PL149381B2 - Układ do pomiaru współczynnika transmisji światła - Google Patents

Description

POLSKA OPIS PATENTOWY 149 381 ^RZE^ⁱ^!’r??i>^0LITA PATENTU TYMCZASOWEGO LUDOWA

URZĄD

PATENTOWY

PRL

Patent tymczasowy dodatkowy do patentu nr--Zgłoszono: 86 05 23 (P. 259706)

PierwszzńsSwo-Zgłoszenie ogłoszono: 87 05 04

Opis patentowy opublikowano: 1990 06 30

Int. Cl.⁴ G01N 21/17 G01J 1/00

CZYTELNIA

Urzędu ?

M»IH| IM»»··· ·.... e

Twórcy wynalazku: Kazimierz Dolecki, Józef Balcerski, Ewa Misiak

Uprawniony z patentu tymczasowego: Uniwersytet Łódzki,

Łódź (Polska)

Układ do pomiaru współczynnika transmisji światła

Przedmiotem wynalazku jest układ do pomiaru współczynnika transmisji światła, mający zastosowanie do badania przepuszczalności elementów optycznych zwłaszcza wykonanych z włókien światłowodowych.

Znany do tego celu układ jest opisany przez Wieczkasowa i innych w książce p.t. „Przyrządy i metody analizy w bliskiej podczerwieni, Wydawnictwo „Chemia, Moskwa, 1977 r. i polega na tym, że ma źródło światła i przed nim kolejno równolegle umieszczone elementy jak: kondensor, szczelina wejściowa, modulator obrotowy, kompensatory oraz skośnie usytuowane zwierciadło płaskie i z jego boku umieszczone skośnie zwierciadło sferyczne i dalej przed nim ma umieszczone kolejno elementy jak: filtr, szczelina wyjściowa, przesłona spektralna, soczewka sferyczna, przesuwna zasłonka i skośnie do niej usytuowane zwierciadło płaskie oraz skośnie do niego usytuowana kula fotometryczna o wewnętrznej ścianie pokrytej substancją silnie rozpraszającą światło, oraz z umieszczonym w niej na dnie elementem badanym, to jest naprzeciw okna wejściowego do tej kuli, oraz z umieszczonym na jej boku fotodetektorem połączonym ze wzmacniaczem pomiarowym, najczęściej za pośrednictwem przedwzmacniacza. Także z boku zwierciadła sferycznego, równolegle do osi padania wiązki promieni źródła światła jest umieszczony pryzmat sześćdziesięcio stopniowy i za nim zwierciadło płaskie.

Działanie tego układu polega na tym, że wiązka promieni ze źródła światła zogniskowana przez kondensor, przechodzi przez szczelinę i zostaje zmodulowana, a następnie po odbiciu od zwierciadła płaskiego pada na zwierciadło sferyczne, które kieruje tę wiązkę do zwierciadła płaskiego poprzez pryzmat rozszczepiający. Wiązka odbita od tego zwierciadła jest wtórnie rozszczepiona przez pryzmat, a następnie po odbiciu od zwierciadła sferycznego w celu ustalania aparatury, natężenia itd. pada na element badany w kuli fotometrycznej poprzez filtr, szczelinę wyjściową, przesłonę spektralną, soczewkę sferyczną, zasłonkę i następnie odbija się od zwierciadła płaskiego do kuli. Wiązka promieni odbita w kuli od elementu badanego ulega wielokrotnemu rozproszeniu na jej wewnętrznej powierzchni. Wywołana jasność na tej powierzchni jest przetwarzana na prąd przez fotodetektor, który po wzmocnieniu wstępnym w przedwzmacniaczu jest kierowany do wzmacniacza pomiarowego.

