РЕФЛЕКТОМЕТР Российский патент 2024 года по МПК G01N21/55 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента отражения зеркальных поверхностей оптических элементов, например, лазерных зеркал.

Известен рефлектометр для измерения коэффициента отражения лазерных зеркал, содержащий источник излучения и установленные последовательно по ходу его излучения светоделитель, опорное зеркало, столик для размещения исследуемого зеркала, приемник излучения и регистрирующий прибор, между светоделителем и опорным зеркалом установлена введена линза, а опорное зеркало, обращенное рабочей поверхностью в противоположную от линзы сторону, выполнено с отверстием, совмещенным с точкой фокуса линзы в плоскости рабочей поверхности зеркала, при этом столик для размещения исследуемого зеркала снабжен механизмом поступательного перемещения вдоль оси линзы/1/.

Данный рефлектометр не обеспечивает измерение коэффициента отражения при нормальном падении излучения на исследуемый объект, что соответствует условию эксплуатации лазерного зеркала в излучателе лазера. А кроме того, на точность измерения оказывают влияние характеристики оптических элементов рефлектометра (они не учитываются).

Наиболее близким по технической сущности является рефлектометр, содержащий источник излучения (лазер), расположенные по ходу излучения полупрозрачное зеркало, поворотные зеркала, две светоделительные пластины, держатель зеркала и четыре фотоприемника, два из которых оптически связаны с внешними по отношению к держателю зеркала поверхностями светоделительных пластин, а два других - с их внутренними поверхностями. Рефлектометр содержит также два позиционно-чувствительных фотоприемника, каждый из которых оптически связан с внешней поверхностью соответствующей светоделительной пластины. Держатель зеркала выполнен с возможностью вращения относительно двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в плоскости, перпендикулярной оптической оси рефлектометра/2/.

Этот рефлектометр обеспечивает высокую точность измерения коэффициента отражения при нормальном падении излучения на исследуемое зеркало при условии обеспечения высокоточной юстировки исследуемого зеркала, что обеспечивается возможностью вращения его держателя до момента достижения «нулевых» значений выходных сигналов одного из позиционно-чувствительных фотоприемников. Однако, так как положение светового пучка на чувствительной поверхности фотоприемника, регистрирующего излучение, отраженное от исследуемого зеркала, определяется с помощью позиционно-чувствительного фотоприемника, закрепленного на некотором расстоянии от фотоприемника, то появляются погрешности из-за неточности установки позиционно-чувствительного фотоприемника. Со временем они возрастают, что приводит к необходимости периодической трудоемкой корректировки его положения. Кроме того, рефлектометр содержит дополнительные элементы (позиционно-чувствительные фотоприемники), которые усложняют конструкцию.

Задача, на решение которой направлено изобретение, связана с обеспечением фотоприемниками, оптически связанными с внутренними по отношению к держателю зеркала поверхностями делительных пластин, одновременной регистрации светового потока пучка излучения и его положения на их фоточувствительных поверхностях, что устраняет погрешности из-за неточности юстировки исследуемого зеркала в его держателе и исключения из эксплуатации рефлектометра дополнительных трудоемких операций. Это достигается тем, что фоточувствительные поверхности фотоприемников выполнены в виде четырех квадрантов.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении точности измерения коэффициента отражения.

Указанный технический результат достигается тем, что в рефлектометре, содержащем источник излучения, расположенные по ходу излучения полупрозрачное зеркало, поворотные зеркала, две светоделительные пластины, держатель зеркала, выполненный с возможностью вращения относительно двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в плоскости, перпендикулярной оптической оси рефлектометра, четыре фотоприемника, два из которых оптически связаны с внешними по отношению к держателю зеркала поверхностями светоделительных пластин, а два других - с их внутренними поверхностями, фотоприемные устройства, оптически связанные с внутренними поверхностями светоделительных пластин, выполнены с использованием фоточувствительных элементов в виде четырех квадрантов.

На фиг. 1 представлена схема рефлектометра. На фиг. 2 изображена фоточувствительная поверхность фотоприемника, оптически связанного с внутренней поверхностью светоделительной пластины.

Рефлектометр содержит: источник 1 излучения, полупрозрачное зеркало 2, съемные заглушки 3 и 4, поворотные зеркала 5-7 и две светоделительные пластины 8 и 9. С фотоприемниками (ФП) 10-13.

Между пластинами 8 и 9 расположен держатель 14 зеркала, в котором устанавливается исследуемый оптический элемент - зеркало 15.

ФП 10 и 12 оптически связаны с внешними поверхностями пластин 8 и 9(по отношению к держателю 14 зеркала), а ФП 11 и 13 - с внутренними поверхностями пластин 8 и 9. Фоточувствительные поверхности ФП 11 и 13 выполнены в виде четырех элементов (квадрантов)(фиг. 2). На фиг. 2: А, В, С, D - фоточувствительные элементы фотоприемника (11, 13); а - сторона фоточувствительного элемента, m - ширина зоны нечувствительности между фоточувствительными элементами; X, Y - оси условной системы координат. ФП 11 и 13 целесообразно выполнить по схеме прецизионного ФП/3/.

Держатель 14 зеркала выполнен с возможностью вращения относительно двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в плоскости, перпендикулярной оптической оси рефлектометра.

Рефлектометр работает следующим образом.

Определение искомого коэффициента отражения зеркала 15 сводится к четырем измерениям.

