Устройство для измерения коэффициента зеркального отражения Советский патент 1989 года по МПК G01N21/55 

1

(21)4192214/24-25

(22)11.02.87

(46) 15.08.89. Бкш. № 30

(72) С.А.Воробьев, А.А.Груздев,

С.В.Печенкин и М.Д.Стерин

(53)535.242(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 411356, кл. G 01 N 21/55, 1971.

Авторское свидетельство СССР j№ 723390, кле G 01 J 1/04, 1978.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЗЕРКАЛЬНОГО ОТРАЖЕНИЯ

(57)Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента зеркального отражения оптических поверхностей абсолютным методом без использования эталона сравнения. Целью изобретения является повьшение быстродействия измерений. Для этого в устройство для измерения коэффициента зеркального отражения, содержащее источник излучения, оптический канал, содержащий последовательно расположенные по ходу излучения диафрагму, оптическую систему, поворотный зеркальный отражатель, вьтолненный с возможностью переключения между двумя крайними положениями, фокусирук)щую линзу и фотоприемник, введен дополнительный оптический канал, содержащий последовательно расположенные по ходу излучения дополнительную диафрагму, оптическую систему, общую для обоих каналов, неподвижный зеркальный отражатель, отражающая поверхность которого расположена в одной плоскости с отражающей поверхностью поворотного зеркального отражателя в одном из его крайних положений, дополнительную фокусирующую линзу, дополнительный фотоприемник и делитель электрических СИ1- налов, подключенный к выходам фото- приемников, причем один из фотоприемников выполнен с возможностью регулировки коэффициента передачи. Устройство позволяет повысить быстродействие измерений за счет одновременного измерения сигналов, пропорциональных падающему на образец и отраженному от образца излучению. При этом исключается погрешность, обусловленная нестабильностью источника излучения. 1 ил.

сл

со

IsD

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента зеркального отражения оптических поверхностей абсолютным методом без использования эталона сравнения. Целью изобретения является повышение быстродействия измерений. Для этого в устройство для измерения коэффициента зеркального отражения, содержащее источник излучения, оптический канал, содержащий последовательно расположенные по ходу излучения диафрагму, оптическую систему, поворотный зеркальный отражатель, выполненный с возможностью переключения между двумя крайними положениями, фокусирующую линзу и фотоприемник, введен дополнительный оптический канал, содержащий последовательно расположенные по ходу излучения дополнительную диафрагму, оптическую систему, общую для обоих каналов, неподвижный зеркальный отражатель, отражающая поверхность которого расположена в одной плоскости с отражающей поверхностью поворотного зеркального отражателя в одном из его крайних положений, дополнительную фокусирующую линзу, дополнительный фотоприемник и делитель электрических сигналов, подключенный к выходам фотоприемников, причем один из фотоприемников выполнен с возможностью регулировки коэффициента передачи. Устройство позволяет повысить быстродействие измерений за счет одновременного измерения сигналов, пропорциональных падающему на образец и отраженному от образца излучения. При этом исключается погрешность, обусловленная нестабильностью источника излучения. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к фотометрическим устройствам, и может быть использовано для измерения коэффициента отражения зеркальных поверхностей абсолютным методом без использования эталона-сравнения.

Целью изобретения является повь1 шение быстродействия измерений.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из источника 1, основной и дополнительной диафрагм 2 и 3, оптической системы 4, поворотного и неподвижного зеркальных отражателей 5 и 6, основной и дополнительной фокусирующих линз 7 и 8, основного и дополнительного фотоэлектрнческих приемников 9 и 10, устройства 11 деления. Измеряемый образец обозначен на чертеже позицией 12,

Угол падения осевого луч в пучке на образец 12 обозначен i. Отрезок АС лежит в плоскости падения осевого луча на образец и заключен между точкой падения осевого луча на зеркальный отражатель 5 в его ,начальном - А положении и точкой пересечения плоскости отражателя 5 с нормалью к поверхности образца 12. Отрезок А С аналогичен для переключенного - А

та отражателя 5

Мали к образцу 12 составляет

в обе стороны от нор90 + i

--.