149 381

Niedogodnością znanego układu jest to, że ma skomplikowaną i kosztowną budowę, oraz długi czas trwania pomiaru wynikający z konieczności mechanicznego przestrajania urządzenia w zakresie widmowym, bowiem na przykład modulator jest obrotowy, a zwierciadło sferyczne i pryzmat są przesuwne w celu uzyskania żądanej wiązki monochromatycznej światła. Poza tym układ ten jest przystosowany do pracy laboratoryjnej i z powodu długiego czasu pomiaru transmisji światła nie nadaje się do celów bieżącej kontroli produkcji elementów optycznych, jak na przykład płytek światłowodowych. Pomiar jest dokonywany w ciągłości zakresu widma od ultrafioletu do bliskiej podczerwieni, co nie jest wymagane dla pomiarów przemysłowych. Ponad to znana kula fotometryczna ma skomplikowaną budowę z powodu umieszczonego wewnątrz stożkowego zwierciadła usytuowanego między oknem wejściowym światła a fotodetektorem.

Znany jest także układ opisany przez M.M. Górewicza w książce p.t. “Fotometria — teoria, metody, przyrządy, Wydawnictwo „Energoatomizdat, str. 194, 1983 r. i polega na tym, że ma przed źródłem . światła kondensor a za nim filtr cieplny oraz diafragmę. Przed diafragmą są umieszczone szeregowo: obiektyw oraz soczewka skupiająca przedzielone diafragmą irysową. Z kolei między soczewką skupiającą a oknem wejściowym kuli fotometrycznej o rozpraszającej światło ścianie wewnętrznej, jest umieszczony swobodnie optyczny obiekt badany. W oknie wejściowym jest umieszczony detektor z przelotowym otworem pośrodku. Detektor jest połączony z galwanometrem.

Działanie tego układu polega na tym, że światło lampy jest skupione przez kondensor i następnie po przejściu przez filtr cieplny jest skierowane na diafragmę znajdującą się w ognisku głównym obiektywu. Na wyjściu obiektywu uzyskuje się równoległy strumień światła, który przechodzi przez diafragmę irysową i następnie po przejściu przez soczewkę skupiającą jest ogniskowany w przelotowym otworze fotodetektora, po przejściu przez optyczny obiekt badany. Następnie światło po jego rozproszeniu się w kuli jest przetworzone przez fotodetektor i mierzone za pomocą galwanometru. W zależności od właściwości optycznych obiektywu badanego, wpada do kuli większa lub mniejsza ilość światła.

Niedogodnością tego układu jest to, że pomiar transmisji światła przykładowo przepuszczonego przez element światłowodowy będzie niedokładny z powodu tego, że padający nań strumień światła jest zbieżny a nie równoległy i ponieważ na wyjściu z tego elementu światło jest rozproszone więc tylko znikoma jego część trafia do kuli fotometrycznej.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że układ ma kasetę z wymiennymi filtrami interferencyjnymi umieszczoną bezpośrednio za soczewką skupiającą, oraz ma w wejściowym oknie kuli fotometrycznej umieszczoną zasłonę zawierającą pośrodku matówkę. Na matówce tej spoczywa badany element optyczny. Poza tym kula ma umieszczony fotodetektor w bliskim sąsiedztwie jej okna, w cieniu wpadającego światła przez to okno.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, że układ ma znacznie uproszczoną i łatwą do wykonania budowę, oraz jest przydatny dla celów przemysłowych ze względu na prostą obsługę i umożliwia szybki pomiar transmisji światła w bieżącej kontroli produkcji elementów optycznych, zwłaszcza silnie rozpraszających światło. Odbywa się to dzięki zmienionej konstrukcji kuli fotometrycznej polegającej na wyeliminowaniu z jej wnętrza zwierciadła stożkowego i przemieszczeniu detektora w bliskie sąsiedztwo okna wejściowego z umieszczoną w nim matówką zapewniającą w czasie kalibracji równomierną jasność w kuli, a także dzięki zmianom w układzie usytuowania elementu badanego i wyeliminowaniu szeregu znanych elementów składowych, szczególnie napędzanych jak: modulator, zwierciadło sferyczne, pryzmat itd. Dzięki tym zmianom układ jest wystarczający do celów przemysłowych, bowiem umożliwia wykonanie pomiaru transmisji światła w punkcie maksymalnej czułości oka ludzkiego oraz na krańcach zakresu widmowego pracy, to jest dla barwy niebieskiej i podczerwonej. Poza tym układ jest przydatny do badania elementów optycznych rozpraszających światło, jak na przykład światłowodów.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, obrazującym schemat ogólny układu.

