Устройство для измерения коэффициентов светопропускания оптических систем и элементов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЗШ С 01 1 1/20,РЮилвшааьопислние изоБИтения,К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДЮ СТВЕННЦЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБЙ-:ТЕНИй И ОТКЕНТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРМ 744240, кл. С 01 1 1/20, 1980(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯКОЭФФИЦИЕНТОВ СВЕТОПРОПУСКА 11 ИЯ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И Э 31 ЕМЕНТОВ по .авт.св. М 744240, о т л и ч а ю щ е е -с я тем, что, с целью повьйиения точности измерений за счет исключенияискажений, вносимых излучением, отраженным от преломляющих поверхностей исследуемых систем и элементов,посредством частотной селекции полезного сигнала и за счет повышенияотношения сигнал-шум посредствомуменьшения эффективной шумовой полосы фотоприемника, в него дополнительно введены первая поглощающая заслон.ка, связанная с автоколлимационным зеркалом, и вторая поглощающая заслонка, привод поочередного ввода-вывода в световой поток первой поглощающей заслонки и автоколлимационного зеркала, а также второй поглощаю"щей заслонки с фиксированной частотой, узкополосный электрическийфильтр, частота пропускания которогоравна указанной фиксированной частоте, измеритель сигналов переменноготока и программный блок, причем вторая поглощающая заслонка установлена между автоколлимационным зеркалом со связанной с ним первой поглощающей заслонкой и плоским зеркалом,между фотоприемным устройством и цифровым вычислителем последовательновключены узкополосный электрическийфильтр и измеритель сигналов переменного тока, при этом выход датчикаположения барабана длин волн монохроматора подключен к входу программного блока, первый выход которого соединен с приводом ввода-вывода, авторой выход подключен к входу цифрового вычислителя.Изобретение относится к технической оптике и может быть использованодля измерения характеристик оптических элементов и систем в лабораторных или цеховых условиях в процессе производства огтических приборов, например многозональных сканирующих радиометров. По основному авт,св.В 744240 известно устройство для измерения коэффициентов светопропускания оптических систем и элементов,со. держащее коллимированный источник излучения, светоделительный элемент, автоколлимационное зеркало и Фотоприемное устройство, в котором источник излучения выполнен в виде монохроматора, выходная щель которого совмещена с Фокальной плоскостью объектива коллиматора, между светоделительным элементом и фотоприемником установлена телескопическая система, выходной зрачок которой совмещен со светочувствительной площадкой фотоприемника, а входной зрачок. - с диафрагмой, за котооой нормально к оптической оси установлено плоское зеркало, обращенное отражающей плоскостью к автоколлимационному зеркалу, при этом плоское и автоколлимационное зеркала установлены с возможностью вывода из хода световых лучей, а барабан длин волн монохроматора снабжен датчиком положения, выход которого совместно с выходом Фотоприемного устройства подключен35 к цифровому вычислителю 11.Недостатком известного устройства является пониженная точность измерений, обусловленная искажениями регистрируемого сигнала. Эти искажения обусловлены излучением, отраженным от преломляющих поверхностей контралируемой системы, распространяющимся в оптическом тракте устройстваи одновременно с полезным сигналом, попадающим на чувствительную площадку фотоприемника. Снижение точности особенно велико в инфракрасном диапазоне где используются материалы с большими показателями преломпения,и, следовательно, интенсивность излучения, отраженного преломпяющими поверхностями, увеличивается. Другим недостатком известного устройства является большое количество ругных операций перестановки и регу" лнровки автоколлимационного зеркала,повторяемых при каждом измерении на всех контролируемых длинах волн.Это обуславливает высокую трудоемкость и низкую производительность процесса измерений.