Устройство работает следуюпшм обположения отражателя 5. Угол поворо- фотоприемников будет равно единице.

В положение А поворотного отражателя 5 (на чертеже показано пунктиром) выходной сигнал фотоэлектрического приемника 9 определяется формулой, в которую входит также коэффициент , пропорциональньй коэффициенту зеркального отражения образца 12, т.е.

и , .K,,.K.5, (3) Таким образом, если вычислить от20

25

разом.

Поворотный отражатель 5 устанавливается в начальное положение А и производится выравнивание сигналов в двух каналах. Затем поворотный отражатель 5 устанавливается в переключенное (рабочее) положение А и производятся измерения. При установке поворотного отражателя 5 в начальное положение А (на чертеже показано сплошными линиями) излучение источ- ЗО ника 1 света через диафрагму 2 и оптическую систему 4 падает.на отражатель 5, В положении А этот отражатель отражает пучок на фокусирукщую линзу 7, через которую он попадает, на вход фотоэлектрического приемника 9, Аналогично пучок, прошедший через диафрагму 3 и оптическую систему 4, направляется неподвижным отражателем 6 через фокусирующую линзу 8 на второй фотоэлектрический приемник 10

При этом сигнал U, на выходе фотоэлектрического приемника 9 равен

и, В-К,.К4.КуК,-К5, (1) где В - яркость источника 1 света}

К - коэффициент, определяющий ту часть потока, которая прошла через диафрагму 2

К - коэффициент светопропускания оптической системы 4

К - коэффициент отражения отражателя 5j

сигналов и и и, то

1

оно

ношение равно

У - Bj KfK 4-Koir -Kj-KTK 2 и гг

и, . и.

(4)

Поскольку по результатам выравнивания выходных сигналов фотоэлектри35

40

H-l 1

и,

то

yi.

UT

45

ческих приемников К.

Ь.}.

При подключении фотоэлектрических приемников к измерителю отношений, последний измеряет значение коэффициента зеркального отражения образ-, ца Kfff .

Зеркальный отражатель 5 вращается вокруг оси С, перпендикулярной плоскости чертежа. Поскольку лАСО лА СО (по стороне ОС и прилегающим к ней углам), то СА СА , т.е. точки А и А на отражателе 5 совпадают. Поскольку углы поворота отражателя состав90

ля ют

+

т

а LOAC г:ОАС i CAB

LCA B

90° - i

, то в этом случае

К - коэффициент светопропускания линзы 7i

К - коэффициент передачи фотоэлектрического приемника 9. Сигнал и. на выходе второго фотоэлектрического приемника 10 равен Ua B-Ki-K.-KfKj.K,., (2)

где коэффшхиенты К, К, К Kg, К аналогичны соответственно коэффициентам К, К

4 S

I .,, Kg ДЛЯ форму

лы (1).

Поскольку по крайней мере один из фотоэлектрических приемников выполнен с возможностью регулирования коэффициента передачи, то добиваются равенства сигналов на выходах обоих фотоприемников.

При подключении выходов обоих фотоприемников к измерителю отношений на его выходе отношение сигналов с

сигналов и и и, то

1

оно

ношение равно

У - Bj KfK 4-Koir -Kj-KTK 2 и гг

и, . и.

(4)

Поскольку по результатам выравнивания выходных сигналов фотоэлектриО

5

0

H-l 1

и,

то

yi.

UT

5

ческих приемников К.

Ь.}.

При подключении фотоэлектрических приемников к измерителю отношений, последний измеряет значение коэффициента зеркального отражения образ-, ца Kfff .

Зеркальный отражатель 5 вращается вокруг оси С, перпендикулярной плоскости чертежа. Поскольку лАСО лА СО (по стороне ОС и прилегающим к ней углам), то СА СА , т.е. точки А и А на отражателе 5 совпадают. Поскольку углы поворота отражателя состав90

ля ют

+

т

а LOAC г:ОАС i CAB

LCA B

90° - i

5

, то в этом случае

.

tABC АВС 90, а это значит, что осевые лучи в двух положениях А и А отражателя отражаются не только от одной точки отражателя, но и распространяются после отражения по одному

и тому же направлению.

