SU1753376A1 - Оптическое устройство регистрации зонального и интегрального светопропускани и отражени в оптическом образце - Google Patents

Abstract

Использование: оптическое приборостроение . Сущность изобретени : устройство содержит две пары источников (ИИ) и приемников излучени  (ПИ), расположенные по разные стороны оптического образца, установленного на оптическом столе, имеющем два привода линейного перемещени  и поворота . К приемникам излучени  подключены элементы регистрации и обработки данных, а сами они помещены в термоста- тируемых капсулах с возможностью поперечного перемещени  относительно оптической оси падени  на них светового потока. Каждый ПИ регистрирует отражение от ИИ, расположенного по одну сторону образца, и пропускание от второго ИИ, установленного по другую сторону образца. Все ПИ и ИИ расположены в одной плоскости , размещенной перпендикул рно плоскости базировани  оптического образца. Перемещени  оптический стол в линейном направлении и поворачива  его, измер ют оптические характеристики образца по отдельным зонам в пределах площади образца . 1 з.п. ф-лы, 4 ил. ч fe

Description

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению.

Известен универсальный фотометр ФМС-56, на котором можно измерить свето- пропускание и отражение оптического образца . Конструкци  его снабжена одним источником света и приемником излучени , 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 молочные стекла , управл емые диафрагмы, объективы зрительной трубы, ромбовидные призмы, свод щие световые пучки в один канал, спектральные фильтры на диске и окул р. В одном канале размещают эталонный образец , а во втором - измерительный. Принцип действи  прибора основан на визуальном уравнивании  ркостей двух половин пол  зрени  путем диафрагмировани  входных зрачков. А отражение измер ют с помощью кубика Л юммера путем измерени  световых потоков с образцом стекла и без него.

Недостатками такого фотометра  вл ютс  измерени  образца малого размера, в ограниченном световом диапазоне (в ИК-об- лаети это невозможно), измерение только интегральных коэффициентов пропускани  и отражени , невозможность измерить коэффициенты по зонам крупногабаритных образца, низка  информативность о световых зонных характеристиках образцов, больша  затрата времени, низка  точность.

XI

(Л CJ CJ

VI о

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  устройство Дли измерени  спектров пропускани  тонких пленок, которое содержит источник излучени , плоские зеркала, два приемника излучени , перед приемником излучени  может вводитьс  монохроматор. Действие этого устройства основано на принципе измерени  светового потока в данном спектральном интервале с образцом и без образца.

Недостатками известного устройства  вл ютс  невозможность и отсутствие технических средств дл  измерени  светопро- пускани  и отражени  по зонам, одновременное измерение коэффициента отражени  от двух сторон крупногабаритного образца, низка  информативность распределени  однородности материала образца как в различных спектральных диапазонах , так и по площади, отсутствие нагл дной топограммы, отсюда и низка  точность определени  коэффициентов све- топропускани  и отражений в широком спектральном диапазоне от видимой до средней ИК-области спектра (до 20 мкм) в крупногабаритном оптическом образце.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени .

На фиг. 1 показана структурна  схема устройства; на фиг. 2 - блок-схема управлени  и обработки информации; на фиг. 3 - топограмма распределени  коэффициентов пропускани  образца по всей площади; на фиг. 4 - крива  спектрального излучени  основного источника излучени  относительно излучени  глобара, прин того за ёдиницу .

Оптическое устройство дл  регистрации зонального и интегрального светопро- пускани  и отражени  в крупногабаритных оптических образцах содержит основной источник 1 излучени , работающих в области света от 3 до 20 мкм, оптическую систему дл  формировани  параллельного узкого зондирующего пучка, состо щую из плоских зеркал 2, 3, сферических зеркал 4, 5, апер- турной диафрагмы 6, перестраиваемого кольцевого фильтра 7 дл  выделени  узкого спектрального диапазона с приводом 8, световой заглушки 9 и двух приемников 10 излучени ,расположенныхв термостатируемых капсулах 11, приводы 12 и 13 оптического стола 14, цифровые вольтметры 15 и 16, св занные с устройством 17 управлени  и обработки информации, стабилизатор 18 источника 1 и дополнительный источник 19. Устройство 17 управлени  и обработки информации состоит из блоков 20 управлени  шаговыми приводами 8, 12,

13 устройства 21 сопр жени ,  вл ющегос  согласующим звеном между блоками 20 управлени  и микропроцессором 22 (ДВК-2М), коннекторов 23, св зывающих цифровые

5 вольтметры 15 и 16 с микропроцессором 22, снабженным устройством 24 внешней пам ти дл  ввода программы, печатью 25 и дисплеем 26 дл  визуализации результатов измерений.,

