Оптическое устройство регистрации зонального и интегрального светопропускания и отражения в оптическом образце

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИКЦ 1753376 й 215 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ЗОБРЕТЕНИЯ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВИД ЛЬСТВУ 2 1(21) 4867016/25 новленного на-оптическоМСтоле йме)ощем (22) 16.07.90 два привода линейного перемещения и по- . (46) 07.08,92. Бюл. М 29 ворота. К приемникам излучения подключе- (71) Государственный оптический институт ны элементы регистрации и обработки им. С.И,Вавилова данных, а сами они помещены в термоста- (72) И.К.Смолкин тируемых капсулах с возможностью попе- (56) Афанасьев В.А, Оптические измерения, речного перемещения относйтельно М.; Недра,1968, с.122-129 оптической оси падения на них световогоПатент Великобритании М 1382081, потока. Каждый ПИ регистрирует отражекл. 6 01 В 11/06, 1972 ние от ИИ, расположенного по одну сторойуобразца, и пропускание от второго ИИ, ус- (54) ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО РЕГИСТ- тановленного по другую сторону образца.РАЦИИ ЗОНАЛЬНОГО И ИНТЕГРАЛЬНО- Все ПИ и ИИ расположены в одной плоско- ГО СВЕТОПРОПУСКАНИЯ И ОТРАЖЕНИЯ сти, размещенной перпендикулярно пло- В ОПТИЧЕСКОМ ОБРАЗЦЕскости базирования оптического образца.(57) Использование: оптическое приборост- Перемещения оптический стол в линейном роение. Сущность изобретения: устройство направлении и поворачйвая его, измеряют содержит две пары источников (ИИ) и при- . оптические характеристйки образца по отемников излучения (ПИ), расположенные по дельным зонам в пределах площади образ- разные стороны оптического образца, уста- ца, 1 з.п, ф-лы, 4 ил. Изобретение относится к оптическому прйборостроению,. Известен универсальный. фотометр ФМС; на котором можно измерить свето-пропускание иотражение оптического образца. Конструкция его снабжена одним . источником света и приемником:излучейия, . в данной установке это глаз человека, а в фотометре ГОИ это селеновый фотоэлемент, а также два плоских зеркала, формирующих два оптических канала, конденсаторы, матовые или молочныестекла, управляемые диафрагмы, объективы зрительной трубы, ромбовидные призмы, сводящие световые пучки в один канал, спектральные фильтры на диске и окуляр. В одном канале размещают эталонный обра 4 тором - измерительный. Принцип ОЧ прибора основан на визуальном (д) ии яркостей двух половин поля (,А) ем дйафрагмирования входных отражение измеряют с помощью 0 ммера путем измерения световых образцом стекла и без него. татками такого фотометра являрения образца малого размера, в - ф зец,авовдействияуравниванзрения путзрачков, АкубикаЛюпотоков сНедосются изме ограниченном световом диапазоне(в ИК-области это невозможно). измерение только интегральных коэффициентов пропускания и отражения, невозможность измерить коэффициенты по зонам крупногабаритных образца, низкая информативность о световых эонных характеристиках образцов, большая затрата времени, низкая точность.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство дмФ" измереййя спектров пройускания тонких пленок, которое содержит источник излучения, плоские зеркала, два приемника излучения, перед приемником излучения может вводиться монохроматор, Действие этого устройства основано на принципе измеренйясветового потока в данном спектральном интервале с образцом и безобразца.Недостатками известного устройства являются невозможность и отсутствие технических средствдпя измерения светопропускания и отражения по зонам, одновременное измерение коэффициента отражения от двух сторон крупногабаритного образца, низкая информативйость распределения- однородности материала образца как в различных спектральных ди-. Фйазонах; так-ипо площади, отсутствие наглядной тойограммы, отсюда и низкая точность определения коэффициентов светопропускания и -отражейиФ "а широком спектральном дйапазоне от видимой до средней ИК-области спектра (до 20 мкм) в крупногабаритном оптическом образце;Целью изобретейия является повышение точностй измерения,На фиг, 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 - блок-схема управления и обработки информации; на фиг. 3 - топограмма распределения коэффициентов пропускания образца по всей площади; на фиг. 4 - кривая спектральнбго" излучения основного источника излучения относительно излучения глобара, принятого за единицу.Оптйческое устройство для регистрации зонального и интегрального светопропускания и отражения в крупногабаритных оптических образцах содержит основной источник 1 излучения, работающих в области света от 3 до 20 мкм, оптическую систему для формированйя параллельного узкого зойдирующего пучка, состоящую из плоских зеркал 2; 3, сферических зеркал 4, 5, апертурной диафрагмы 6, перестраиваемого кольцевого фильтра 7 для выделения узкого спектрального диапазона с приводом 8, световой заглушки 9 и двух приемников 10 из-.