При первом измерении заглушкой 4 перекрывают световой поток, поступающий на зеркало 6, заглушку 3 убирают. Убрано также зеркало 15. Часть светового потока Ф₁₁, падающего на пластину 8, отражается на ФП 10, а вторая часть этого потока проходит пластину 8, отражается от пластины 9 и попадает на ФП 13, выходной сигнал U₁₃ которого пропорционален сумме сигналов фоточувствительных элементов А, В, С, D (фиг. 2). Выходные сигналы U₁₀₁ и U₁₃₁ на ФП10 и 13 соответственно оказываются равными

где R₈₁ - коэффициент отражения от внешней поверхности пластины 8;

K₈ - коэффициент пропускания пластины 8;

R₉₂ - коэффициент отражения от внутренней поверхности пластины 9;

G₁₀ - чувствительность ФП 10;

G₁₃ - чувствительность ФП 13 (суммарная чувствительность элементов А, В, С, D ФП 13 с учетом зон нечувствительности).

Результат первого измерения

При втором измерении устанавливают зеркало 15 зеркальной поверхностью к пластине 8. Держатель 14 зеркала поворачивают вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в плоскости, перпендикулярной оптической оси рефлектометра, таким образом, чтобы световой пучок, отраженный от зеркала 15 и затем отраженный от внутренней поверхности пластины 8, попадал в центр «креста» (фиг. 2) ФП 11, что достигается при разности сигналов элементов А и С, В и D равной «0». Выходные сигналы ФП 10 и 11 (равный сумме сигналов элементов А, В, С, D) при этом равны

где Ф₁₂ - текущее значение светового потока, падающего на пластину 8 во время второго измерения;

R_x - искомый коэффициент отражения зеркала 15;

G₁₁ - чувствительность ФП 11.

Результат второго измерения

Перед третьем измерением устанавливают заглушку 3 и снимают заглушку 4. Убирают зеркало 15. Часть светового потока Ф₂₁, падающего на пластину 9, отражается на ФП 12, а вторая часть этого потока проходит пластину 9, отражается от пластины 8 и попадает на ФП 11, выходной сигнал U₁₁₂ которого пропорционален сумме сигналов фоточувствительных элементов А, В, С, D (фиг. 2). Выходные сигналы U₁₂₁ и U₁₁₂ на ФП12 и 11 соответственно оказываются равными

где R₉₁ - коэффициент отражения от внешней поверхности пластины 9;

K₉ - коэффициент пропускания пластины 9;

G₁₂ - чувствительность ФП 12;

Результат третьего измерения

При четвертом измерении устанавливают зеркало 15 зеркальной поверхностью к пластине 9. Держатель 14 зеркала поворачивают вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в плоскости, перпендикулярной оптической оси рефлектометра, таким образом, чтобы световой пучок, отраженный от зеркала 15 и затем отраженны 1 от внутренней поверхности пластины 9, попадал в центр «креста» (фиг. 2) ФП 13, что достигается при разности сигналов элементов А и С, В и D равной «0». Выходные сигналы ФП 12 и 13 (равный сумме сигналов элементов А, В, С, D) при этом равны

где Ф₂₂ - текущее значение светового потока, падающего на пластину 9 во время четвертого измерения.

Результат четвертого измерения

Решая систему из выражений (1), (2), (4), (5), (7), (8), (10), (11) относительно R_x и переходя к значениям X₁, Х₂, Х₃ и Х₄, получаем искомый коэффициент отражения

Полученный результат для коэффициента отражения зеркала 15 не зависит ни от величины светового потока, ни от характеристик оптических элементов, что обеспечивает высокую точность измерения.

Кроме того, выполнение чувствительных поверхностей фотоприемников в виде четырех квадрантов, позволяет исключить из рефлектометра два позиционно-чувствительных фотоприемника, что упрощает конструкцию рефлектометра, удешевляет его и исключает дополнительные операции при его эксплуатации.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. SU 1143181, G01N 21/55, 1994.

2. SU 1509688, G01N 21/55, 1989 (прототип).

3. Чернов ЕИ. Прецизионное позиционно-чувствительное фотоприемное устройство для информационно-измерительных систем и средств диагностики медицинского назначения // Биомедицинская радиоэлектроника. 2023. т, 26, N9. С. 38-43.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента отражения зеркальных поверхностей оптических элементов, например, лазерных зеркал. Рефлектометр, содержащий источник излучения, расположенные по ходу излучения полупрозрачное зеркало, поворотные зеркала, две светоделительные пластины, держатель зеркала, выполненный с возможностью вращения относительно двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в плоскости, перпендикулярной оптической оси рефлектометра, четыре фотоприемника, два из которых оптически связаны с внешними по отношению к держателю зеркала поверхностями светоделительных пластин, а два других - с их внутренними поверхностями, фотоприемные устройства, оптически связанные с внутренними поверхностями светоделительных пластин, выполнены с использованием фоточувствительных элементов в виде четырех квадрантов. Технический результат - повышение точности измерения коэффициента отражения. 2 ил.

Рефлектометр, содержащий источник излучения, расположенные по ходу излучения полупрозрачное зеркало, поворотные зеркала, две светоделительные пластины, держатель зеркала, выполненный с возможностью вращения относительно двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в плоскости, перпендикулярной оптической оси рефлектометра, четыре фотоприемника, два из которых оптически связаны с внешними по отношению к держателю зеркала поверхностями светоделительных пластин, а два других - с их внутренними поверхностями, отличающийся тем, что фотоприемные устройства, оптически связанные с внутренними поверхностями светоделительных пластин, выполнены с использованием фоточувствительных элементов в виде четырех квадрантов.