0 Основной источник 1 излучени  выполнен в виде полой керамической тру б к и 63 мм и длиной 40 мм с платиновым спиральным нагревателем, расположенным внутри нее. Керамическа  трубка выполнена из матери5 ала, состо щего из следующих компонентов: окиси алюмини  70-85%, каолина 10-20% и окиси хрома 5-10%, относительно глобара имеет спектральную характеристику , согласно фиг.4, что позвол ет заключить

0 о равномерности спектральной излучатель- ной способности излучени  в области 5-50 мкм. Стабильность излучени  составл ла не более 0,1 % отклонений данных и воспроизводилось в течение длительного времени,

5 что повысило точность измерени  на 30- 40%.

Дополнительный источник 19 излучени  представл ет собой перестраиваемый монохроматический лазерный источник с

0 А 0,63 мкм, 1,15 мкм, 3,39 мкм, расположен по другую сторону базировани  образца и установлен так, чтобы его световой поток падал в место выхода из оптического образца, размещенного в держателе образ5 ца, светового пучка от основного источника 1 излучени .

Дополнительный источник 19 излучени , основной источник 1 излучени  и приемники 10, 11 излучени  расположены в

0 одной плоскости, перпендикул рной плоскости расположени  образца, размещенной параллельно плоскост м оптического образца, выполненного в виде плоскопарал- лелькой пластины. При этом углы падени  и

5 отражени  двух источников и приемников равны между собой.

Дл  центрировани  приемников 10 излучени  относительно прошедшего или отраженного пучков вследствие разной

0 толщины контролируемых образцов приемники снабжены подвижной поперек оптической оси. Кроме того, приемники излучени  наход тс  в охлаждаемых капсулах 11, что вместе с подвижками приемников также по5 вышаетточность измерени  излучени  и его воспроизводимость во времени.

Оптическое устройство работает следующим образом.

Источник 1 света проектируетс  сферическим зеркалом 4 в аПертурную диафрагму

6, определ ющую диаметр зондирующего пучка, а изображение диафрагмы 6 сферическим зеркалом 5 направл етс  под некоторым углом на контролируемую поверхность образца, установленного на базовой поверхности держател  образца, и проектируетс  на чувствительную площадку основного приемника 10 излучени  в случае измерени  коэффициента пропускани  и дополнительного второго приемника 10 излучени  в случае измерени  коэффициента отражени , спектральный диапазон выдел тс  перестраиваемым фильтром 7, приво- димым в движение приводом 8. Дополнительный источник 19 направл ет зондирующий пучок на противоположную контролируемую поверхность образца под таким же углом, как и в первом случае, и основной приемник измер ет коэффициент отражени , а дополнительный второй приемник - коэффициент пропускани .

Измер емый образец фиксируетс  в держателе образца оптического стола 14, ко- торый вращаетс  вокруг вертикальной оси образца и перемещаетс  по радиусу образца в плоскости, перпендикул рной плоскости падени  зондирующего пучка с -помощью приводов 12, 13. Таким образом, зондирующий пучок может быть направлен в любую зону измер емого образца без изменени  угла падени  его на образец. Режим работы приводов 8, 12, 13, а следовательно, и закон сканировани  образца относительно зондирующего пучка осуществл ет микропроцессор 22 через блоки управлени  шаговыми приводами 20 и устройство 21 сопр жени . Сигналы с приемников 10 излучени , пропорциональные интенсивности соответственно прошедшего и отраженного пучков, через цифровые вольтметры 15, 16 в цифровом виде поступают через согласующие коннекторы 23 в микропроцессор 22, который вычисл ют коэффициент пропускани  Т и отражени  R по формуле

Т ч-

UTX - UrreM

R . URX-URTCM

Ure-игтем KCUc - URTCM)

где UTX - напр жение на первом фотоприемнике ;

UrreM- напр жение на первом фотоприемнике 10 с перекрытым пучком световой заглушкой 9;

Оте - напр жение на первом фотоприемнике 10 без образца;

URX - напр жение на втором фотоприемнике 10;

иртем - напр жение на втором фотоприемнике 10 с перекрытым пучком световой заглушкой 9;

UR« - напр жение на втором фотоприемнике 10 от эталона отражени ,

К - коэффициент отражени  эталона отражени  (напыленное серебро или напыленный родий).

