Способ измерения абсолютного значения коэффициента отражения зеркала Советский патент 1993 года по МПК G01N21/55 

СО

С

Использование: измерительная техника, в частности измерение абсолютных значений коэффициентов отражения излучения зеркал с эллиптической или гиперболической формой вогнутой отражающей поверхности. Сущность изобретения: абсолютное значение коэффициента отражения R исследуемого зеркала определяют из соотношения R - (а/b) , где а и b сигналы фотоприемников, соответствующие опорному потоку излучения и потокам излучения с исследуемым зеркалом, при этом осуществляют двукратное взаимодействие потока излучения с вогнутой отражающей поверхностью исследуемого зеркала 2 з п ф-лы. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, кспектрофотомет- рии, и предназначено для измерений абсолютных значений коэффициентов отражения излучения от зеркал с эллиптической или гиперболической формой вогнутой поверхности при нормальном падении излучения

Целью изобретения является повышение точности измерения коэффициента отражения зеркала

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения абсолютного значения коэффициента отражения зеркала формируют поток излучения с помощью оптической системы, измеряют его фотоприемником на выходе оптической системы в присутствии измеряемого зеркала и без него а коэффициент отражения определяют по отношению измеренных значений, с помощью оптической системы формируют параллельный поток излучения, измеряют опорный поток излучения, прошедший через оптически связанные объектив и сферическое зеркало с центральной диафрагмой, при этом фокус объектива совмещен с центром кривизны сферического зеркала, измеряют объектный поток излучения, прошедший через оптически связанные объектив, сферическое зеркало и измеряемое зеркало с двукратным взаимодействием потока излучения с вогнутой отражающей поверхностью измеряемого зеркала, при этом фокальные плоскости объектива и измеряемого зеркала совпадают с местоположением плоскости, касательной к центру отражающей поверхности сферического зеркала, а абсолютное значение коэффициента отражения измеряемого зеркала опре00

ю ел

о

деляют из соотношения R(-)

b

а,1/2

. где а и b сигналы фотоприемника, соответствующие объектному и опорному потокам излучения,

При измерении абсолютного значения коэффициента отражения зеркала с эллиптической формой вогнутой отражающей поверхности двукратное взаимодействие потока излучения с отражающей поверхностью измеряемого зеркала получают путем совмещения второго фокуса измеряемого зеркала с центром кривизны сферического зеркала.

При измерении абсолютного значения коэффициента отражения зеркала с гиперболической формой вогнутой отражающей поверхности двукратное взаимодействие потока излучения с отражающей поверхностью измеряемого зеркала получают путем Совмещения второго фокуса измеряемого зеркала с центром кривизны сферического зеркала.

Рассматриваемый способ иллюстрируется оптической схемой системы измерения абсолютного значения коэффициента отражения зеркал с эллиптической или гиперболической формой вогнутой поверхности (см. чертеж).

Оптическая система состоит из излуча теля 1 и размещенных на его оптической оси формирующей параллельный поток излучения оптики 2, светоделителя 3, вспомогательных элементов - объектива 4 и сферического вогнутого зеркала 5 с центральной диафрагмой, - измеряемого зеркала б,установленного в изделиедержателе 7 и фотоприемного устройства, состоящего из приемной оптики 8 и фотоприемника 9.

Позиция 1 размещения ряда элементов оптической системы соответствует их расположению при измерении зеркала с гиперболической формой отражающей поверхности, а позиция II - при измерении зеркала с эллиптической формой поверхности. Позиция III соответствует расположению элементов при измерении и интенсивности опорного потока излучения.

Способ измерения осуществляется следующим образом.

До начала измерений проводят юстировку оптических элементов, входящих в состав рассматриваемой оптической системы и размещенных друг отосительно друга согласно их функциональным особенностям. После проведения юстировки проводятся измерения в следующей последовательности. Измеряется сигнал а фотоприемника S. соответствующий интенсивности потока излучения после взаимодействия с объективом 4. сферическим 5 и измеряемым 6 зеркалами, - позиция 1 или (((Фигуры I) Величина этого

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

сигнала аЧ0 гз Re2 RS гз т& определяется интентисностью lo светового потока от излучателя 1 и прошедшего объектив 2, коэффициентами отражения (гз) и пропускания светоделителя 3 (гз) и объектива 4 (ТА), отражения зеркал 5 (Rs) иб (Re). Затем с оптической оси выводится измеряемое зеркало 6 и измеряют опорный поток излучения, когда фокус объектива 4 совмещен с центром кривизны сферического зеркала 5 - позиция III (Фигуры I). Сигнал фотоприемника в этом случае Гз ТА Rr%ra в.

