СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОПУСКАНИЯ ОБЪЕКТИВОВ Российский патент 2011 года по МПК G01M11/02 

Изобретение относится к фотометрии и спектрофотометрии и может быть использовано для определения коэффициента пропускания объективов и линз преимущественно в инфракрасной области спектра.

Известен способ измерения оптических параметров оптических элементов и систем (Авторское свидетельство №1767376, МКИ G01М 11/02, опубликовано 1992 г. Бюл. №37). Способ заключается в том, что в качестве контролируемых берут два объектива, которые устанавливают на одной оптической оси. Освещают первый контролируемый объектив расходящимся пучком лучей и формируют параллельный пучок лучей между ними. Регистрируют сигнал фотоприемника а на входе в объективы и сигнал b после прохождения потока излучения через объективы. Вводят между объективами в параллельный пучок лучей плоское зеркало, а фотоприемник устанавливают перед первым контролируемым объективом в ходе отраженного зеркалом излучения, прошедшего через первый объектив, и измеряют сигнал с, заменяют первый объектив вторым и регистрируют сигнал d. Коэффициент пропускания объективов определяют по формулам

Рассматриваемому способу присущи следующие недостатки. Геометрия освещения контролируемых объективов приводит к тому, что их рабочие апертуры ограничиваются и ход лучей неодинаков через последовательно установленные объективы, а также через первый (по ходу пучка) объектив, и лучей, проходящих через него после отражения от плоского зеркала. Наклон главного луча расходящегося пучка лучей относительно оптической оси контролируемых объективов приводит к увеличению поглощения наклонных пучков линзовыми компонентами каждого контролируемого объектива в связи с увеличением длины оптического пути через них. Поэтому измеренные данным способом коэффициенты пропускания объективов являются заниженными. Переустановка фотоприемника может приводить к погрешностям, значительно превышающим погрешность регистрации сигналов, тем более что в данном способе фотоприемник устанавливают в трех различных положениях. Помимо этого для реализации способа измерений необходим малоразмерный фотоприемник, габариты которого позволяют вписать его в измерительную схему. В действительности, для регистрации монохроматических потоков излучения, как это имеет место при измерении спектрального коэффициента пропускания объективов в инфракрасной области спектра, применяют высокочувствительные приемники излучения, такие как охлаждаемые жидким азотом фотосопротивления и фотодиоды, глубокоохлаждаемые болометры и оптико-акустические приемники излучения, габаритные размеры которых (диаметр, длина) сопоставимы с размерами контролируемых объективов. В связи с изложенным рассматриваемый способ обладает малой точностью и его технические возможности ограничены.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения коэффициента пропускания объективов (Авторское свидетельство №1435980, МКИ G01М 11/02, опубл. 1988 г. Бюл. №41). Способ заключается в том, что берут в качестве контролируемых не менее трех объективов, вводят в поток излучения поочередно их сочетания по два последовательно установленных объектива, регистрируют потоки излучения на входе и выходе контролируемых объективов и определяют по формулам коэффициент пропускания объективов.

Основными недостатками способа являются сложность его реализации, связанная с необходимостью формирования и фотометрирования трех пар объективов, влияние внешних факторов на результат регистрации потоков излучения и погрешностей, вызываемых переустановками фотоприемника. С учетом этого рассматриваемый способ обладает малой точностью.

Технический результат изобретения заключается в упрощении способа, позволяющего определять коэффициент пропускания по результатам фотометрирования только двух объективов, и в повышении точности измерения путем исключения погрешностей, связанных с влиянием внешних факторов на результат регистрации потоков излучения и вносимых переустановками фотоприемника.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения коэффициента пропускания объективов, заключающемся в регистрации потока излучения на входе в объективы, регистрации потока излучения, прошедшего через два последовательно установленных объектива, и вычислении коэффициента пропускания объективов из отношения зарегистрированных величин, в качестве контролируемых берут два объектива, освещают первый контролируемый объектив параллельным потоком излучения, совмещают фокусы контролируемых объективов, параллельный поток излучения из второго объектива направляют плоским зеркалом на объектив фотоприемной системы и регистрируют соответствующий поток излучения, направляют плоскими зеркалами параллельный поток излучения на объектив фотоприемной системы и регистрируют поток излучения на входе в объективы, устанавливают вместо второго контролируемого объектива зеркало со сферической или параболической поверхностью, совмещают фокусы зеркала и первого контролируемого объектива, параллельный поток излучения, отраженный зеркалом, направляют плоскими зеркалами на объектив фотоприемной системы и регистрируют соответствующий поток излучения, вместо первого контролируемого объектива устанавливают второй, совмещают его фокус с фокусом зеркала и аналогично регистрируют соответствующий поток излучения, а коэффициент пропускания объективов рассчитывают по формулам

