Денситометр Советский патент 1989 года по МПК G01N21/59 

(21)4369604/31-25

(22)29.01,88

(46) 15.12.89. Бюл. № 46 (72) М.П.Гришин, В.Н.Гурко, Б.А.Зверев, А.В Киндзерский и В.Г.Пономаренко

(53)535.24(088.8)

(56) Зернов В.А. Фотографическая сенситометрия. М.: Искусство, 1980, с. 177.

Там же, с. 180.

(54)ДЕНСИТОМЕТР

(Ь7) Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к

устройствам определения оптических свойств материалов. Цель изобретения- повышение точности, расширение диапазона измерения интегральных оптических плотностей и упрощение конструкции. Для этого в денситометре, содержащем источник видимого излучения, собирающую линзу, молочное стекло с диафрагмой, световод проекционную систему и фотоприемник, световод выполнен в виде усеченного стеклянного конуса так, что лучи, попадающие на его коническую -поверхность, испытывают однократное полное внут- ренее отражение. 2 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к устройствам определения оптических свойств материалов. Цель изобретения - повышение точности расширение диапазона измерения интегральных оптических плотностей и упрощение конструкции. Для этого в денситометре, содержащем источник видимого излучения, собирающую линзу, молочное стекло с диафрагмой, световод, проекционную систему и фотоприемник, световод выполнен в виде усеченного стеклянного конуса так, что лучи, попадающие на его коническую поверхность, испытывают однократное полное внутреннее отражение. 2 ил.

Изобретение относится к исследованиям материалов путем определения их оптических свойств, а именно к устройствам денситометрирования и фотометрирования оптических плотностей изображений в проходящем свете.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения интегральных оптических плотностей и упрощение конструкции.

На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого денситометра; на фиг. 2 - ход лучей в световоде.

Денситометр содержит источник видимого излучения, состоящий из тела 1 накала и теплового фильтра 2, собирующую линзу 3, молочное стекло с диафрагмой 4, световод 5, проекционную систему, состоящую из линз 6 и 7, измерительные светофильтры 8 и фотоприемник 9.

Денситометр работает следующим образом.

Световой поток от тела 1 накала проходит теплофильтр 2 и собирается линзой 3 в плоскости диафрагмы 4. Угловая апертура освещающего пучка составляет 10 град. Свет, рассеянный измеряемым образцом, собирается световодом 5 и направляется проекционной системой через измерительные светофильтры 8 на фотоприменик 9. Угол СР образующей усеченного конуса световода ограничен снизу условием полного внутреннего отражения, которое имеет вид (см. фиг, 2).

сд ю

со

о

00

00

1

sinot. -,

где oL угол падения лучей на внутреннюю поверхность световода;

n - коэффициент преломления материала световода. Максимальньт угол 6 j,(j,(- отклонения лучей в световоде после их пона дания туда равен

,- . /sinU V акс arcsin(----),

где 60 И 90 - измеряемыр апертурный угол. Из фиг. 2 видно, что

OL ISO - р р) 90° -Ч и 90° + Ц

Тогда условие полного внутреннего отражения принимает вид

sin(90 + ( -6

MWtcD

Следовательно,

ц G

Макс

+ arcsin(-) - 90° .

В предельном случае, если U 90°, то условие ограничения снизу угла q образующей усеченного конуса световода принимает вид

Ц 2arcsin(-) - 90° ,

Система уравнений, описывающих ход лучей в световоде, имеет вид:

G, + 2oi ,кг 180° 0 МО. КС + ( 180° Ь 90 -Ч . Решая ее, получаем G, и((ло1кс 2(.

Для уменьшения размеров элементов оптической системы максимальный угол CJ , образованный лучом, отраженным от конической поверхности, и оптической осью равен максимальному углу CTj, образованному лучом, распространяющимся без отражения в световоде, и оптической осью. Следовательно, в предельном случае (усеченный конус вырождается в конус вследствие неограниченного уменьшения измерительной диафрагмы)

а„ G, ц омакс

- 2ц),

Отсюда получаем условие ограничения угла Lp сверху в виде

1 1 . / sinUx arcsin(---).

Диаметр D меньшего основания усеченного конуса D выбирается больше диаметра диафрагмы 4, для того, что- бы весь световой поток, пройдя через объект, собирался световодом 5, Высота h световода 5 тогда определяется выражением

15

h

D

tgtf; -

Так, если используется стекло К8 с коэффициентом преломления n 1,5163, измеряемый апертурный угол

и бО, а меньшее основание усеченного конуса D 3,8 мм, то получаются следуюшие значения для высоты h и угла Ц) образующей усеченного конуса: ,5MM;ef 9°10 ,

Световод 5 с линзой 6 для измерений интегральной оптической плотности образцов разной толщины имеет возможность перемещаться вдоль оптической оси. Поэтому входная поверхность световода расположена в передней фокальной плоскости проекционной системы.

Использование полного внутреннего отражения в световоде позволяет собирать на фотоприемнике при измерении интегральной оптической плотности весь световой поток, прошедший через объект, без потерь на частичное поглощение световой энергии в рассеивающем элементе и зеркальной поверхности световода прототипа, и позволяет увеличить точность производимых измерений и расширить их диапазон.

Формула изобретения

Денситометр, содержащий расположенные последовательно вдоль оптической оси источник видимого излучения, собирующую линзу, диафрагму, световод, выполненный в виде усеченного конуса, ось которого совпадает с оптической осью денситометра, про- екционную систему и фотоприемник , причем меньшее основание конуса является входной поверхностью световода и расположено в передней фокаль-

плоскости проекционной системы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, расширения диапазона измерения интеграль- ной оптической плотности и упрощения конструкции, световод выполнен цельным из оптического стекла, его выходная поверхность расположена с примыканием к передней поверхности проекционной системы, а высота h усечен- ного конуса и угол ц между его образующей и осью определяются соотношениями

D tg(arcsin(-™) - 2Cf) - tgtf

где D - диаметр меньшего основания

конуса;

п - коэффициент преломления материала световода; бо с и 90

2arc8in(-) - 90 Ц larcsin(),

т Чп

фиг.