Абсолютное значение коэффициента отражения измеряемого зеркала с эллиптической или гиперболической формой вогнутой отражающей поверхности определится как

Н§)1/2.

где а и b - сигналы фотоприемника, соответствующие объектному и опорному потокам излучения для позиций II, I и III фигуры расположения оптических элементов.

Пример. Формирующая оптика 2 создает параллельный поток излучения от источника 1. Устанавливается светоделитель 3 под углом 45° к оптической оси излучателя. Его оптическая поверхность направлена в сторону вспомогательного объектива 4, фокус которого совмещается с центром диафрагмы сферического зеркала 5 и располагается как бы на продолжении отражающей поверхности сферического зеркала в его центре. Устанавливается зеркало бив изделиедержателе 7 и при перемещении последнего вдоль оптической оси добиваются совмещение фокуса измеряемого зеркала с центром зеркала 5 и фокусом вспомогательного объектива 4, Факт совмещения регистрируется визуально по появлению отраженного от зеркал б и 5 излучения и возвращению излучения без виньетирования через диафрагму зеркала 5, а также по сигналу фотоприемника. Отраженное от светоделителя 3 излучение проходит оптическую часть 8 фотоприемного устройства и создает на чувствительной площадке фотоприемника 9 изображение изпучателл 1, промежуточное изображение которого формируется в фокальной плоскости вспомогательного объектива 4. Для измерения опорного потока измеряемое зеркало выводится с оптической оси, вспомогательное сферическое зеркало устанавливается таким образом, чтобы центр его кривизны был совмещен с фокусом вспомогательного объектива. В качестве источника излучения использовался лазер Не-Ме (R 0.6328 мкм). Оптическая система 2 представляла телескопическую систему объектиBOB и позволяла сформировать параллельный поток излучения диаметром 20 мм. Све- тоделитель 3 выполнен из плоскопараллельной стеклянной пластины диаметром 45 мм толщиной 6 мм с нанесен- ным на нее полупрозрачным слоем металли- ческого титана, обеспечивающего отношение коэффициентов отражения и пропускания слоя, близким к 1:1 (35%:28%). Объектив 4 имел фокус 50 мм диаметром 30 см. Приемник излучения представлял кремниевый фотодиод ФД-24К. В качестве вспомогательного сферического зеркала использовалось алюминированное стеклянное зеркало диаметром 200 мм, толщиной 15 мм и радиусом кривизны 580 мм, Диаметр центрального отверстия (диафрагмы) - 10 мм. Измеряемое зеркало представляло металлическое зеркало из алюминиевого сплава 1201 с гиперболической формой от- ражающей поверхности с фокусом 125 мм. Диаметр зеркала 160 мм, толщина 15 мм. При таком соотношении диаметров отверстия и собственно зеркала это может привести к потери около 0,3% светового потока в измерениях при расположении элементов системы в позиции III. Сравнение интенсив- ностей отраженных световых потоков излучения от вспомогательного зеркала с открытой диафрагмой и прикрытой пробкой с плоским алюминиевым зеркалом 10 не выявило различий. Это указывает, что точность и воспроизводимость подобных сравнений интенсивностей световых потоков, по крайней мере, хуже 0,3%. Использова- ние обычных средств регистрации предполагает, что ошибки подобных измерений потоков 1%. Это позволяет получить, что реальная точность измерений коэффициентов отражения зеркал с учетом измерения квадрата их величины близка к 0,5%. Непосредственные измерения абсолютного значения коэффициента отражения зеркала показали, что ,3% при относительной величине ошибки измерения 0,5%.

Для проведения спектральных измерений коэффициентов отражения зеркал в состав оптической схемы вводится, например, широкополосовой светофильтр в осветительную часть, а в оптическую часть фото- приемного устройства - монохроматор. Это позволяет обеспечить достаточную для измерений спектральную селекцию излучения.

Таким образом, новая последователь- ность операций и условия их проведения благодаря получению новых зависимостей в соотношениях измеряемых световых потоков излучения позволили вдвое повысить точность измерения коэффициентов отражения зеркал и обеспечить возможность проведения измерений для зеркал с гиперболической формой поверхности. Исключениеизрассмотренияспектрофотометрических характеристик входящих в оптическую систему элементов устранило необходимость метрологической аттестации этих вспомогательных элементов.

Формула изобретения

ствие потока излучения с вогнутой отражающей поверхностью исследуемого зеркала осуществляют путем совмещения второго фокуса исследуемого зеркала с центром кривизны сферического зеркала.