Фотометр для измерения коэффициента отражения оптической поверхности Советский патент 1981 года по МПК G01J1/04 

(54) ФОТОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

I

ИГзобретение относится к фотометрии и может быть использовано для измерения коэффициента отражения оптических поверхностей, например, лазерных зеркал.

Известен фотометр для измерения коэффициента отражения оптической поверхности, сл)держащий источник излучения, светоделитель и приемник излучения Cl J

Однако этот фотометр не позволяет достаточно точно измерять коэффициент отражения.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является фотометр для измерения коэффициента отражения оптической поверхности, содержащий установленные последовательно источник излучения, светоделитель, расположенный на поворотном столике с возможностью фиксации в двух позициях, для прямого.и отраженного света фокусцрующие линзы, узел для юстировки.

приемник излучения и регистрирующий прибор C2l.

Недостатком известного фотометра является сравнительно невысокая точность измерений оптических поверхностей. В частности, криволинейные поверхности искажают первоначальную геометрию светового пуч-, ка, идущего от источника излуче/ния, и вызывают дополнительную фо10кусировку (или расфокусировку) излучения на приемнике излучения и дополнительное приращение (шш снижение) электрического сигнала приемника.

15

Цель изобретения - повьшение точности измерений коэффициента отражения оптической поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что фотометр для измерения

