Способ измерения коэффициента отражения и тест-объект для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК G01N21/55 

Изо.бретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения малых коэффициентов отражения, например коэффициентов отражения просветляющих покрытий. Известен способ измерения коэффициента пропускания, включающий облучение объекта потоком света, измерение интенсивности прошедшего через объект света, определение фотометрических градуировочных поправок при помощи фильтров, поляризаторов и других оптических элементов с известным коэффициентом пропускания и определение коэффициента пропускания объекта с учетом градуировочных поправок. Однако использование данного способа при измерении коэффициента отражения не всегда возможно. Известен также способ измерения коэффициента отражения, включающий облучение световым потоком тест-объекта с известным коэффициентом отражения, измерение коэффициента отражения тест-объекта, вычисление фотометрической градуировочной поправки по разности между известным и измеренным коэффициентами отражения, измерение коэффициента отражения исследуемого объекта и вычисление реального коэффициента отражения исследуемого объекта по измеренному коэффициенту отражения и фотометрической градуировочной поправке. Способ осуществляют при помощи тест-объекта, содержащего плоский оптический элемент, выполнен ный из материала с показателем прелом ления 1,3-4,0 2j . Недостатком известного способа является невозможность точного измер ния коэффициентов отражения, меньших 1,8%, так как оптических сред с пока зателем преломления меньше 1,3 не существует. Целью изобретения является повышение точности измерения коэффициентов отражения, меньших 1,8%. Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения коэффициента отражения, включающему облу чение световым потоком тест-объекта с известным коэффициентом отражения, измерение коэффициента отражения тес объекта, вычисление фотометрической градуировочной поправки по разности между известным и измеренным коэффициентами отражения тест-объекта, из1412 мерение коэффициента отражения исследуемого объекта и вычисление реального коэффициента отражения исследуемого объекта по измеренному коэффициенту отражения и фотометрической градуировочной поправке, тест-объект облучают линейно поляризованным светом, измеряют зависимость коэффициента отражения тест-объекта (Ru,..) от угла р между направлением поляризации падающего света и направлением собственной поляризации тест-объекта интервале углов (р ) 0-90 , а фотометрическую градуировочную поправку 1( U R) определяют из соотношения - R2, cosjO- R| , UR - R. Де R,, ,, коэффициент отражения материала тест-объекта для S и Р составляющих облучающего света; составляющая поляризации света, перпендикулярная плоскости падения; составляющая поляризации света, параллельная плоскости падения. При этом способ осуществляют с помощью тест-объекта, содержащего плоский оптический элемент, выполненный из материала с показателем преломления 1,3-4,0, в которьй дополнительно введен второй плоский оптический элемент, установленный под углом 60 2( 120° к первому. На фиг. 1 изображено сечение тестобъекта при значении угла 2Л между оптическими поверхностями, равному 60° (2 бо); на фиг. 2 - 60° «с 2tL на 3 - 2Ы на фиг. 4 - 90° ; на фиг. 5 2оС 120°; на фиг. 6 взаимное расположение облучающего линейно поляризов.анного света и тест-объекта. Тест-объект 1 содержит два плоских оптических элемента а и b , которые установлены под углом 2с6 Друг к другу. Облучаю1чий свет 2 падает на поверхность Ч отраженный от нее свет 3 - на поверхность Ь и отраженный от поверхности Ь свет 4 направляется на фотоприемник измерительного прибора (4мг. 2-4). Коэффициент отражения такого тестрбъекта зависит от показателя преломления материала тест-объекта, угла 2о6 между двумя плоскими оптическими элементами а и Ь и для линейно поляризованного света - от направления поляризации облучающего света. Работа тест-объекта рассчитана на двухкратное отражение падающего света (от поверхностей а и Ь). Таким образом, условиям работы тест-объект соответствует интервал угла 2ct- , определяемый неравенством 60 (фиг. 1 и 5), Коэффициент отражения --пасцвлн, тест-объекта в зависимости от ориентации облучающего линейно поляризо.ванного света определен при помощи формализма вектора и матрицы Джонса. Плоскость падения облучающего све та на тест-объект выбрана перпендикулярно линии пересечения плоскостей а и Ь (фиг. 6). в этом случае направление 5 собст венной поляризации тест-объекта, т.е направление, для которого не изменяется Р-поляризация облучающего линей но поляризованного света, также перпендикулярно линии пересечения плоских оптических элементов а и b . Коэффициент отражения тест-объекта зависит от угла р между направлением 6 поляризации облучающего света и направлением 5 собственной поляризации тест-объекта. Коэффициент отражения R тест-объе та 1 равен сумме квадратов, составля ющих вектора Джонса на выходе тестобъекта Е RpocverH + |Е R2 cos + + R| ) . Вектор Джонса выходе тестобъекта равен ВЫх Объекта(р)-Епол риз. toUi - I - матрица Джонса, описывающая отражение от тестобъекта;cosj) sinp матрица повороsin р cosp та , описывающая изменение ориентации облучающего линейно поляризованного света относительно тест-объекта; вектор Джонса облучающего линейно поляризоIванного света Rn коэффициенты отражения материала тест-объекта для S (перпендикулярной) и Р (параллельной) составляющих облучающего света; угол между направлением поляризации облучающего света и направлением собственной поляри-зации тест-объекта. ициент отрг1жения R тест-объзменяется от значения R R между направлением полярилучающего света и направлественной поляризации тест О, до значения R Rg 0° л. 1 приведены значения угя которых R 1,8%)При разначениях угла 2 между плосическими элементами и различениях показателя преломления ала тест-объекта.

