Фотометр для измерения коэффициента отражения оптической поверхности

 

Союз Советских

Соцмапмстмческмх

Респубпмк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 872973 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено 02.11.78 (21) 2б81545/18-25 с присоединением заявки № 2681546/25 (23) Приоритет (5l)M. Кл.

G 01 J 1/04

3еоударсткииый комитет

СССР

Опубликовано 15.10.81 ° Бюллетень № 38 до делам иэаоретеиий и открытий (53) УДК 535.242..2(088.8) Дата опубликования описания 15.10.81 тьев, 1О.Б.=Конев (72) Авторы изобретения

Е.Т.Антропов, В.Т.Карпухин, В.К и В.В.Кочетов

Институт высоких температур АН С6бР-..., (71) Заявитель (54) ФОТОИЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ОТРАЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для измерения коэффициента отражения оптических поверхностей, например, лазерных зеркал.

Известен фотометр для измерения коэффициента отражения оптической поверхности, содержащий источник излучения, светоделитель и приемник излучения (1 1 .

Однако этот фотометр не позволяет достаточно точно измерять коэффициент отражения.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является фотометр для измерения коэффициента отражения оптической поверхности, содержащий установленные последовательно источник излучения, светоделитель, расположенный на поворотном столике с возможностью

1 фиксации в двух позициях, для прямого.и отраженного света фокусирующие линзы, узел для юстировки, приемник излучения и регистрирую.— щий прибор (21.

Недостатком известного фотометра является сравнительно невысокая точность измерений оптических поверхностей..В частности, криволинейные поверхности искажают первоначальную геометрию светового пуч-, ка, идущего от источника излучения, и вызывают дополнительную фокусировку (или расфокусировку) излучения на приемнике излучения и дополнительное приращение (или снижение) электрического сигнала приемника.

Цель изобретения — повышение точности измерений коэффициента отражения оптической поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что фотометр для измерения коэффициента отражения оптической поверхности, содержащий установленные последовательно источник излучения, светоделитель, расположенный

50 иа поворотном столике с возможностью фиксации в двух позициях, для прямого,н отраженного света, фокусирующие линзы, узел для юстировки, приемник излучения и регистрирующий прибор, дополн- тельно снабжен полупрозрачным оптическим элементом, расположенным за поворотным столи- . ком на одной оптической оси с источником излучения, на расстоянии, меньшем длины когерентности источника излучения, модулятором, размещенным на поворотном столике, и резонансным усилителем с собственной частотой, равной частоте модуляции.

При этом полупрозрачный оптический элемент может быть выполнен,в случае плоской контролируемой поверхности в виде плоской полупрозрачной пласти. ны, а вслучае криволинейной оптической поверхности — в виде сменной полупрозрачной линзы с фокусным расстоянием, равным радиусу кривизны контролируемой поверхности.

На чертеже представлена принципиальная схема фотометра для измерения коэффициента отражения оптической поверхности.

Фотометр содержит источник излучения 1, приемник излучения 2, светоделитель 3, расположенный на поворотном столике 4 с возможностью фиксации в двух позициях для прямого и отраженного от контролируемой оптической поверхности 5 света, фокусирующие линзы 6 и 7, узел 8 для юстировки контролируемой поверхности, полупрозрачный оптический элемент 9,. например плоскую полупрозрачную пластину для контроля плоских оптических поверхностей или сменную полупрозрачную линзу с. фокусным расстоянием, равным радиусу кривизны контролируемой поверхности, модулятор 10, .размещенный на поворотном столике

4, резонансный усилитель 11 с собственной частотой, равной частоте модуляции, и регистрирующий прибор 12. .Фотометр работает следующим образом.

С помощью узла 8 юстируют контролируемую поверхность 5 в рабочее положение нормали к оптической оси источника излучения 1. Путем поворота поворотного столика 4 фиксируют светоделитель 3 в первую позицию. При этом модулятор 10 размещается в оптическом канале перед приемником излучения 2. Излучение от источника 1 про2973 4 ходит через оптический канал, включающий фокусирующие линзы 6 и 7, светоделитель 3 и модулятор 10 на приемник излучения 2, резонансный усилитель ll. Снимают .отсчет ф., с регистрирующего прибора 12. Далее поворачивают поворотный столик 4 со светоделителем 3 и модулятором 10 во вторую позицию. При этом модулятор 10 размещается в оптическом канале между контролируемой поверхностью 5 и полупрозрачным оптическим элементом 9. Излучение от источника 1 проходит через оптический канал, включающий фокусирующую лин-. зу 6, светоделитель 3 (прямой свет), полупрозрачный оптический элемент

9, модулятор 10, контролируемую поверхность 5, вновь полупрозрачный оптический элемент 9, светоделитель

3 и фокусирующую линзу 7 на приемник 2. Снимают отсчет ф с регистрирующего. прибора 12. Оценка коэффициента отражения оптической поверх 5 КОсти прОизвОДитсЯ исхОДЯ из ОтнО шения снятых отсчетов ф (ф„.

1 о Уо < (11

Ф = l .1о Ро 9g < - <<>

Зо где К„„ Р, R> — коэффициенты отражения соответственно светоделителя 3, полупрозрачного оп35 тического элемента

9 и контролируемой поверхности 5;, p Π— коэффициенты пропускания фокусирующей

40 линзы 5, светоделителя 3 и полупрозрачного оптического элемента 9;

1Π— интенсивность светового потока от источ45 ника;

К вЂ” коэффициент передачи прибора.