20 коэффициента отражения оптической поверхности, содержащий установленные последовательно источник излучения, светоделитель, расположенный на поворо.тном столике с возможностью фиксации в двух поз|1циях, для прямого и отраженного света, фокусирующие линзы, узел для юстировки, приемник излучения и регистрирующий прибор, дополнчтельно снабжен полупрозрачным оптическим элементом, расположенным за поворотным столи- . ком на одной оптической оси с источником излучения, на расстоянии, меньшем длины когерентности источника излучения, модулятором, размещенным на поворотном столике, и резонансным усилителем с собственной частотой, равной частоте модуляции. При этом полупрозрачный оптически элемент может быть вьтолнен,в случае плоской контролируемой поверхности.в виде плоской полупрозрачной пласти. ны, а вслучае криволинейной оптической поверхности в виде сменной полупрозрачной линзы с фокусным рассто нием, равным радиусу кривизны контро лируемой поверхности. На чертеже представлена принципиальная схема фотометра для измерения коэффициента отражения оптической поверхности. Фотометр содержит источник излучения 1, приемник излучения 2, свето делитель 3, расположенный на поворотном столике 4 с возможностью фиксации в двух позициях для прямого и отраженного от контролируемой оптической поверхности 5 света, фокуси рукщие линзы 6 и 7, узел 8 для юстировки контролируемой поверхности, полупрозрачный оптический элемент 9, например плоскую.полупрозрачную пластину для контроля плоских оптических поверхностей или сменную полупрозрачЦую линзу с фокусным расстоянием, равным радиусу кривизны контро лируемой поверхности, модулятор 10, .размещенный на поворотном столике 4, резонансный усилитель 11 с соб.ственной частотой, равной частоте модуляции, и регистрирующий прибор 12 .Фотометр работает следующим образом. С помощью узла 8 юстируют контррл руемую поверхность 5 в рабочее положение нормали к оптической оси источ ника излучения 1. Путем поворота поворотного столика 4 фиксируют светоделитель 3 в первую позицию. При этом модулятор 10 размещается в опти ческом канале перед приемником излучения 2. Излучение от источника 1 пр ходит через оптический канал, включакиций фокусирующие линзы 6 и 7, светоделитель 3 и модулятор 10 на приемник излучения 2, резонансный усилитель 11. Снимают .отсчет ф с регистрирующего прибора 12. Далее поворачивают поворотный столик 4 со свето елителем 3 и модулятором 10 во вторую позицию. При этом модулятор 10 размещается в оптическом канапе между контролируемой поверхностью 5 и полупрозрачным оптическим элементом 9. Излучение от источника 1 проходит через оптический канал, включающий фокусирующую лин-, ЗУ 6, светоделитель 3 (прямой свет) , полупрозрачный оптический элемент 9, модулятор 10, контролируемую поверхность 5, вновь полупрозрачный оптический элемент 9, светоделитель 3 и фокусирующую линзу 7 на приемник 2. Снимают отсчет ф с регистрирующего прибора 12. Оценка коэффициента отражения оптической поверхности производится исходя из отно- шения снятых отсчетов фя/ф. VKJoP «.; ги %li3o.p.p2Q.. у ,(г) где R.,. Rn, R.( коэффициенты отражения соответственно светоделителя 3, полупрозрачного оптического элемента 9 и контролируемой поверхности 5; PO.PI- коэффициенты пропускания фокусирующей .линзы 6, светоделителя 3 и полупрозрачного оптического элемента 9; интенсивность светового потока от источника;коэффициент передачи прибора. Из () и (2) получают V(i/)/PQ(a/)-i«:-(3) Коэффициент К, равный 1/я|., определяют градуировкой прибора с помощью эталонных оптических поверхностей с известным коэффициентом отражения. Отсчет Ф может быть выражен соотношениемa K;:3oP-i-Pa-Rc t суммарный коэффициент ния полупрозрачного оптичес кого элемента 9 и контролируемой поверхности 5, от которого зависит чувствител ность измерений. Если со стороны светоделителя 3 падает световой поток с интенсивностью 1л 1 , то Первый член в этом выражении предста ляет интенсивиость, непосредственно отраженную от полупрозрачного оптического элемента (пластины) 9 при первичном падении на него интенсивности IQ. Второй член RC, соответству ет сложению парциальных световых потоков в результате многократного отражения света от поверхностей с коэф фициентами отражения R и R/j. При этом каждый раз часть излучения выходит через полупрозрачный оптический элемент (пластину) 9. Коэффициен отражения R. образуется в результате суммирования всех таких парциальных световых потоков. Отсчет Ф может быть преобразован к виду (;1-ft,) -Pa-R a K-3o-PvR И-Яч«25 Произведение RA pf не оказывает влияния на отсчет ф , так как соответствующая ему часть интенсивности не промодулирована и не пропускается резонансным усилителем 11. Отноше. ние отсчетов позволяет определить искомый коэффициент R отражения оптической поверхности. При этом приведениые выражения для,отсчетов. Ф- и ф выполняются только для некогерентного сложения интенсивностей световых потоков при условии tj « I, где Ijc - длина когерентности измеряемого излучения, 1. - расстояние между поверхностью полупрозрачного оптического элемента и контролируемой о тической поверхностью. Таким образом в случае контроля плоских оптических поверхностей измеряют суммарный поток, выходящий из полупрозрачной пластины. Однако этот поток смешивается на выходе с первичным потоком, отраженным от обратной поверхности полупрозрачной пластины, в связи с чем необходима сепарация измерительного потока, осуществляемая совокупным действием модулятора, модулирукицего только внутренний поток между пласти НОЙ и контролируемой поверхностью, и резонансного усилителя. При обычных тепловых источниках излучения это условие выполняется при ,5-1,0 мм. Анализ выражения, для.,„ртношения отсче Р,( ТОВ Фп/Ф. II 1 ;-I-г-7- показываU-RnR i) ет, что при R 0,8-0,9 наблюдается увеличение точности измерений коэффициента отражения контролируемой оптической поверхности в 5-8 раз по сравнению с известным фотометром. В случае контроля криволинейной оптической поверхности поперечный размер светово- го потока D, освещакнцего полупрозрачный оптический элемент 9, выполненный в виде полупрозрачной сменной линзы, должен соответствовать условию D Оуу, где Од - диаметр полупрозрачной сменной линзы. Фокусное расстояние полупрозрачной линзы определяют из условия т ) оптическая сила (в диоптриях) сменной линзы; оптическая сила контролиг руемой поверхности. Тогда соответствующее фокусное расстояние f2 , где г радиус кривизны, т.е. фокусноерасстояние дополнительной полупрозрачной линзы должно быть равно радиусу кривизны контролируемой поверхиости. В этом случае расходимость, вносимая в измерительный пучок света контролируемой. Поверхностью, компенсируется рефракцией указанной полупрозрачной линзы, и суммарная отражающая система (контролируемая поверхность и полупрозрачный оптический элемент) ведет себя как плоская контролируемая поверхность. . -, Таким образом, выполнение полурозрачного оптического элемента в иде сменной .полупрозрачной линзы омпенсирует энергетические потери, носимые в соответствующий оптичесий канал из-за кривизны контролиуемой оптической поверхности. Исользование изобретения позволяет величить точность измерений коэфициентов отражения плоских и криолинейных оптических поверхностей, частности, лазерных зеркал в 510 раз.