Как видно из табл. 1, интервал углов р, для которых определяют градуировочную поправку, при промежуточных значениях п должен лежать в диапазоне О -90 .

Производят измерение коэффициента от15ажения двухслойного просветляющего покрытия в области спектра 640-760 нм при помощи микроскопаспектрофотометра МСФП-2 и при помощи предлагаемого способа и тест-объекта. Относительная точность измерения коэффициента отражения прибором

МСФП-2 составляет ±1,5% при R 1% и +0,08% при R 1% 2 .

Точность измерения коэффициента отражения при помощи предлагаемого способа и тест-объекта определяется точностью установки угла р, т.е. точностью установки поляризатора. При использовании поляризатора с точностью установки угла точность измерения коэффициента отражения составляет 0,005%.

Результаты измерений приведены в табл. 2.

Таблица 2

1. Способ измерения коэффициента отражения, включающий облучение световым потоком тест-объекта с известным коэффициентом отражения, измерение коэффициента отражения тестобъекта, вычисление фотометрической градуировочной поправки по разности между известным и измеренным коэффициентами отраженияi измерение Коэффициента отражения исследуемого объекта и вычисление реального коэффициента отражения исследуемого объекта по измеренному коэффициенту отражения и фотометрической градуировочной поправке, отличающий1С я тем, что, с целью повьпоения точности измерения коэффициентов отражения, меньших 1,8%, тест-объект облучают линейно-поляризованным светом, измеряют зависимость коэффициента отражения тест-объекта .. от угла р между направлением поляриза1и1и облучающего света и направлением собственной поляризации тест-объекта в интервале углов и 0-90°, а фотометрическую градуировочную поправку & R(p) опреде ляют из соотношения (Р1 ,ч1р)- - R|«stn, где R р коэффициент отражения тест-объекта.для S и Р составляющих облучающего света; S - составляющая поляризаS ции света, перпеидику- лярная плоскости падения; Р - составлякяцая поляризации света, параллельная плоскости падения. 2. Тест-объект для измерения коэффициента отражения, содержащий плоский оптический элемент, вьтолненный из материала с показателем преломления 1,3-4,0, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения коэффициентов отражения, меньших 1,8%, в него дополнительно введен второй плоский оптический элемент, установленный под углом 120°.

Из табл. 2 видно, что относитель- ,Q ная погрешность измерений на приборе МСФП-2 достигает 80%, а с использо / ./,

/,

/ х ; Xj j

й /

Фмг.1

4/1

.X

/, fi/

j jj О X

А

/ ,/ /, у V //

Фмг.5

.2 ванием предлагаемого способа и тест-объекта не превышает .

аФуг.

.5

6 5

;

5