Целью изобретения является повышение точности измерений за счет исключения искажений, вносимых излучением отраженным от преломляющих поверхностей исследуемых систем и элементов, посредством частотной селекции полезного сигнала и за счет гговышения. отношения сигнал-шум посредством уменьшения эффективной шумовой полосы Фотоприемника,Дпя достижения указанной цели в устройство для измерения коэффициентов светопропускания оптических систем н элементов, содержащее коллимированный источник излучения, светоделительный элемент, автоколлимационное зеркало и Фотоприемное устройство, в котором источник излучения выполнен в виде монохроматора, выходная щель которого совмещена с фокальной плоскостью объектива коллнматора, между светоделительным элементом и фотоприемником уста.говлена телескопическая система, выходной зрачок которой совмещен со светочувствнтель ной площадкой Фотоприемника., а входной зрачок - с диафрагмой, за которой нормально к оптической оси установлено плоское зеркало, обращенное отражающей плоскостью к автоколлимационному зеркалу, при этом плоское и автоколлимационное зеркала установлены с возможностью вывода из хода световых лучей, а барабан длин волн монохроматора снабжен датчиком положения, выход которого совместно с выходом фотоприемного устройства подключен к цифровому вычислителю, дополнительно введены первая поглоцающая засггонка, связанная с автоколлнмационным зеркалом, и вторая поглощающая заслонка, привод поочередного ввода-вывода в световой поток первой поглощающей заслонки и автоколлимационного зеркала, а также второй поглощающей заслонки с фиксированной частотой, узкополосный электрический Фильтр, частота пропускания которого равна указанной фикси" рованной частоте, измеритель сигналов переменного тока и программный блок, причем втсрая поглощающая заслонка установлена между аьтоколлима11228 30 На чертеже изображена схема предлагаемого устройства для измерения Яалисиным зеркалом со связанной с ним первой поглощающей заслонкой и плоским зеркэлом, между Фотоприемным устройством и цифровым вычислителем последовательно включены узкополосный электрический фильтр и измеритель сигналов переменного тока, при этом выход датчика положения барабана длин волн монохроматора подключен к входу программного блока,пер- О вый выход которого соединен с приводом ввода-вывода, а второй выход подключен к входу цифрового вычислителя.Сущность изобретения заключается в том, что наличие в устройстве двух поглощающих заслонок и привода,обеспе чивающего по командам программного блока поочередный, с фиксированной частотой ввод-вывод в световой поток первой поглощающей заслонки и автоколлимационного зеркала, установленных на входе исследуемых систем и элементов,или второй поглощающей заслонки, установленной на Выходе таких систем, позволяет осуществить модуляцию соответственно подающего или прошедшего исследуемую систему излучения и сигналов фотоприемного устройства. Наличие в электронном тракте настроенного на фиксированную частоту модуляции узкополосного фильтра позволяет обеспечить отстройку измеряемых сигналов от.помех вносимых внешними эасУ35 веткаьи, рассеянным и отраженным от преломляющих поверхностей светом, дрейфовыми процессами и наводками в электрических цепях, так как составляющие частотного спектра перечисленных помех отличаются от частот пропускания узкополосного фильтра и отфильтровываются им, не внося искажений в измеряемый сигнал. При этОм ОсущестВление модуляции сВето 45 вого потока с помощью автоматически действующего, управляемого программным блоком привода, который с заданной частотой приводит в движение элементы устройства (в том числе автоколлимационное зеркало),исключает необходимость выполнения многократных ручных операций по перестановке и регулировке автоколлимационного зеркала. ко:.ФФ 1:,иептов светопропускания опти- ЧЕСКИХ СИСТЕМ И ЭЛЕМЕНТОВ.Устройство включает монохроматор 1, объектив 2 коллиматора, светоцелительную пластину 3, диафрагму 4, автоколлимационное зеркало 5,плоское зеркало 6, телескопическую систему 7, Фотоприемное устройство 8, дат- . чик 9 положения барабана длин волн монохроматора, цифровой вычислитель 10, первую и вторую поглощающие заслонки 1 и 12, привод 13 поочередного ввода поглощающих заслонок и автоколлимационного зеркала 5 в световой поток, программныи блок .14, узкополосный фильтр 15 и измеритель сигналов переменного тока 16,Положение исследуемой оптической системы или оптического элемента обозначено 17.