Способ измерения показателя преломления оптического стекла Советский патент 1990 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оптическим измерениям показателя преломления стекла, и может быть использовано в оптико-механической промышленности, а также при физических исследованиях оптически прозрачных материалов.

Целью изобретения является повышение точности измерения показателя преломления.

На фиг.1 показана оптическая схема измерений; на фиг.2 - устройство, реализующее способ измерения показателя преломления оптического стекла.

Устройство содержит источник линейного спектра, формирующий параллельный световой поток 1, призму 2 из исследуемого стекла, зеркало 3, автоколлиматор 4, поворотную платформу 5 с преобразователем 6 угла и предметным столом 7, на котором установлена призма 2, за которой установлен формирователь 8 начала считывания информации. Зеркало 3 установлено на неподвижном корпусе 9 под углом у к параллельному световому потоку 1, выходящему из автоколлиматора 4. На первый вход блока 10 обработки информации поступают сигналы с выхода преобразоел

v|

00

ел

СО

со

315

ват-еля 6 угла, на второй вход - сигналы с выхода фотоэлектрического автоколлиматора 4, а на третий вход - сигналы с выхода формирователя 8 начала считывания информации с преобра- зователя 6 угла.

Способ осуществляют следующим образом.

Призму 2 устанавливают на предметном столе 7 так, чтобы ось вращения поворотной платформы 5 лежала на биссектрисе преломляющего угла о призмы 2, которая заранее может быть обозна

предметного стола 7, устанавливают вместо нее по центру параллельного светового потока 1 второе плоское зеркало 11 и совмещают плоскость этого зеркала с осью вращения преобразователя 6 угла. Регулировкой предмет- Ного стола 7 совмещают нормаль к зеркалу 11 с плоскостью, образованной параллельным световым потоком 1 и нормалью к зеркалу 3, автоколлимацию которого осуществляли при установленной призме 2.

После установки зеркала 11 включа

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет производить измерение показателя преломления оптического стекла. Цель изобретения - повышение точности измерений. Через образец стекла, выполненный в виде призмы, пропускают параллельный поток излучения от источника линейчатого спектра, устанавливают зеркало на пути светового потока, выходящего через рабочую грань призмы, измеряют с помощью преобразователя угла преломляющий угол призмы и два угла падения для каждой длины волны регистрируемого спектра, при которых достигается автоколлимация зеркала. Устанавливают вместо призмы по центру параллельного потока второе плоское зеркало, совмещают плоскость этого зеркала с осью вращения преобразователя угла, а нормаль к зеркалу - с плоскостью, образованной параллельным потоком и нормалью к первому зеркалу. Измеряют угловое положение первого зеркала относительно параллельного потока автоколлимации обоих зеркал. О показателе преломления оптического стекла судят по величинам измеренных углов. 2 ил.

чена на ее основании. После установки , ют вращение поворотной платформы 5. призмы 2 включают источник линейчатого спектра, установленный в фотоэлектрическом автоколлиматоре 4. Световой поток 1 источника линейчатого спектра проходит через щелевую диафрагму, вы- jn ходит параллельным потоком из автоколлиматора 4 и проходит через призму 2, которая разлагает световой поток 1 в спектр. На неподвижном корпусе 9 устанавливают зеркало 3 ка пути свето вого потока 1, выходящего через рабочую грань призмы.

Угол Y установки зеркала 3 определяется отсутствием полного внутреннего отражения и выбирается из диапазона

30

При вращении платформы 5 с преобразо вателем 6 на выходе автоколлиматора 4 регистрируют электрические импульс в моменты времени, когда достигается автоколлимация зеркал.

По результатам счета в блоке 10 вычисляют угол у установки зеркала 3 относительно параллельного светового потока 1 .

Принцип измерения показателя преломления поясняется ходом светового потока 1 через призму 2 при автоколл мации of зеркала 3 (фиг.1).

На основании закона Снеллиуса и геометрических соотношений (фиг.1) для призм формула для показателя пре ломления n , призмы на длине волны

2 + d - aresin -coso/+sinoA/n2 -I

ol +2areeos Г n, sin 1.

L Л г 2 J

f

2

H (O

где гк ,п , - соответственно синяя и

Пг п ч

с красная границы измеряеПЛ

где

мого диапазона показателей преломления, о( - угол при вершине призмы. После установки зеркала 3, обеспе-40 чивающего автоколлимационный ход лучей, включают вращение поворотной платформы 5. При вращении платформы 5

с преобразователем 6, например коль- . ,.

„огде 1+cos2 (r-w9 +2cos(y-o/) coso цевым лазером, призмой 2 на выходе 45 - . Я ,

Lf- угол падения светового по

на грань призмы. В результате тригонометрически преобразований выражение (1) може быть приведено к квадратному урав нию относительно tgcf:

X7)tg2tf+21 ts + xO,

-n (я-о/) cosOy-o/) +coso/J; (y-« ) -n sinV. Угол -Y установки зеркала 3 опре ляется условием (1).

