Фотометр для измерения коэффициента отражения оптической поверхности

Союз СоветскихСоцнапнстическихРеспубпнк ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 872973(22) Заявлено 02.11.78 (21) 2 б 81545/18-25с присоединением заявки Рй 2681546/25Опубликовано 15.10.81Бюллетень38 до делам иэаоретеиий и открытийДата опубликования описания 15.10.81 Р"тьев, 1 О.Б;Конев(72) Авторы изобретения Е.Т.Антропов, В.Т.Карпухин, В.Ки В.В.Кочетов нститут высоких температур АН С 66 Р-,(7 аявител ТОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТАРАЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ Изобретение относ ся к фотометрииано для измереения оптичеси может быть исполь ния коэффициента от их зеркал. звестен фотометффициента отраже я измеренияоптической щий источник изнов ерхно лучения,и ж риемник изветоделитель1. н верхностеи, например, лазер 10отометр не позволяетизмерять коэффиОднако этот фдостаточно точноциент 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 возможностью1 фиксации в двух позициях, для прямого,и отраженного света фокусирующие линзы, узел для юстировки,приемник излучения и регистрирую. - щий прибор 23Недостатком известного фотометра является сравнительно невысокая точность измерений оптических поверхностейВ частности, криволинейные поверхности искажают первоначальную геометрию светового пуч ка, идущего от источника излучения, и вызывают дополнительную фокусировку (или расфокусировку) излучения на приемнике излучения и дополнительное приращение (или снижение) электрического сигнала приемника,Цель изобретения - повышение точ ности измерений коэффициента отражения оптической поверхности.Поставленная цель достигается тем, что фотометр для измерения коэффициента отражения оптической поверхности, содержащий установленные последовательно источник излучения, светоделитель, расположенный87 50 ф"-1;1 ОУ 1 Р 1 с, 1 ца поворотном столике с возможностью фиксации в двух позициях, для прямого,н отраженного света, фокусирующие линзы, узел для юстировки, приемник излучения и регистрирующий прибор, дополн 1 тельно 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 оптический элемент может быть выполнен,в случае Фплоской контролируемой поверхности в виде плоской полупрозрачной пласти. ны, а вслучае криволинейной оптической поверхности - в виде сменной полупрозрачной линзы с фокусным расстоянием, равным радиусу кривизны контролируемой 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, фокусирующие 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 полупрозрачную линзу с. фокусным расстоянием, равным радиусу кривизны контролируемой поверхности, модулятор 10, ,размещенный на поворотном столике 4, резонансный усилитель 11 с собственной частотой, равной частоте модуляции, и регистрирующий прибор 12..Фотометр работает следующим образом.С помощью узла 8 юстируют контролируемую поверхность 5 в рабочее положение нормали к оптической оси источника излучения 1. Путем поворота поворотного столика 4 фиксируют светоделитель 3 в первую позицию. При этом модулятор 10 размещается в оптическом канале перед приемником излучения 2. Излучение от источника 1 про 2973 4ходит через оптический канал, включающий фокусирующие линзы 6 и 7,светоделитель 3 и модулятор 10 наприемник излучения 2, резонансныйусилитель 11. Снимают .отсчет ф. срегистрирующего прибора 12. Далее поворачивают поворотный столик 4 сосветоделителем 3 и модулятором 10во вторую позицию, При этом модулятор 1 О размещается в оптическом канале между контролируемой поверхностью 5 и полупрозрачным оптическим элементом 9. Излучение от источника 1 проходит через оптический15 канзлф включающий фокусирующую линзу 6, светоделитель 3 (прямой свет),полупрозрачный оптический элемент9, модулятор 10, контролируемую поверхность 5, вновь полупрозрачный оптический элемент 9, светоделитель3 и фокусирующую линзу 7 на приемник 2. Снимают отсчет ф с регистрирующего. прибора 12. Оценка коэффициента отражения оптической поверхности производится исходя из отношения снятых отсчетов Ф(фф,Ро Я, 11ф=1= 1.1 о Р оР"Зор , 1 - коэффициенты отражения соответственносветоделителя 3,полупрозрачного оп 35тического элемента9 и контролируемоиповерхности 5;р р р - коэффициенты пропускания фокусирующей40линзы б, светоделителя 3 и полупрозрачного оптическогоэлемента 9;10 - интенсивность светового потока от источ 45ника;К - коэффициент передачиприбора,Из (1) и 2) получают:(фф" ф,1 ф) К. (З) Коэффициент К, равный 1/Я., определяют градуировкой прибора с помощьюэталонных оптических поверхностей сизвестным коэффициентом отражения.