SU1122898A2 - Устройство дл измерени коэффициентов светопропускани оптических систем и элементов - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ СВЕТОПРОПУСКАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ЭЛЕМЕНТОВ по .авт. св. № 744240, отличающеес   тем, что, с целью повьйиени  точности измерений за счет исключени  искажений, вносимых излучением, отраженным от преломл к цих поверхностей исследуемых систем и элементов, посредством частотной селекции полезного сигнала и за счет повьшени  отношени  сигнал-шум посредством уменьшени  эффективной шумовой полосы фотоприемника, в него дополнитель .но введены перва  поглощающа  заслонка , св занна  с автоколлимационным зеркалом, и втора  поглощающа  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 пропускани  которого равна указанной фиксированной частоте , измеритель сигналов переменного тока и программный блок, причем втора  поглощающа  заслонка установлена между автоколлимационным зеркалом со св занной с ним первой поглощающей заслонкой и плоским зеркалом, между фотоприемным устройством и цифi ровым вычислителем последовательно включены узкополосный злектрический фильтр и измеритель сигналов переменного тока, при этом выход датчика положени  барабана длин волн монохроматора подключен к входу программного блока, первый выход которого соединен с приводом ввода-вывода, а второй выход подключен к входу цифN5 N5 X) рового вычислител . О 30