автоколлиматора 4 регистрируют дважды электрические импульсы, сформированные для каждой длины волны регистрируемого спектра в моменты времени, когда осуществляется автоколлимацион- ный ход лучей. Также регистрируют импульсы -при автоколлимации от рабочих граней призмы 2.

По результатам счета информации в блоке 10 обработки информации вычисляют значения углов падения if, и tfy для каждой длины волны и преломляющий угол призмы 2. После измерения углов d , 1Д, (iпризму 2 снимают с

, ют вращение поворотной платформы 5. n

0

При вращении платформы 5 с преобразователем 6 на выходе автоколлиматора 4 регистрируют электрические импульсы в моменты времени, когда достигается автоколлимация зеркал.

По результатам счета в блоке 10 вычисляют угол у установки зеркала 3 относительно параллельного светового потока 1 .

Принцип измерения показателя преломления поясняется ходом светового потока 1 через призму 2 при автоколлимации of зеркала 3 (фиг.1).

На основании закона Снеллиуса и геометрических соотношений (фиг.1) для призм формула для показателя преломления n , призмы на длине волны

имеет вид:

.ЈiDlXi fi L

ПЛ

. f . . sir4 sin( ol -arcsin)

ПЛ

(2)

где

. ,.

где 1+cos2 (r-w9 +2cos(y-o/) coso Lf- угол падения светового поток

на грань призмы. В результате тригонометрических преобразований выражение (1) может быть приведено к квадратному уравнению относительно tgcf:

X7)tg2tf+21 ts + xO, (3)

где 1+cos2 (r-w9 +2cos(y-o/) coso - . Я ,

-n (я-о/) cosOy-o/) +coso/J; (y-« ) -n sinV. Угол -Y установки зеркала 3 определяется условием (1).

Кроме этого, справедливо соотношение чч+ 1Г- г-ю(. (4) Из выражения (4) следует, что алгебраическая сумма измеряемых углов, при которых достигается автоколлимация зеркала 3, является постоянной величиной, не зависит от значения показателя преломления и, следовательно, длины волны светового потока.

51578599 6

Решая уравнение (2) с учетом выра- вычисления показателя преломления п.

жения (4) и теоремы Виета для корней уравнения (3), получим выражение для

как функцию углов (, Ц,, ср2, ), например, в виде:

n U (Р if v) Jlll 5iIri A2j JL-l L °5 Ј8JfiЈgyЈSi2iia:i (5)

nxw,if,, м,, уsin efttRi/, tg v,- u ь;

Подставляя величины измеренных углов в формулу (5), определяют показатель преломления оптического стекла.

Установка вместо призмы по центру параллельного светового потока плоского зеркала, совмещение плоскости зеркала с осью вращения преобр азователя угла, совмещение -нормали к зеркалу с плоскостью, образованной параллельным световым потоком и нормалью к зеркалу, автоколлимацию которого осуществляли при установленной призме, обеспечивают условия для высокоточного измерения углового положения зеркала, при котором исключаются составляющие погрешности из-за эксцентриситета и смещения по полю параллельного светового потока. Расчеты величины показателя преломления оптического стекла с учетом величины дополнительного угла более точны, чем без учета его.

Способ также может быть осуществлен .и в динамическом режиме путем вращения призмы и второго зеркала с последующим усреднением результатов измерений, что приведет к дальнейшему повышению точности.

Формула изобретения

Способ, измерения показателя ттре- -ломления оптического стекла, включающий зондирование образца в виде призмы коллимированным световым потоком с линейчатым спектром, направление

как функцию углов (, Ц,, ср2, ), например, в виде:

0

5

0

5

0

5

0

5

прошедшего через призму светового потока в обратном направлении первым плоским зеркалом, нормаль к плоскости которого совмещена с плоскостью главного сечения призмы, поворот призмы относительно оси, проходящей перпендикулярно плоскости главного сечения призмы через биссектр-ису ее преломляющего угла, фиксирование автоколлимации отраженного зеркалом луча при фотоэлектрической регистрации прошедшего призму светового потока и измерение для каждой длины волны зондирующего светового потока линейчатого спектра углов падения светового потока на рабочую грань призмы, соответствующих двух последовательным авто- коллимациям луча, отраженного зеркалом, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерений, коллимированный световой поток дополнительно направляют на первое плоское зеркало вторым плоским зеркалом, у которого отражающая плоскость совмещена с осью вращения призмы, а нормаль к ее поверхности - с плоскостью, образованной коллимированным световым потоком и нормалью к отражающей плоскости первого зеркала, поворачивают второе зеркало относительно падающего на него коллимирован- ного светового потока на угол у, при котором достигается автоколлимация зеркал, измеряют величину угла -у для каждой длины волны и по измеренным величинам углов определяют показатель преломления оптического стекла.

Л.

Редактор А.Лежнина

Составитель С.Голубев

Техред М.Ходанич Корректор Т.Палий

Заказ 1912

Тираж 511

ВНИШШ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

578599

Фиг1

Фиг. г

Подписное