Информаци  о координатах измерени  на образце и измеренных в этих зонах коэффициентов отражени  и пропускани  накапливаетс  в устройстве 24 внешней пам ти

0 микропроцессора 22. По результатам измерени  в отдельных зонах строитс  нагл дна  топограмма, характеризующа  оптическую однородность образца (фиг.З), Полностью зачеркнутый квадрат на данном

5 примере соответствует наибольшему значению зонного коэффициента пропускани  79,4%, Разница между максимальным и минимальным значени ми коэффициентов пропускани  по полю образца равн етс 

0 0,8%. Таким же образом строитс  топограмма коэффициентов отражени  образца.

Данное оптическое устройство позвол ет измерить пропускание и отражение от двух сторон крупногабаритного образца, не

5 снима  образца с оптического стола, можно измерить интегральное и зонное пропускание в различном спектральном диапазоне, можно измерить пропускание и отражение по зонам в одном спектральном диапазоне

0 и локально - в другом. Благодар  этим действи м повышаетс  точность и информативность результатов измерени  по площади образца на 30-40%, особенно это ценно в невидимой области спектра дл  крупногэба5 ритных оптических образцов.

Использование предлагаемого устройства дл  регистрации зонального и интегрального светопропускани  и отражени  в крупногабаритных оптических образцах по

0 сравнению с известным позвол ет: повысить точность измерени  на 30-40% и информативность результатов измерени  по площади образца благодар  тому, что источник излучени  выполнен из керамической

5 полой трубки, изготовленной из материала компонентов; окиси алюмини , каолина и окиси хрома а также размещенного внутри этой трубки платинового нагревател , так как это дает возможность осуществл ть из0 , мерени  в ИК-области спектра от 3 до 20 мкм с высокой стабильностью и воспроизводимостью измерений во времени; благодар  тому, что устройство снабжено дополнительным перестраиваемым моно5 хроматическим источником излучени , размещенным по другую сторону базировани  оптического образца водной плоскости расположени  основного источника и двух приемников , перпендикул рной плоскости базировани  образца, и так, чтобы световой

поток от него имел возможность падать в место выхода светового потока из оптического образца от основного источника излучени , причем узлы падени  и отражени  двух источников и приемников равны между собой, так как позвол ет одновременно получать информацию, не мен   положение образца , и не переключа  другой источник излучени , в узком спектральном видимом и невидимом диапазоне; благодар  тому, что оптический стол установлен с возможностью поворота и смещени  по радиусу образца , так как это позвол ет проводить локальные, зонные измерени  по всей площади образца в автоматическом режиме; благодар  тому, что приемники излучени  установлены в термостатируемых капсулах с возможностью перемещений перпендикул рно оптической оси падени  на них светового потока, так как позвол ет исключить тепловые шумы и найти наиболее оптимальную чувствительную часть площади приемников излучени  при фиксации ими коэффициентов пропускани  л отражени . Кроме того, оптическое устройство технологично в изготовлении, может быть изготовлено усили ми специалистов средней квалификации на отечественном оборудовании . В устройстве эффективно использованы как стандартные узлы, так и оригинальные, в частности более эффективный источник излучени : малогабаритный, которому не дано специальный обдув, стабильный во времени при излучении в средней и дальней ИК-области, более

эффективный по сравнению с глобаром, имеющий более низкую температуру нагрева .

Claims (2)

1. Формула изобретени  1 Оптическое устройство регистрации

   зонального и интегрального светопропуска- ни  и отражени  в оптическом образце, содержащее источник излучени , оптический стол, два приемника излучени , размещенные по разные стороны базировани  оптического образца, и систему регистрации результатов измерени , отличающее- с   тем, что, с целью повышени  точности измерени , в устройство введен дополнительный источник излучени , выполненный в виде полой трубки, изготовленной из материала состава: окись алюмини  70-85%, каолин 10-20%, окись хрома 5-10%, в которой размещен платиновый нагреватель, при

   этом дополнительный источник излучени  расположен напротив основного источника излучени  по другую сторону базировани  оптического образца в одной плоскости расположени  основного источника и двух приемников , перпендикул рной плоскости базировани  образца, причем каждый из источников излучени  оптически сопр жен с двум  приемниками излучени , а оптический стол установлен с возможностью поворота и смещени  по радиусу образца.
2. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что основной источник излучени  выполнен в виде перестраиваемого моно- хроматического источника излучени .

   Т Y,.,с44 - ,| i

   i rOMgil i

   Фиг. 1

   J

   8

   12

   13

   20

   20

   20

   л л Ж

   21

   W

   25

   сриг.З

   15

   IS

   25

   23

   26

   Фиг. 2

   78.6%

   Ф J

   4 5 6 7 8910 15 203050 Амкм : ФигМ , :.; --..