Устройство работает следующим образом.После предварительной юстировки, которая заключается в установке плоского зеркала б в фокальной плоскости исследуемой оптической системы 7, на монохроматоре 1 выставляется контролируемая длина волны. При этом сигнал с датчика 9 барабана длин волн монохроматора, информирующий об установке требуемой длины волны, поступает на цифровой вычислитель 10 и нг программный блок 14, по команде которого цифровой вычислитель включается в режиме ввода сигнала, а привод включается в первом режиме работы, при котором он обеспечивает поочередный ввод-вывод в световой поток с фиксированной частотой Е автоколлимационного зеркала 5 и связанной с ним первой поглощающей заслонки 11. При введенном в ход лучей автоколлимационном зеркале 5 и выведенной первой заслонке 11, излучение монохроматора 1, коллимированное объективом 2, проходит светоделительную пластину 3, диафрагму 4,отражается от плоского зеркала 6, вновь проходит диафрагму 4, отражается от светоделительной пластины 3 и Формируется телескопической системой 7 на фотоприемном устройстве 8.При введенной в ход лучей первой поглощающей заслонке 1 и выведенном автоколлимационном зеркале 5, монохроматора 1, коллимированное объективом 2, проходит светоделитель. ную пластину 3, диафрагму 4, падаетна первую заслонку 11 и поглощается на ее поверхности. Таким образом, излучение направляемое на вход исследуемой системы, поочередно отражается автоколлимационным зеркалом 5 5 в оптический тракт устройства и возбуждает сигнал фотоприемного уст" ройства и поглощается первой заслон" кой 11 и не достигает фотоприемного устройства. При этом с фиксированной частотой Г осуществляется модуляция светового потока, направляемого на вход исследуемой системы и соответствующего ему сигнала Фотоприемного устройства. С Фотоприемного уст ройства .сигнал поступает на узкополосный фильтр, настроенный на частоту Г На выходе фильтра выделяетлся составляющая сигнала, отстроенная от шумов и помех, частоты которых лежат вне полосы пропускания 6 Й Фильтра. Далее сиг-, нал поступает на измеритель сигналов переменного тока и затем25 на вход цифрового вычислителя в запоминающем устройстве которого фиксируется измеренная величина 0Через заданный интервал времени программный блок Формирует команду, по которой цифровой вычислитель вклю чается в реяли ввода сигнала Б , а привод включается во втором режиме работы, при котором ок обеспечивает ввод-вывод второй поглощающей заслонки 12 в световой поток с часто той Г (при выведенных первой зас 7 онке 11 и автоколлимационном зеркале 5), При выведенной из хода лучей второй заслонке 12 излучение монохроматора 1, коллимированное объективом 4 О 2, проходит светоделительную пластину 3, диафрагму 4, исследуемую систему 17 (причем часть потока отражается преломляющимк поверхностями контролируемой системы в обратном 4 направлении), отражается плоским зеркалом б, снова проходит исследуемую систему, и вместе с отраженным преломляющим излучением проходит диафрагму 4, отражается светоделительной пластиной 3 и формируется телескопической системой 7 на Фотоприемном устройстве 8. При этом на Фотоприемное устройство одновременно поступают и излучение, дважды прошедшее контролируемую систему, и излучение, отраженное от ее преломляющих поверхностей. При введенной в ход лучей второй поглощающей заслонке 12, излучение монохроматора 1. коллимированное объективом 2, проходит светоделительную пластину 3, диаФрагму 4, исследуемую систему 17, 1,причем часть потока отражается преломляющими поверхностями в обратном направлении) и поглощается на второй заслокке 12, На Фотоприемное устройство поступает только излучение, отраженное преломляющими поверхностями контролируемой системы.Таким образом, во втором режиме работы на Фотоприемное устройство поочередно поступает излучение,дважды прошедшее исследуемую систему, плюс излучение, отраженное ее преломпяющими поверхностями или же только излучение, отраженное пделоьляющими поверхностями исследуемой систе Так как модулированная составляющая равна разности потоков, попадающими на Фотоприемное устройство при введенной и при выведенной заслонке, то в этом случае в устройстве модулируется только поток, дважды прошедший контролируемую систему, а поток, отраженный прелокля 1 ощими поверхностями, остается немодулированкым.