствительной площадке фотоприемника 10 иэображение излучателя 1. В дальнейшем на изделие держате» 8 устанавливают измеряемое зеркало 7 и.перемещением изделие держателя 8 с зеркалом 7 вдоль оптической оси достигают совмещения его фокуса или отражающей поверхности с фокусом вспомогательного объектива. 8 качестве источника излучения использовался He — Ne лазер (А.=. 0,6328 мкм). Оптическая система 2 представляла телескопическую систему объективов и позволяла сформировать параллельный поток излучения диаметром 20 мм,. Светоделитель 3 выполнен из плоскопараллельной стеклянной пластины диаметром 45 мм толщиной 6 мм с нанесенным на нее полупрозрачным слоем металлического

- титана, обеспечивающего отношение коэффициентов отражения и пропускания слоя, близким к 1:1 (35%: 28%}. Обьектив 4 имел фокус 50 мм, диаметр 30 мм, Приемник излучения представлял кремниевый фотодиод

ФД-24К. В качестве вспомогательного сферического зеркала использовалось anewнированное стеклянное зеркало диаметром

200 мм, толщиной 15 мм и радиусом кривизны 580 мм. Диаметр центрального отверстия диафрагмы — 10 мм. Измеряемое зеркало представляло собой металлическое зеркало из алюминиевого сплава 1201 со сферической формой поверхности, радиус кривизны которого составлял 517 мм. Диаметр зеркала 170 мм, толщина — 15 мм, При таком соотношении диаметров отверстия и собственно зеркала это может привести к потери около 0,3% светового потока в измерениях при расположении элементов системы в позиции 1, Сравнение интенсивностей отраженных световых потоков излучения от вспомогательного зеркала с открытой диафрагмой и прикрытой пробкой с плоским алюминиевым зеркалом 11 не выявило различий, Это указывает, что точность и воспроизводимость подобных сравнений интенсивностей световых потоков, по крайней мере, хуже 0,3%. Использование обычных средств регистрации предполагает, что ошибки подобных измерений потоков 1%..

Это позволяет получить реальную точность измерений коэффициентов отражения зеркал с учетом измерения квадрата их величины близкой к 0,5%. Непосредственные измерения абсолютного значения коэффициента отражения зеркала показали, что 8=89,2% при относительной величине ошибки измерения 0,5 .

5 Для проведения спектральных измерений коэффициентов отражения зеркал в со.став оптической системы вводится, например, широкополосовой сфетофильтр в осветительную часть,.а в оптическую часть фотоприемного устройства — монохроматор, Это позволяет обеспечить достаточную для измерений спектральную селекцию излучения.

Таким образом, новая последовательность операций и условий для их проведения

15 благодаря получению новых зависимостей в соотношениях интенсивностей измеряемых световых потоков излучения позволяет вдвое повысить точность измерений для зеркал со сферической (или параболиче20 ской) формой отражающей поверхности, Исключение из рассмотрения спектрофотометрических характеристик входящих в onтическую систему элементов устранило необходимость метрологической аттестации этих вспомогательных элементов, той отражающей поверхности, формируют в оптической системе параллельный поток излучения, измеряют опорный поток излучения, прошедший через оптическй связанные объ45. ектив, плоское зеркало с отверстием на onтической оси и сферическое зеркало,.с отверстием на оптической оси, при этом фокал ьные плоскости объектива и сферического зеркала совпадают с отражающей поверхностью плоского зеркала, устанавливают вместо сферического зеркала исследуемое зеркало, измеряют соответствующий поток излучения, при этом фокальные плоскости объектива и исследуемого зеркала совпада55. ют с отражающей поверхностью плоского зеркала, устанавливают вместо плоского зеркала сферическое зеркало с отверстием на оптической оси, измеряют соответствующий поток излучения, при этом фокальные плоскости объектива и исследуемого зеркаФормула изобретения

1 Способ измерения абсолютного значе30 ния коэффициента отражения зеркал, при осуществлении которого формируют поток излучения с помощью оптической системы. измеряют его фотоприемником на выходе оптической системы в присутствии исследу35 емого зеркала, измеряют опорный поток в отсутствии исследуемого зеркала, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения абсолютного значения коэффициента отражения зеркала со сфери40 ческой или параболической формой вогну1827590

Составитель 8.Знаменский

Техред М.Моргентал. Корректор С.Патрушева

Редактор

Заказ 2355 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужюрод, ул.Гагарина, 101 ла совпадают с местоположением плоскости, касательной K.öåíòðó отражающей lloверхн ости сферического зеркала с отверстием, выводят сферическое зеркало с отверстием с оптической оси, измеряют со- 5 ответствующий поток иэлучеиия, при этом фокус объектива совпадает с. ощ>алкающей

gv+, поверхностью исследуемого зеркала., а коэффициент отражения R определяют из со° Ь с 1/4 отношения R = j о ), где а, Ь, с и d . .а о) — сигналы фотоприемника, соответствующие опорному потоку излучения и потокам излучения с исследуемым зеркалом.