Рефлектометр для вогнутых зеркал Советский патент 1993 года по МПК G01N21/55 

Изобретение относится к области технической физики, а конкретно к фотометрии и спектрофотометрии, и может быть использовано для определения абсолютного значения коэффициента отражения вогнутых зеркал и его спектра

Целью изобретения является повышение точности определения абсолютного значения коэффициента отражения вогнутого зеркала, а также определение абсолютного значения спектрального коэффициента отражения вогнутого зеркала

На фиг. 1 представлена оптическая схема рефлектометра для точного определения абсолютного значения коэффициента отражения вогнутых зеркал; на фиг. 2 - оптическая схема рефлектометра для точного определения абсолютного значения спектрального коэффициента отражения этих зеркал путем сопряжения системы по фиг. 1 со спектральным прибором посредством согласующей оптической системы, состоящей из вогнутых объектива, коллектива и плоских зеркал

На фиг. 1 плоское зеркало I устанавливается в положение I или V. В положении 1 его отражающая поверхность проходит через точку пересечения отрезков 00 и РР осветительной и приемной оптических систем (не показанных на фигуре), непосредст00

ю ел

Јь XI

венно подключая их друг к другу. В положении 1 оно включает между этими системами афокальную автоколлиматориую вставку с держателем 2, на котором во время измерения должно быть установлено испытуемое вогнутое зеркало 3, и плоским зеркалом 4. Держатель 2 имеет все необходимые подвижки для ориентации и фокусировки испытуемого зеркала 3 гак, чтобы вставка правильно сопрягала осветительную систему с приемной системой.

Рефлектометр по схеме 1 работает следующим образом.

При установке плоского зеркала в положение V излучение из осветительной системы проходит непосредственно в приемную оптическую систему, которая зафиксирует полный сигнал Ф . При установке зеркала в положение 1 излучение дополнительно претерпевает 2 отражения от испытуемого вогнутого зеркала 3 и одно от автоколлимационного зеркала 4, после чего также попадет в приемную систему. Приемная система зафиксирует ослабленный сигнал Ф. Отношение этих сигналов определяет пропускание системы зеркал 3-4-3.

Т- Ф

Ф1

Поставленная цель достигается тем, что переключением плоского зеркала 1 из кода лучей исключается афокальная автоколлимационная система, состоящая из плоского автоколлимационного зеркала и испытуемого вогнутого зеркала любого радиуса кри визны. При этом все световые пучки сохранят свою структуру и фокусировку благодаря афокальности системы зеркал 3-4-3.

Это обеспечивает большую точность измерения коэффициента пропускания Т исключенной из хода лучей системы.

Т равно произведению коэффициента отражения Rp, среднего по широкому рабочему пятну на поверхности зеркала 4, на квадрат (из-за двукратного отражения) интересующего нас среднего по поверхности коэффициента отражения R вогнутого зеркала.

Но среднее отражение поверхности плоского зеркала 4 может быть заранее измерено с очень высокой точностью абсолют- ным методом. Остается вычислить отражение эб.йэзца по формуле

R T/Rp(2)

Общая погрешность определения абсолютного значения зависит от погрешностей измерения сигналов, погрешности аттестации зеркала 4

d 0,5(d Ф дФ + d R).

Если последнее слагаемое очень мало, погрешность определения соизмерима с по- грешностью измерения сигналов.

Фиг. 2 представляет пример конкретно- 5 го выполнения сопряжения рефлектометра со спектрофотометром РЕ-580 для измерения спектрального коэффициента отражения вогнутых зеркал.

Оптические элементы 1-4 (те же, что 1-4

Ю на фиг. 1) помещаются в кюветное отделение спекрофотометра. Оптическое сопряже- ние с ним обеспечено согласующей системой 5-9. Плоское зеркало 5 установлено напротив входного окна кюветного от15 деления. Коллектив б и объектив 7 имеют одинаковые фокусные расстояния и разнесены друг от друга на двойное фокусное расстояние. Размеры, место и поворот плоских зеркал 5,8 и 9 определяются конструк20 тивно.

Схема работает следующим образом. Излучение в отсутствие рефлектометра проходило кюветного отделение насквозь и образовывало в центре кюветного отделе25 ния изображение ИО источника излучения (сам источник за пределами фигуры), в котором все точки образованы телецентрическим ходом лучей.

На схеме показано прохождение габа30 ритных лучей. После установки в кюветном отделении рефлектометра с согласующей системой плоское зеркало 5 отклоняет излучение на зеркальный коллектив 6, на котором теперь образуется изображение

35 источника И1. Коллектив 6 строит изображение зрачка в фокусе объектива 7, формиру- ющего изображение источника без увеличения, так что в выходной ветке системы восстановлена структура светового по40 тока на входе кюветного отделения, но зато зеркало 8 направляет свет на зеркало 1 рефлектометра со смещением относительно исходного лучей в кюветном отделении. Плоское зеркало рефлектометра в позиции

45 V направляет его сразу на зеркало 9, после отражения от которого излучения поступает на выход кюветного отделения спектрофотометра как бы из прежнего изображения ИО в кюветном отделении, являющегося для

50 зеркала 9 мнимым изображением.