Układ według wynalazku składa się ze źródła 1 światła i z umieszczonej na przeciw niego diafragmy 2 oraz z umieszczonej za nią skupiającej soczewki 3 oddalonej o swoją ogniskową od źródła 1. Za tą soczewką jest umieszczona kaseta 4 zawierająca wymienne filtry 5 interferencyjne a

149 381 za nią następna diafragma 6. Między diafragmą 6 a fotometryczną kulą 7, o wewnętrznej ścianie pokrytej substancją rozpraszającą światło, jest umieszczona w jej wejściowym oknie 8 zasłona 9 ze znajdującą się w jej środku matówką 10. Na zasłonie 9 jest umieszczony optyczny element 11 badany. Kula 7 ma w bliskim sąsiedztwie okna 8 otwór 12, w którym od zewnątrz jest umieszczony fotodetektor 13, połączony z pomiarowym wzmacniaczem 14 regulowanym. Wzmacniacz ten jest sprzężony ze wskaźnikiem 15 wyniku pomiaru.

Działanie układu według wynalazku polega na tym, że wiązka promieni ze źródła 1 przechodzi przez diafragmę 2 powodującą ograniczenie jej rozwartości kątowej, po czym wiązka ta pada na soczewkę 3. Ponieważ źródło 1 znajduje się w ognisku soczewki 3, to już za soczewką otrzymuje się wiązkę równoległą, padającą na dowolnie wybrany filtr 5 przepuszczający wymaganą barwę wiązki światła, która po przejściu przez diafragmę 6 eliminującą światło rozproszone, pada następnie na badany element 11. W elemencie tym transmitowane światło jest częściowo pochłanianie oraz już jako rozproszone pada na matówkę 10, w której po dodatkowym jeszcze rozproszeniu wpada do kuli 7. Tu ulega wielokrotnemu rozproszeniu, powodując jednorodne oświetlenie całej jej powierzchni wewnętrznej, a tym samym i fotodetektora 13. Wówczas na wyjściu fotodetektora 13 uzyskany prąd ma wielkość proporcjonalną do jasności wewnętrznej powierzchni kuli 7, czyli do strumienia światła przechodzącego przez matówkę 10. Wytworzony prąd ulega wzmocnieniu we wzmacniaczu 14 i następnie jego wielkość odpowiadająca współczynnikowi światła elementu badanego jest odczytywana na wskaźniku 15.

Dla uzyskania wyniku pomiaru w jednostkach określających przykładowo procentową ilość przepuszczanego światła przez element badany, na przykład składający się z włókien światłowodowych, układ poddaje się kalibracji. W tym celu usuwa się z układu element 11 i przy przepuszcznym świetle tak się reguluje współczynnik wzmocnienia wytworzonego prądu, aby po wzmacniaczu 14 uzyskać na wskaźniku 15 wartość odczytu natężenia strumienia światła wchodzącego do kuli 7, odpowiadającego 100% transmisji.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do pomiaru współczynnika transmisji światła, wyposażony na początku w źródło światła i przed nim usytuowaną diafragmę, soczewkę skupiającą i dodatkową diafragmę oraz na końcu w kulę fotometryczą połączoną z fotodetektorem sprzężonym ze wzmacniaczem, znamienny tym, że ma kasetę (4) z wymiennymi filtrami (5) interferencyjnymi umieszczoną bezpośrednio za skupiającą soczewką (3) oraz ma w wejściowym oknie (8) fotometrycznej kuli (7) umieszczoną zasłonę (9) zawierającą pośrodku matówkę (10), przy czym na matówce bezpośrednio jest umieszczony badany element (11) optyczny.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że kula (7) ma umieszczony fotodektor (13) w bliskim sąsiedztwie jej okna w cieniu wpadającego światła przez to okno.

   Pracownia Poligraficzna UP RP. Nakład 100 egz.

   Cena 1500 zł