лучения, расположенных в термостатируемых капсулах 11, приводы 12 и 13 оптического стола 14, цифровйе вольтметрй 15 и 16, связанные с устройством 17 управления и обработки информации, стабилизатор 18 источника 1 и дополнительный источник 19. Устройство 17 управления и обработки информации состоит из блоков 20 управления шаговыми приводами 8, 12, 13 устройства 21 сопряжения, являющегося согласующим звеном между блоками 20 управления и микропроцессором 22 (ДВКМ), коннекторов 23, связывающих цифровые вольтметры 15 и 16 с микропроцессором 22, снабженным устройством 24 внешней памяти для авода программы, печатью 25 и дисплеем 26 для визуализации результатовизмерений,10 . Основной источник 1 излучения выполнен в виде полойкерамической трубки 63 мм и длиной.40 мм сплатиновым спиральным нагревателем, расположенным внутри нее.Керамическая трубка выполнена из матери ала, состоящего из следующих компонентов; окиси алюминия 70-85 О, каолина 10-20 и окиси хрома 5-10 О, относительно глобара имеет спектральную характеристику, согласно фиг.4, что позволяет заключить 20 о равномерности спектральной излучательной способности излучения в области 5-50 мкм. Стабильность излучения составляла не более 0,1 отклонений данных и воспроизводилось в течение длительного времени, что повысило точность измерения на 3025 40 Дополнительный источник 19 излучения представляет собой перестраиваемый монохроматический лазерный источник с А = 0,63 мкм, 1,15 мкм, 3,39 мкм, располо 30 жен по другую сторону базирования образца и установлен так; чтобы его световой. поток падал в место выхода иэ оптического образца, размещенного в держателе образца, светового пучка от основного источника 1 излучейия.Дополнительный источник 19 излучейия, основной источник 1 излучения и приемники 10, 11 излучения расположены в одной плоскости, перпендикулярной пло 40 скости расположения образца, размещенной параллельно плоскостям оптического образца, вйпопненного ввиде плоскопараллельной пластины. При этом углы падения и 45 отражения двух источников и приемниковравны между собой.Для центрирования приемников 10 излучения относительно прошедшего или от" раженного пучков вследствие разной 50 толщины контролируемых образцов прием.- ники снабжены подвижной поперек оптической оси. Кроме того, приемники излучениянаходятся в охлаждаемых капсулах 11, что .вместе с подвижками приемников также по вышает точность измерения излучения и еговоспроизводимость во времени.Оптическое устройство работает следующим образом,Источник 1 света проектируется сферическим зеркалом 4 в апертурную диафрагму .10 15 20 образца и перемещается по радиусу образца в плоскости, перпендикулярной плоскопомощью приводов 12, 13, Таким образом, . зондирующий пучок может быть направленв любую зону измеряемого образца без из менения угла падения его на образец. Ре" жим работы приводов 8; 12; 13, аследовательно, и закон сканирования образца относихельно зондирующего пучка 35 интенсивности соответственно прошедшего и отраженного пучков, через цифровые 40 формуле Оттем- напряжение на первом фотопри емнике 10 с перекрытым пучком световой заглушкой 9;Оте - напряжение на первом фотоприемнйке 10 без образца; 55 6, онределяющую диаметр зондирующего пучка, а иэображение диафрагмы 6 сферическим зеркалом 5 направляется под некоторым углом наконтролируемую поверхность образца, установленного на базовой поверхности держателя образца, и проектируется на чувствительную площадку основного приемника 10 излученйя в случае измерения коэФфициента пропускания и дополнительного второго приемника 10 излучения в случае измерения коэффициента отражения; спектральный диапазон выделятся перестраиваемым фильтром 7, приводимым в движение приводом 8. Дополнительный источник 19 направляет зондирующий пучок на противоположную контролируемую поверхность образца под таким же углом, как и в первом случае, и основной приемник измеряет коэффициент отражения, а дополнительный второй приемник - коэффициент пропускания. Измеряемый образец фиксируется в держателе образца оптического стола 14, ко-; торый вращается вокруг вертикальной оси сти падения зондирующего пучка с осуществляет микропроцессор 22 через блоки управления шаговыми приводами 20 и устройство 21 сопряженияСигналы с приемников 10 излучения, пропорциональные вольтметры 15, 16 в цифровом виде поступаютчерез согласующие коннекторы 23 в микропроцессор 22,который вычисляют коэффициент пропускания Т и Отражения В по Отх Оттем,Ойх Ойтемщ-ХР.и 3"где Отх - напряжение на.первом фотоприемнике; Оях - напряжение на втором фотоприемнике 10; Овтем- напряжение на втором фотоприемнике 10 с перекрытым пучком световойзаглушкой 9," Ове - напряжение на втором Фотоприемнике 10 от эталона отражения,К - коэффициент отражения эталона отражения (напыленное серебро или напы 5 ленный родий),Информация о координатах измеренияна образце и измеренных в этих зонах коэффициентов отражения и пропускания накапливается в устройстве 24 внешней памятимикропроцессора 22. По результатам измерения в отдельных зойах строится наглядная топограмма. характеризующаяоптическую однородность образца (фиг.