С выхода фотоприемного устройства сигнал поступает ка узкополоскыч Фильтр 15, осуществляющий отстрайку его полезной модулированной составляющей от шумов и помех, ча"то гы спектра которых лежат вне полосы пропускания фильтра, к в том числе от кемодулированного сигнала, соответствующего отражению от греломляющих поверхностей исследуемой системы, Далее сигнал по"тупает на измеритель переменного тока и затем ка вход цифрового вычислителя, в запоминающем устройстве которого фиксируется неличина У . Через заданный интервалвремени йо команде, Формируемой программным блоком, привод ввода-вывода выключается, .а цифровой вычислитель производит вычисление значения коэффициента пропускаккя по формулел ГБяП,После этого на монохроматоре выставляются следующие значения длин волк и измерения повторяются требуемое количество раэ. При этом при каждом измерении обпесгечивается отстройка модулированного игнала от искажений вносимых кемодулироваккым кзлучением, что обеспечивает повышениеточности измерений. Конкретное выполнение устройства для измерения коэффициентов светопропускания оптических систем и элементов может быть осуществлено согласно схеме, приведенной на чертеже с использованием промышленно выпускаемых приборов и элементов, При О этом в качестве монохроматораможет использоваться монохроматор МДР, снабженный датчиком 9 положения барабана длин волн в качестве объектива коллиматора 2 - линзовый объек тив или внеосевое параболическое зеркало; в качестве светоцелительной пластины 3 может быть использована кварцевая или фпюоритовая плоско- параллельная пластина с полупрозрач ным алюминиевым покрытием. Диафрагма 4 может быть выполнена ирисовой (это облегчает согласование апертуры устройства и зрачка контролируемой системы), автоколлймационное зеркало 5 и зеркало 6 - плоские с наУ ружным отражающим покрытием, а телескопическая система 7 - линзовая, рассчитанная на рабочую область спектра. В качестве фотоприемника 8 30 могут быть использованы фотоумножители или фотоциоды. В качестве узкополосного фильтра 15 используется индуктивно-емкостной полосовой фильтр, а измерителем сигналов пере менного тока может служить цифровой , вольтметр ВЗ. В качестве цифрового вычислителя может быть использована микро-ЭВМ "Электроника 60 М". Элемент 12 выполняется в виде одно или многолопастного обтюратора, .а элементы 5 и 1 - в виде зеркального диска с наполовину зачерненной отражающей поверхностью. Привод можетбыть выполнен в виде двух синхронных 45 двигателей, кажцый из которых приво,:,ит цо вращение обтюратор или эеркальнык диск, При этом двигатель,вращающий диск, должен быть снабжен,например, соленоидным механизмом установки зеркального диска в световой поток. Програминый блок можетбыть выполнен в виде двух последовательно срабатывающих реле времени,Инструментальная погрешность описанного реального устройства определяется как сумма случайной ошибкии неучтенной систематической погрешности элементов и составляет 3 с,=13.При измерениях коэффициентов пропускания плоско-выпуклой линзы (радиусы кривизны К =а К = -100 мм толЭ ЯФщина 310 мм, показатель преломления п=1,5163) на длине волныЪ = 0,55мкм погрешность полученного значенияль = 0,91 составила 17, Измерения аналогичной линзы по известному устройству позволяют обеспечить точностьтолько 3,37 С ростом показателяпреломления (например в германиевыхлинзах), относительная точность устройства по прежнему составляет дс 13,в то время как погрешность при измерениях в известном устройстве дости"гает 437.,Использование предлагаемого устройства для контроля характеристикоптических элементов и систем при ихизготовлении, сборке и регулировке в процессе производства оптико-электронных приборов способствует повьппению точностных характеристик этих приборовБлагодаря автоматизации и увеличению производительности измерения,описанное устройство позволяет обеспечить осуществление непрерывного контроля параметров оптических элементов и систем на всех этапах технологического процесса производства.Составитель В.Калечиц Текр ед И. Гергель 3.Лосев Редакто орректор Н, Король одписно ишал 111 П "Патент", г.уагород, ул.роектная,каз В 27/ЗЗ Тирак 822ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва И 35 Раушская набд,4/5