Из (1) и (2) получают

1 -(ф,iФ)/р =(ф1Ф„) К. (S) Коэффициент К, равный 1/Я ., определяют градуировкой прибора с помощью эталонных оптических поверхностей с известным коэффициентом отражения.

Отсчет Ф может быть выражен соотношением

5 8729 где R — суммарный коэффициент.отражения полупрозрачного оптического элемента 9 и контролируемой поверхности 5, от которого зависит чувствитель- 5 ность измерений.

Если со стороны светоделителя 3 падает световой поток с интенсивностью I0=1, то

35

55 1 10

%с= RВ Рa. Яс

Первый член в этом выражении представляет интенсивность, непосредственно отраженную от полупрозрачного оптического элемента (пластины) 9 при первичном падении на него интенсивI ности Iî. Второй член Йс соответствует сложению парциальных световых потоков в результате многократного отражения света от поверхностей с коэф- 0 фициентами отражения Rx и RQ При этом каждый раз часть излучения выходит через полупрозрачный оптический элемент (пластину) 9. Коэффициент отражения R«- образуется в результате

l суммирования всех таких парциальных световых потоков. Отсчет ф3 может быть преобразован к виду

Ф=К.з . .. 1 4о.) х

Произведение R - g не оказывает

1 .влияния на отсчет ф, так как соответствующая ему часть интенсивности не промодулирована и не пропускается резонансным усилителем 11. Отноше, ние отсчетов ф /Ф„позволяет определить искомый коэффициент Й1« отражения оптической поверхности. При этом приведенные выражения для,отсчетов 40 ф и ф выполняются только для не l 1 когерентного сложения интенсивностей световых потоков при условии Х1«,(<. В, где 1К вЂ” длина когерентности измеряемого излучения, 4. — расстояние между поверхностью полупрозрачного оп. тического элемента и контролируемой оптической поверхностью. Таким образом, в случае контроля плоских оптических, поверхностей измеряют суммарный поток, выходящий из полупрозрачной пластины. Однако этот поток смешивается на выходе с первичным потоком, отраженным от обратной поверхности полупрозрачной пластины, в связи с чем необходима сепарация измерительного потока, осуществляемая совокупным действием модулятора, модулирующего только внутренний поток между пласти73 6 ной и контролируемой поверхностью, и резонансного усилителя. При обычных тепловых источниках излучения это условие выполняется при 1=0 5-1,0 мм.

Анализ выражения для,,отношения отсчеР„(4-<<) P К„ тов « g/Ô, :- показыва(1- R» < ) ет, что при R =0,8-0,9 наблюдается увеличение точности измерений коэффициента отражения контролируемой опти ческой поверхности в 5-8 раз по сравнению с известным фотометром. В случае контроля криволинейной оптической по" верхности поперечный размер светового потока 01, освещающего полупрозрач- ный оптический элемент 9, выполненный в виде полупрозрачной сменной линзы, должен соответствовать условию

0 < 0А, где DA — диаметр полупрозрачной сменной линзы. Фокусное расстояние полупрозрачной линзы определяют из условия

9. где I g — оптическая сила (в диоптриях) сменной линзы

I — оптическая сила контролируемой поверхности.

Тогда соответствующее фокусное расстояние Iq= 1/:1 =-2I=-г, где г— радиус кривизны, т.е. фокусное рас- стояние дополнительной полупрозрачной линзы должно быть равно радиусу кривизны контролируемой поверхности. В этом случае расходимость,,вносимая в измерительный пучок света контролируемой. поверхностью, компенсируется рефракцией указанной полупрозрачной линзы, и суммарная отражающая система (контролируемая поверхность и полупрозрачный оптический элемент) ведет себя как плоская контролируемая поверхность. !

Таким образом, выполнение полупрозрачного оптического элемента в виде сменной .полупрозрачной линзы компенсирует энергетические потери, вносимые в соответствующий оптический канал из-за кривизны контролируемой оптической поверхности. Использование изобретения позволяет увеличить точность измерений коэффициентов отражения плоских.и криволинейных оптических поверхностей, в частности, лазерных зеркал в 510 раз.

Формула изобретения

1. Фотометр для измерения коэффициента отражения оптической поверхности, содержащий установленные последовательно источник излучения, светоделитель-, расположенный на поворотном столике с возможностью фиксации в двух позициях, для прямого и отраженного света, фокусирующие линзы, узел для юстировки,приемник излучения и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он дополнительно снабжен полупрозрачным оптическим элементом, расположенным за поворотным столиком на одной оптической оси с источником излучения, на расстоянии, меньшем длины когерентности источника излучения, модулятором, размещенным на поворотном столике, и резонансным усилителем с собственной частотой, равной частоте модуляции.

872973

2. Фотометр по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что полупрозрачный оптический элемент выполнен в виде плоской полупрозрачной пластины.

3. Фотометр по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что полупрозрачный оптический элемент выполнен в виде сменной полупрозрачной линзы с фокусным расстоянием, равным радиусу кривизны контролируемой поверхности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Антропов Е.Т., Автономов В.П., Кочетов Ю.П. Рефлектор для области

10,6 мк. — "Приборы и техника экспезо римента", 1975, N- 2, с. 197.

2. Авторское свидетельство СССР

N- 135256, кл. G 01 J 1/42, 196! (прототип).

ВНИИПИ Заказ 9012/61 Тираж 910 Подписное о

Филиал IGIII "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4