З).Полностью зачеркнутый квадрат на данномпримере соответствует наибольшему значению зонного коэффициента пропускания79,4. Разница между максимальным и ми. нимальным значениями, кОэффициентовпропускания по, полю образца равняется0,8. Таким же образом строится топограмма коэффициентов отражения образца.Данное оптическое устройство позволяет измерйть пропускание и отражение отдвух сторонкрупногабаритного образца, неснимая образца с оптического стола. можноизмерить интегральное и зонное пропускание в различном спектральном диапазоне,можно измерить пропускание и отражениепо зонам в одном спектральном диапазонеи локально - в другом. Благодаря этим действиям повышается точность и информативность результатов измерения по площадиобразца на 30-40, особейно это ценно в. невидимой облавти спектра для крупногабаритных оптических образцов.,Использование предлагаемого устрой ства для регистрацйи зонального и интегрального светопропускания и отражения вкрупногабаритных оптических образцах посравнению с известным позволяет: повы. сить точность измерения на 30-40,и информативность результатов измерения по. площади образца благодаря тому, что источ- .ник излучения выполнен из керамической5 полой трубки, изготовленной из материалакомпонентов: окиси алюминия, каолина иокиси хрома а также размещенного внутриэтой трубки платинового нагревателя, так. как это дает возможность осуществлять измерения в ИК-областиспектра от 3 до 20мкм с высокой стабильностью и воспроизводимостью измерений во времени; благодаря тому, что устройство снабженодополнительным перестраиваемым монохроматическим источником излучения, размещенным по другую сторону базированияоптического образца в одной плоскости расположения основного источника и двух приемников, перпендикулярной плоскостибазирования образца, и так, чтобы световой7 1753376 . 8поток от него имел возможнОсть йадать в эффективный по сравнению с глобаром, место выхода "светового потока из оптиче- имеющий более низкую температуру нагреского образца от основного источника излу- ва.чения, причем узлы падения и отражения Ф о р му л а й 3 о б р е т е н и я двух источников и приемников равны между 5, 1, Оптическое устройство регистрации собой, так как позволяет одновременно пол- зонального и интегрального светопропускаучать информацию, не меняя положение об- ния и отражения в оптическом образце, соразца, и не переключая другой источник держащее йсточник излучения, оптический излучения, .в узком спектральном видимом стол, два приемника излучения, размещен- и невидимом диапазоне; благодаря тому, 10 ные по разные стороны базирования оптичто оптический стол установлен с возможно- ческого образца, и систему регистрации стью поворота и смещения по радиусу об- результатов измерения, отл и ч а ю ще еразца, так как зто позволяет проводить с я тем, что, с целью повышения точности локальнйе, зонные измерения по всей пло- измерения, в устройство введен дополни- щади образца в автоматическом режиме; 15 тельный источник излучения, выполненный благодаря тому, что приемники излученияв виде полой трубки, изготовленной из маустановлены в термостатируемых капсулах териала состава: окись алюминия 70-85, с возможностью перемещений перпендику- каолин 10-20, окись хрома 5-10 , в котолярно оптической оси падения на них свето-рой размещен платиновый нагреватель, при вого потока, так как позволяет исключить 20 атом дополнительный источник излучения тепловые "шумы" и. найти наиболее опти- . расположен напротив основного источника мальную чувствительную часть пЛощадиизлучения по другую сторону базирования приемников излучения при фиксации ими ойтического образца в одной плоскости раскрэффициентов пропускания иотраженйя, положения основного источника и двух приКроме того, оптическое устройство твх емников, перпендикулярной плоскости нологичйо в изготовлении, может быть изго- базирования образца, причем каждый из истовлено усилиями специалистов средней точников излучения оптически сопряжен с квалификации на отечественном оборудо- двумя приемниками излучения, а оптичевании; В устройстве эффективно использо- ский стол установлен с возможностью повованы как стандартные узлы, так и 30:рота и смещения по радиусу образца.оригинальные, в частности более эффективный источник излучения: малогабаритный;2. Устройство по п.1, отл и ч а ю щ е екоторому не дано специальный обдув; ста- с я тем, что основной источник излучения . бильный во времейи при излучении в сред-, выполнен в виде перестраиваемого монойей и дальней ИК-области, более 35 .хроматического источника излучения.1753376 Ю 7 Р У 1 Ю 6 203050 Ям Фиг.4 рректор к Ворович Ред В. Данко аказ 2764 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открмтиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Составитеехред М С. Голубеоргентал