Оптическая схема рассчитана таким образом, что диаметры изображений диафрагм 2 и 3 на линзах 7 и 8 равны и это равенство сохраняется при обоих положениях поворотного отражателя 5, благодаря чему световые пучки от оптической системы U до лин 7 и 8 распространяются в световых трубках одинакового сечения. Это обу славливает одинаковые размеры изображений на фотоприемнике 10 и на фотоприемнике 9 (при обоих положениях отражателя 5).

Для устранения влияния оборачивае мости перед фотоприемниками устанавливаются светорассеивающие фильтры,

Таким образом, световой пучок отражается одним и тем же участком отражателя 5 при обоих его положениях, падает на фотоприемник 9 с одного и того же направления и освещает один и тот же участок фотоприемника, что в сочетании с рассеивающим свето-. фильтром, исключающим влияние обора- чивания светового пучка за счет отражения от образца, исключает зависимость измерений от угла падения пучка на фотоприемник, а также от возможной поверхностной неравномер- ности свойств фотоприемника.

Аналогично на фотоприемник 10 световой пучок падает под тем же углом, с того же направления и освещает такой же участок фотоприемника 10 как и фотоприемника 9.

Кроме того, оба фотопрйемника располагаются рядом друг с другом (следовательно, находятся в одном и том же тепловом режиме), оптический ход лучей от источника излучения до основного фотоприемника 9 в начальном положении и дополнительного фотоприемника 10 одинаков, элементы оптичес- ких каналов, сопряженных с одним и другим фотоприемниками практически идентичны, что повышает точность устройства. Описанная оптическая схема позволяет создать малогабаритное уст- ройство, удобное для работы накладным способом, которое может быть использовано при измерении коэффициента зеркального отражения крупногаба- ритньсх оптических отражателей.

Оптическая схема обеспечивает возможность создания конструкций с широким диапазоном углов падения света на образец (практически от углов.

Q

5

0 5 о

5

п с Q

близких к О, до углов, близких к 90),

При необходимости изменения yrnt. падения светового пучка на образец следует помимо разворота блока ис- точника света также переместить отражатели 5 и 6, установив соответствующее расстояние от оси вращения зеркального отражателя до испытуемого образца. Это расстояние легко определяется из решения треугольников АОВ и лев и равно

1 h-Fl - H-I il} i} siS-i.1 cos i

где h 80,

Для измерения коэффициента зеркального отражения в одной точке указанным методом (с переключением зеркального отражателя) требуется время 15 с.

Если работать тем же устройством без переключения зеркала, то на одно измерение требуется время s5 с. Однако, при этом накапливается погрешность измерения, обусловленная нестабильностью во времени источника излучения, а также мгновенными изменениями яркости источника, так как оптическая схема устройства одноканаль- ная.

Предлагаемое техническое решение позволяет сократить время измерения коэффициента зеркального отражения примерно на 10 с в каждой точке. Погрешность, обусловленная нестабильностью источника измерения исключается, Учитьшая, что для контроля коэффициента отражени:я только асферических отражателей СМ-265 необходимо сделать порядка 50000 измерений, предлагаемое техническое решение да- ет значительный эффект.

Формула

и 3

обретения

Устройство для измерения коэффициента зеркального отражения, содержащее источник излучения, оптический канал, содержащий последовательно расположенные по ходу излучения диафрагму, оптическую систему, поворот- ньй зеркальный отражатель, выполненный с возможностью переключения между двумя крайними положениями, фокусирующую линзу и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в устройство введен дополнительный оптический канал, содержащий последовательно расположенные по ходу излучения дополнительную диафрагму, оптическую систему, общую для обоих каналов, неподвижный зеркальный отра жатель, отражающая поверхность которого расположена в одной плоскости

с отражающей поверхностью поворотного лировки коэффициента передачи.

зеркального отражателя в одном из его крайних положений, дополнительную фокусирующую линзу, дополнительный фотоприемник и делитель электрических сигналов, подключенный к выходам фотоприемников, причем из фотоприемников выполнен с возможностью регуS fO fl