Фактическое изображение И2 зеркалами 5, 6, 7, 8 и 1 сформировано между зеркалами 1 и 9.

55 при переключении плоского зеркала в позицию 1, промежуточное изображение формируется между зеркалами 1 и 8 в точке ИЗ, затем передается системой зеркал 1, 3, 4, 3 в точку И2 с сохранением исходной структуры светового потока.

В остальном система рабоает так же, как по фиг. 1 (во всем рабочем спектральном диапазоне спектрофотометра).

Дополнительная согласующая система 5-9, как и сам рефлектометр 1-4, эфокаль- на. Поэтому это устройство целиком может быть использовано и с другими спектрометрами, в частности, имеющими изображение на окошке кюветного отделения и не обеспечивающими телецентрический ход лучей в нем.

Благодаря использованию автоколлимационной оптики рефлектометр работает в широком диапазоне радиусов кривизны испытуемых зеркал, ограниченном только конструктивными параметрами кюветного отделения и оптики.

Таким образом, достигается дополнительная цель - точное определение абсолютного значения спектрального коэффициента отражения вогнутых зеркал.

Нами изготовлен рефлектометр по схеме фиг. 2 в виде приставки к спектрофотометру РЕ-580. Он также может быть установлен в кюветных отделениях отечественных спектральных приборов типа ИКС- 31 и в зарубежных приборах других моделей.

Испытания рефлектометра по образцам, изготовленным на прозрачных оптических материалов, для которых возможен точный расчет коэффициента отражения по формулам Френеля, показали сходимость определения коэффициента отражения с ожидаемым по расчету в пределах 0,3% для области 2,5-10 мкм.

Формула изобретения

1. Рефлектометр для вогнутых зеркал, содержащий оптически связанные осветительную систему с источником излучения и расположенные по ходу излучения плоское зеркало, установленное под острым углом к

оптической оси рефлектометра, держатель для крепления и фокусировки испытуемого вогнутого зеркала, автоколлимзционное зеркало и приемную оптическую систему,

отличающийся тем, что. с целью повышения точности определения абсолютного значения коэффициента отражения вогнутого зеркала, плоско зеркало установлено с возможностью поочередного фиксирования в двух положениях с различными значениями острого угла с оптической осью, причем в одном из этих положений точка пересечения оптических осей осветительной и приемной оптических систем расположена на отражающей поверхности зеркала, указанные оси составляют с отражающей поверхностью равные углы, при этом осветительная и приемная оптические системы сопряжены друг с другом через плоское зеркало.

2. Рефлектометр, поп. 1,отличаю- щ и и с я тем, что, с целью определения абсолютного значения спектрального коэффициента отражения вогнутого зеркала, в осветительную или приемную оптическую системы введена дополнительная согласующая оптическая система, содержащая вогнутые зеркальные объектив и коллектив с

равными фокусными расстояниями, расположенные на двойном фокусном расстоянии друг от друга, спектральный прибор и три вспомогательных плоских зеркала, два из которых расположены соответственно на

входе и выходе кюветного отделения спектрального прибора, а третье расположено по ходу излучения за объективом и оптически связано через объектив и коллектив с вспомогательным плоским зеркалом, расположенным на входе кюветного отделения спектрального прибора, и плоским зеркалом рефлектометра.

Фиг.1.

Использование: фотометрия и спектро- фотометрия. Сущность изобретения абсолютный рефлектометр для вогнутых зеркал, в котором используется переключение маленького зеркала для точного фотометриро- вания автоколлимационной оптической системы, составленной из плоского зеркала с известным коэффициентом отражения и испытуемого вогнутого зеркала (в держателе) Высокая точность определения коэффициента отражения самого вогнутого зеркала обеспечивается афокальностью фотометри- руемой системы, сохранением структуры и размеров световых пятен на зеркалах, двукратным отражением от этого зеркала и высокой точностью аттестации плоского зеркала Обеспечено измерение спектра абсолютного значения коэффициента отражения вогнутых зеркал с помощью современных серийных спектральных приборов, причем элементы рефлектометра вводятся в кюветное отделение и оптически сопрягаются с оптической системой прибора афокальной согласующей системой, состоящей из зеркальных объектива и коллектива одинаковой кривизны, разнесенных на двойное фокусное расстояние и вспомогательных плоских зеркал 1 з.п ф- лы 2 ил Ё