Description

1 Изобретение относитс  к технической оптике и может быть использовано дл  измерени  характеристик оптических элементов и систем в лабораторных или цеховых услови х в процессе производства оптических приборов, например многозональных сканирующих радиометров. По основному авт.св,, № 744240 известно устройство дл  измерени  коэф(1зицнентов светопропускаки  оптических систем и элементов,со держащее коллим1-фованный источник из лучени , светоделительный элемент, автоколлимационное зеркало и фотоприег-1ное устройство, в котором источ ник излучени  выполнен в виде монохроматора , выходна  щель которого совмещена с фокальной плоскостью объектива коллиматора, между светоделительным элементом и фотоприемником установлена телескопическа  система, выходной зрачок которой совмещен со -светочувствительной площадкой фотоприемника, а входной зрачок . - с диафрагмой, за кото.оой 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 монох роматора снабжен датчиком положени  выход которого совместно с выходом фотоприемного устройства подключен к цифровому вычислителю Ll . Недостатком известного устройсогва  вл етс  пониженна  точность изме рений, обусловленна  искажени ми регистрируемого сигнала. Эти искажени  обусловлены излучением , отраженным от преломл ющих поверхностей контролируемой системы распростран ющимс  в оптическом тракте устройства,и одновременно с полезным сигналом,попадающим на чувствительную площадку фотоприемника. Снижение точности особенно велико в инфракрасном диапазоне, где исполь зуютс  материалы с большими показател ми преломлени ,и, следовательно интенсивность излучени , отраженного преломл ющими поверхност ми, увеличиваетс . Другим недостатком известного ус ройства  вл етс  большое количество ручных операт ий перестановки и регу лировки автоколлиматлионного зеркала 82 повтор емых при каж(,ом измерении на всех контролируемых длинах волн«Это обуславливает высокую трудоемкость и низкую производительность процесса измерений. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений за счет исключени  искажений, вносимых излучением , отраженным от преломл ющих поверхностей исследуемых систем и элементов, посредством частотной селекции полезного сигнала и за счет повьшени  отношени  сигнал-шум посредством уменьшени  эффективной шумовой полосы фотоприемника. I Дл  достижени  указанной цели в устройство дл  измерени  коэффициентов светопропускани  оптических систем и элементов, содержащее коллимированный источник излучени , светоделительный элемент, автоколлимационное зеркало и фотоприемное устройство , в котором источник излучени  выполнен в виде монохроматора, выходна  щель которого совмещена с фокальной плоскостью объектива коллиматора, между светоделительным элементом и фотоприемником уста.ювлена телескопическа  система, выходной зрачок которой совмещен со светочувствительной площадкойфотоприемника, 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 дпин волн монохроматора снабжен датчиком положени S выход которого совместно с выходом фотоприемного устройства подключен к цифровому вычислителю, дополнительно введены перва  поглодающа  заслонка, св занна  с автоколлимационным зеркалом, и втора  поглощающа  заслонка,привод поочередного ввода вывода в световой поток первой поглощающей заслонки и автоколлимационного зеркала, а также второй поглощаклдей заслонки с фиксированной частотой, узкополосный электрический фильтр, частота пропускани  которого равна указанной фиксированной частоте, измеритель сигнапов переменного тока и программный блок, причем втора  поглощающа  засдонка установлена между автоколлима31 ( щонным зеркалом со св занной с ним лервой поглощающей зас-понкой и плос ким зеркалом, между фотоприемным устройством и цифровым вычислителем последовательно включены узкополосный электрический фильтр и измеритель сигналов переменного тока, при этом выход датчика положени  барабана длин волн монохроматора подключен к входу программного блока,первый выход которого соединен с приводом ввода-вывода, а второй выход подключен к входу тдифрового вычислител . Сущность изобретени  заключаетс  в том, что наличие в устройстве двух роглощакйцих заслонок и привода,обесп 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, позвол ет осуществить модул цию соответственно подающего или прошедшего исследуемую систему излучени  и сигналов фо топриемного устройства. Наличие в электронном тракте настроенного на фиксированную частоту модул ции узкополосного фильтра позвол ет обеспечить отстройку измер емых сигналов от-помех, вносимых внешними зас ветками, рассе нным и отраженным от преломл ющих поверхностей светом, дрейфовыми процессами и наводками в электрических цеп х, так как составл ющие частотного спектра перечи ленных помех отличаютс  от частот пропускани  узкополосного фильтра и отфильтровываютс  им, не внос  ис кажений в измер емый сигнал. При этом, осуществление модул ции свето вого потока с помощью автоматически действующего, управл емого программным блоком привода, который с заданной частотой приводит в движение элементы устройства (в том числе автоколлимационное зеркало),искл чает необходимость выполнени  много кратных ручных операций по перестановке и регулировке автоколлимацион ного зеркала. На чертеже изображена схема пред лагаемого устройства дл  измерени  8 KC:j44 UnejiTOB светопропускани  оптическнх систем и элементов. Устройство включает монохроматор 1э объектив 2 коллиматора, светоделительную пластину 3, диафрагму 4, автоколлимационное зеркало 5,плоское зеркало 6, телескопическую систему 7, фотоприемное устройство 8, дат-. чик 9 положени  барабана длин волн монохроматора, цифровой вычислитель 10, первую и вторую поглощающие заслонки 11 и 12 5 привод 13 поочередного ввода поглощающих заслонок и автоколлимационного зеркала 5 в световой поток, программный 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, котора  заключаетс  в установке плоского зеркала 6 в фокальной плоскости исследуемой оптической системы 17, на монохроматоре 1 выставл етс  контролируема  длина волны А . При этом сигнал с датчика 9 барабана длин волн монохроматора, информирующий об установке требуемой длины волны, поступает на цифровой вычислитель 10 и нэ программньш блок 14, по команде которого цифровой вычислитель включаетс  в режиме ввода сигнала, а привод включаетс  в первом ;режиме работы, при котором он обеспечивает поочередный ввод-вывод в световой поток с фиксированной частотой f,. автоколлимационного зеркала 5 и св занной с ним первой поглощающей зас- лонки 1I. 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,отражаетс  от плоского зеркала 6, вновь проходит диафрагму 4, отражаетс  от светоделительной пластины 3 и )pмируетс  телескопической системой 7 на фотоприемном устройстве 8. При введенной в ход лучей первой поглощающей заслонке 1I и выведенном автоколлимационном зеркале 5, монохроматора 1, коллимированное объективом 2, проходит светоделительную пластину 3, диафрагму 4, падает $11 на первую заслонку 1 и поглощаетс  на ее поверхрости. Таким образом, излучение, направл емое на вход ис следуемой системы, поочередно отражаетс  автоколлимационным зеркалом 5 в оптический тракт устройства и возбуждает сигнал фотоприемного устройства и поглощаетс  первой заслонкой 1 1 и не достигает фотоприемного устройства. При этом с фиксированной частотой лд осуществл етс  модул ци  светового потока, направл емого на вход исследуемой системы и соответствук цего ему сигнала фотоприемного устройства. С фотоп1риемного устройства .сигнал поступает на узкополосный фильтр, настроенный на f. На выходе фильтра выдел ет с  составл юща  сигнала, отстроенна  от шумов и помех, частоты котополосы пропусрых лежат вне Далее сиг-, кани  Uf фильтра, на измеритель нал поступает сигналов переменного тока, и затем на вход цифрового вычислител ,, в запоминающем устройстве которого фик сируетс  измеренна  величина Ui . Через заданный интервал времени программный блок формирует команду, по которой цифровой вычислитель вклю чаетс  в режим ввода сигнала U-д , а привод включаетс  во втором режиме работы, при котором он обеспечивает .8)зод вывод второй поглощающей заслонки 12 в световой поток с частотой д|(при выведенных первой заслдон ке 11 и автоколлимационном зеркале 5). При выведенной из хода лучей второй заслонке 12 излучение монохр матора 1, коллимированное объективо 2, проходит светоделительную плас тину 3, диафрагму 4, исследуемую систему 7 (причем часть потока отражаетс  щ еломл ющимн поверхност ми контролируемой системы в обратном