где τ₁ - коэффициент пропускания первого объектива;

τ₂ - коэффициент пропускания второго объектива;

а - сигнал фотоприемника, соответствующий потоку излучения на входе в объективы;

b - сигнал фотоприемника, соответствующий потоку излучения с двумя установленными объективами;

с - сигнал фотоприемника, соответствующий потоку излучения с установленным первым объективом;

d - сигнал фотоприемника, соответствующий потоку излучения с установленным вторым объективом.

На чертеже показана оптическая схема устройства, реализующего способ измерения коэффициента пропускания объективов.

Устройство содержит контролируемые объективы 1 и 2, источник излучения в виде выходной щели 3 монохроматора, объектив 4, формирующий параллельный поток излучения, апертурную диафрагму 5, плоские зеркала 6 и 9, снабженные механизмами линейного перемещения вдоль оптической оси потока излучения, перпендикулярной оптической оси контролируемых объективов, параболическое или сферическое зеркало 7, переключающее плоское зеркало 8, установленное с возможностью ввода и вывода из потока излучения, отраженного от зеркала 7, объектив 10 фотоприемной системы, фотоприемник 11, установленный в фокальной плоскости объектива 10, и регистрирующий прибор 12.

Способ измерения осуществляют следующим образом.

Устанавливают контролируемые объективы 1 и 2 в схему измерения между двумя плоскими зеркалами 6 и 9. Освещают контролируемый объектив 1 параллельным потоком излучения, совмещают фокусы контролируемых объективов 1 и 2. Параллельный поток излучения из контролируемого объектива 2 направляют плоским зеркалом 9 на объектив фотоприемной системы 10 и регистрируют сигнал b, соответствующий потоку излучения с двумя установленными объективами. Величина сигнала b=L·τ₄·ρ₆·τ₁·τ₂·ρ₉·τ₁₀ определяется яркостью источника излучения L, коэффициентом пропускания τ₄ объектива 4, коэффициентом отражения ρ₆, плоского зеркала 6, коэффициентами пропускания τ₁ и τ₂ контролируемых объективов 1 и 2, коэффициентом отражения ρ₉ плоского зеркала 9 и коэффициентом пропускания τ₁₀ объектива фотоприемной системы 10.

Направляют плоскими зеркалами 6 и 9 параллельный поток излучения на объектив фотоприемной системы 10. Для этого их устанавливают в положения 6(I) и 9(I), при этом плоское зеркало 8 устанавливают в положение 8(1). Регистрируют сигнал a=L·τ₄·ρ₆·ρ₉·τ₁₀, соответствующий потоку излучения на входе в объективы.

Устанавливают вместо контролируемого объектива 2 зеркало параболическое или сферическое 7, совмещают его фокус с фокусом контролируемого объектива 1. Переключающее плоское зеркало 8 вводят в поток излучения, отраженный от зеркала 7, а плоское зеркало 9 устанавливают в положение 9(I). Регистрируют сигнал с=L·τ₄·ρ₆·τ₁·ρ₇·ρ₈·ρ₉·τ₁₀, соответствующий потоку излучения с установленным контролируемым объективом 1, где ρ₇ - коэффициент отражения параболического зеркала 7 и ρ₈ - коэффициент отражения плоского зеркала 8.

Устанавливают вместо контролируемого объектива 1 контролируемый объектив 2, совмещают его фокус с фокусом зеркала 7 и регистрируют сигнал d=L·τ₄·ρ₆·τ₂·ρ₇·ρ₈·ρ₉·τ₁₀, соответствующий потоку излучения с установленным контролируемым объективом 2.

По результатам измерений получают два независимых уравнения:

и

,

из которых определяют коэффициенты пропускания:

где τ₁ - коэффициент пропускания первого объектива;

τ₂ - коэффициент пропускания второго объектива;

а - сигнал фотоприемника, соответствующий потоку излучения на входе в объективы;

b - сигнал фотоприемника, соответствующий потоку излучения с двумя установленными объективами;

с - сигнал фотоприемника, соответствующий потоку излучения с установленным первым объективом;

d - сигнал фотоприемника, соответствующий потоку излучения с установленным вторым объективом.