Отсчет Ф может быть выражен соотношением5 8729 где Й - суммарный коэффициент.отраже"ния полупрозрачного оптического элемента 9 и контролируемой поверхности 5, откоторого зависит чувствительность измерений.Если со стороны светоделителя 3 падает световой поток с интенсивностью 10=1, то 15 35 55 1 )оВс=ЯВ Р 1 асПервый член в этом выражении представляет интенсивность, непосредственноотраженную от полупрозрачного оптического элемента (пластины) 9 припервичном падении на него интенсивности 1 о. Второй член Йс соответствует сложению парциальных световых потоков в результате многократного отражения света от поверхностей с коэффициентами отражения Й) и Й. Приэтом каждый раз часть излучения выходит через полупрозрачный оптический элемент (пластину) 9. Коэффициентотражения Йс образуется в результатесуммирования всех таких пйрциальныхсветовых потоков. Отсчет ф 3 может быть преобразован к видуф:К:)о 1 "о.) 1 к30Произведение Й. Я не оказывает1влияния на отсчет ф, так как соответствующая ему часть интенсивности не промодулирована и не пропускается резонансным усилителем 11. Отноше, ние отсчетов ф/ф позволяет определить искомый коэффициент Й) отражения оптической поверхности. При этоМ приведенные выражения для,отсчетов 40 ф и ф выполняютсятолько для неЯ. 1когерентного сложения интенсивностей световых потоков при условии 1) В, где Ь - длина когерентности измеряемого излучения, 4, - расстояние между поверхностью полупрозрачного оп. тического элемента и контролируемой оптической 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, модулирующего только внутренний поток между пласти 73 6ной и контролируемой поверхностью, и резонансного усилителя. При обычных тепловых источниках излучения это условие выполняется при 1=0,5-1,0 мм. Анализ выражения дляотношения отсчеЮ(4 й)тов фф : показыва(1-Я )С)ет, что при Й =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 по" верхности поперечный размер светового потока 01, освещающего полупрозрач- ный оптический элемент 9, выполненный в виде полупрозрачной сменной линзы, должен соответствовать условию ОО, где О - диаметр полупрозрачной сменной линзы. Фокусное расстояние полупрозрачной линзы определяютиз условия где 1 - оптическая сила (в диоптриях) сменной линзы:1 - оптическая сила контролируемой поверхности,Тогда соответствующее фокусноерасстояние Г= 1/:) =-21=-г, где г -радиус кривизны, т.е. фокусное рас-стояние дополнительной полупрозрачной линзы должно быть равно радиусу кривизны контролируемой поверхности, В этом случае расходимость,,вносимая в измерительный пучоксвета контролируемой. поверхностью,компенсируется рефракцией указаннойполупрозрачной линзы, и суммарнаяотражающая система (контролируемаяповерхность и полупрозрачный оптический элемент) ведет себя как плоская контролируемая поверхность.Таким образом, выполнение полупрозрачного оптического элемента ввиде сменной .полупрозрачной линзыкомпенсирует энергетические потери,вносимые в соответствующий оптический канал из-за кривизны контролируемой оптической поверхности. Использование изобретения позволяетувеличить точность измерений коэффициентов отражения плоских.и криволинейных оптических поверхностей,в частности, лазерных зеркал в 510 раз.Формула изобретения1, 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, фокусирующие линзы, узел для юстировки,приемник излучения и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, он дополнительно снабжен полупрозрачным оптическим элементом, расположенным за поворотным столиком 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. 87297382. Фотометр по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что полупрозрачный оптический элемент выполнен в виде плоской полупрозрачной пластины.3. Фотометр по п. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что полупрозрачный оптический элемент выполнен в виде сменной полупрозрачной линзы с фокусным расстоянием, равным радиусу кривизны контролируемой поверхности.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Антропов Е.Т., Автономов В.П.,Кочетов Ю,П. Рефлектор для области 10,6 мк. - "Приборы и техника экспе 2 о римента 975 Ы 2 с 1972. Авторское свидетельство СССР9 135256, кл. С 01 , 1/42, 196 (прототип).5одписно Филиал ППП "Патент", г. Ужгор П ая,ИИПИ Заказ 9012/61 Тираж 91о