направлении), отражаете плоским зеркалом 6, снова проходит исследуемую систему, и вместе с отраженным преломл ющим излучением проходит диафрагму 4, отражаетс  светоделительной пластиной 3 и формируетс  телескопической системой 7 на фотоприемном устройстве 8. При зтом на фотоприем ное устройство одновременно поступают и излучение, дважды прошедшее контролируемую систе1-1у, и излучение, отраженное от ее преломл ющих поверхностей При введенной в ход лучей

раммным блоком, привод ввода-вывода выключаетс , .а цифровой вычислитель производит- вычиспение значени  коэффициента пропускани  по формуле

yk

гUn

После этого на монохроматоре выставл ютс  следующие значени  длин волн и измерени  повтор ютс  требуемое количество раз. При этом при каждом измерении обпеспечиваетс  отстройка модулированного сигнала от иска сений , вносимых кемодулированным излувторой поглощающей заслонке 12, излучение монохроматора 1 „ коллкм --:рованное объективом 2, проходит светоделительную пластину 3, диафрагму 4, исследуемую систему 17. (причем часть потока отражаетс  преломл  ощи,ми поверхност ми в обратном направлении) и поглощаетс  на второй заслонке 12, На фотоприемное устройство поступает только излучение, отраженное преломл ющими поверхност ми контролируемой системы. Таким образом, во втором режиме работы на фотоприе№1ое устройство поочередно поступает излучение5дважды прошедшее исследуемую систему,плюс излучение, отраженное ее преломл ющими поверхност ми или же только излучение , отраженное преломл ющими поверхност ми исапедуемой систек;..:. Так как модулированна  составлу юща  равна разности потоковj попадающих на фотоприемное устройство при введенной и при выведенной заслонке, то в этом случае в устройстве модулируетс  толысо поток, дваиоды прошедший контролируемую систему, а поток, отраженный пpeлo iП пoщимJi поверхност ми , остаетс  немодулированным, С выхода фотоприемного устройства сигнал поступает на узкополосный фильтр 15, осуществл ющий отстройку его полезной модулированной составл ющей от шумов и помех, частоты спектра которых лежат вне полосы пропускани  фильтра,   в том числе от немодулированного сигнала, соответствующего отражению от преломл ющ {х поверхностей исследуемой систе ы. Далее сигнал поступает на измеритель переменного тока и затем на вход цифрового вычислител , в запоминающем устройстве которого фиксируетс  веЧерез заданный интервал личина U« времени по команде, формируемой прогением , что обеспечивает повьопенне очности измерений.