Для исключения дрейфа измеряемых сигналов, вызванного влиянием внешних факторов и нестабильностью источника излучения, измерение сигналов а и b выполняют поочередно, а измерение сигналов c и d сопровождают контрольными измерениями сигналов а; постоянство соответствующих сигналов а поддерживают, регулируя электрический режим питания источника излучения.

В соответствии со способом измерены спектральные коэффициенты пропускания двух однотипных объективов с фокусным расстоянием f=250 мм и относительной светосилой 1:5. Каждый из объективов состоял из трех линзовых компонентов, на поверхности которых были нанесены просветляющие покрытия. Измерения выполнены с монохроматором МДР-12. В качестве источника излучения использовался глобар, приемником излучения служил оптико-акустический приемник ОАП-7-1. Регистрация сигналов осуществлялась мультиметром Agilent 3458A с погрешностью, не превышающей 0,3%. В схеме измерений использовалось внеосевое параболическое зеркало (уравнение параболы у²=1080 х, световой диаметр d_св=62 мм). Максимальное значение спектрального коэффициента пропускания составило 0,770. Различие в значениях коэффициента пропускания объективов не превышало 5% и объяснялось влиянием технологических факторов, приводящих к неидентичности нанесенных просветляющих покрытий.

Общая расчетная погрешность измерения спектрального коэффициента пропускания не превышала 1,6%.

Способ заключается в регистрации потоков излучения на входе в объективы и прошедшего через объективы и вычислении коэффициента пропускания. Используют два контролируемых объектива. Освещают первый объектив параллельным потоком излучения, совмещают фокусы объективов и регистрируют параллельный поток излучения из второго объектива фотоприемной системой. Направляют плоскими зеркалами параллельный поток излучения на объектив фотоприемной системы и регистрируют поток излучения на входе в объективы. Устанавливают вместо второго объектива зеркало со сферической или параболической поверхностью, совмещают фокусы зеркала и первого объектива и регистрируют параллельный поток излучения, отраженный зеркалом. Вместо первого объектива устанавливают второй, совмещают его фокус с фокусом зеркала и аналогично регистрируют соответствующий поток излучения. Коэффициент пропускания объективов рассчитывают по формулам, приведенным в формуле изобретения. Технический результат - упрощение определения коэффициента пропускания по результатам фотометрирования только двух объективов и повышение точности измерения путем исключения погрешностей, связанных с влиянием внешних факторов на результат регистрации потоков излучения и вносимых переустановками фотоприемника. 1 ил.

Способ измерения коэффициента пропускания объективов, заключающийся в регистрации потока излучения на входе в объективы, регистрации потока излучения, прошедшего через два последовательно установленных объектива, и вычислении коэффициента пропускания объективов из отношения зарегистрированных величин, отличающийся тем, что в качестве контролируемых берут два объектива, освещают первый контролируемый объектив параллельным потоком излучения, совмещают фокусы контролируемых объективов, параллельный поток излучения из второго объектива направляют плоским зеркалом на объектив фотоприемной системы и регистрируют соответствующий поток излучения, направляют плоскими зеркалами параллельный поток излучения на объектив фотоприемной системы и регистрируют поток излучения на входе в объективы, устанавливают вместо второго контролируемого объектива зеркало со сферической или параболической поверхностью, совмещают фокусы зеркала и первого контролируемого объектива, параллельный поток излучения, отраженный зеркалом, направляют плоскими зеркалами на объектив фотоприемной системы и регистрируют соответствующий поток излучения, вместо первого контролируемого объектива устанавливают второй, совмещают его фокус с фокусом зеркала и аналогично регистрируют соответствующий поток излучения, а коэффициент пропускания объективов рассчитывают по формулам:


где τ₁ - коэффициент пропускания первого объектива;
τ₂ - коэффициент пропускания второго объектива;
а - сигнал фотоприемника, соответствующий потоку излучения на входе в объективы;
b - сигнал фотоприемника, соответствующий потоку излучения с двумя установленными объективами;
с - сигнал фотоприемника, соответствующий потоку излучения с установленным первым объективом;
d - сигнал фотоприемника, соответствующий потоку излучения с установленным вторым объективом.