Конкретное выполнение устройства дл  измерени  коэффициентов свето- s пропускани  оптических систем и элементов Может быть осуществлено согласно схеме, приведенной на чертеже с использованием промьшшенно выпускаемых приборов и элементов. При О этом в качестве монохроматора I может использоватьс  монохроматор МДР-23, снабженный датчиком 9 положени  барабана дпин волн; в качестве объектива коллиматора 2 - линзовый объек- 15 гив или внеосевое параболическое зеркало; в качестве светоделительной пластины 3 может быть использована кварцева  или флюоритова  плоскопараллельна  пластина с полупрозрач- 20 ным алюминиевым покрытием.Диафрагма 4 может быть выполнена ирисовой (это облегчает согласование апертуры устройства и зрачка контролируемой системы), автоколлймационное зер- 25 капо 5 и зеркало 6 - плоские, с наружным отражающим покрытием, а телескопическа  система 7 - линзова , рассчитанна  на рабочую область спектра. В качестве фотоприемника 8 30 могут быть использованы фотоумножители или фотодиоды. В качестве узкополосного фильтра 15 используетс  индуктивно-емкостной полосовой фильтр, а измерителем сигналов пере- jj менного тока может служить цифровой ворьтметр ВЗ-24. В качестве цифрового вычислител  может быть использована микро-ЭВМ Электроника 60М, Элемент 12 выполн етс  в виде одно- 40 или многолопастного обтюратора, а элементы 5 и I1 - в виде зеркального диска с наполовину зачерненной отражающей поверхностью. Привод может быть выполнен в виде двух синхронных 45

днигателей, каждый из которых приво ,ииг во вращение обтюратор или зеркальный диск. При этом двигатель, вращающий диск, должен быть снабжен, например, соленоидным механизмом установки зеркального диска в световой поток. Программный блок может быть выполнен в виде двух последовательно срабатываюпцгх реле времени.

Инструментальна  погрешность описанного реального устройства определ етс  как сумма случайной ошибки и неучтенной систематической погрешности элементов и составл ет 8 ( IX.

При измерени х коэффициентов пропускани  плоско-выпуклой линзы (радиусы кривизнь R.a),R2 -100 мм; толщина (3 10 мм, показатель преломпени  ,5163) на длине волныА 0,55 мкм погрешность полученного значени  б 0,91 составила 1%. Измерени  аналогичной линзы по известному устройству позвол ют обеспечить точность только 3,3%. С ростом показател  преломлени  (например в германиевых линзах), относительна  точность устройства по прежнему составл ет Аг1%, в то врем  как погрешность при измерени х в известном устройстве достигает 43%.

Использование предлагаемого устройства дл  контрол  характеристик оптических элементов и систем при их изготовлении, сборке и регулировке в процессе производства оптико-электронных приборов способствует повьппению точностных характеристик этих приборов.

Благодар  автоматизации и увеличению производительности измерени ,описанное устройство позвол ет обеспечить осуществление непрерывного контрол  параметров оптических элементов и систем на всех этапах технологического процесса производства.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ СВЕТОПРОПУСКАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ЭЛЕМЕНТОВ по авт. св. № 744240, отличающеес ятем, что, с целью повышения точности измерений за счет исключения искажений, вносимых излучением, отраженным от преломляющих поверхностей исследуемых систем и элементов, посредством частотной селекции полезного сигнала и за счет повышения отношения сигнал-шум посредством уменьшения эффективной шумовой полосы фотоприемника, в него дополнительно введены первая поглощающая заслонка, связанная с автоколлимационпым 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 фиксированной частоте, измеритель сигналов переменного тока 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 циф- § ровым 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, первый выход которого соединен с приводом ввода-вывода, а второй выход подключен к входу цифрового вычислителя.