Приемный оптический блок фотометра

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения энергетических параметров пучков оптического излучения. Целью является повышение точности измерения энергий пучков излучения размером больше размера приемной площадки фотоприемника. Оптический блок состоит из бленды 1, диффузно-рассеивающего ослабителя 2, диафрагмы 3 и фотоприемника 4. Новым в блоке является оригинальная объемная форма диафрагмы, расположение в одной из плоскостей диафрагмы четырех идентичных фигурных отверстий, а так же то, что размеры элементов диафрагмы и ее расположение относительно ослабителя и фотоприемника подчинены новым расчетным соотношениям. Этими мерами обеспечивается частичное устранение зависимости измеряемой энергии от положения пучка излучения в плоскости апертуры блока и становится возможным расширение диапазонов размеров и перемещений поступающих на вход пучков излучения. Оптический блок может применяться в качестве оптической части фотометров, измеряющих энергию широких пучков, или с флуктуирующей в пространстве диаграммой направленности. 2 ил.

(21) (2 ) (4 Э (7 ) Все на быс до фо

Ф вып с.

4628789/25-25

29.12.88

23,11.90. Бюл. 11 43

С. Ф. Гученко и О. Е. Колбасика

532,242(088.8)

Гученко С. Ф. и др. Измерительнострирующий комплекс для измерения транственно-энергетических пара— ов импульсного излучения. — 12-я союзная конференция "Высокоскоростфотография, фотоника и нетрология тро протекающих процессов". Тезисы адов. N., 1985, с. 174.

Бухштаб М. А, и др. Малогабаритные ометры широкого применения типа

- В сб.: Импульсная фотометрия, 1, Л.: Машиностроение, 1981, 75.

2 (54) ПРИЕМНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ БЛОК ФОТОМЕ

ТРА (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения энергетических параметров пучков оптического излучения. Целью является повышение точности измерения энергий пучков излучения раз— мером больше размера приемной площадки фотоприемника. Оптический блок состоит из бленды 1, диффузно-рассеивающего ослабителя 2, диафрагмы 3 и фотоприемника 4. Новым в блоке является. оригинальная .объемная форма диафрагмы, расположение в одной из плоскостей диафрагмы четырех идентичных фигурных отверстий, а так же то, что размеры элЕментов диафрагмы и ее рас положение относительно ослабителя и фотоприемника. подчинены новым расчетным соотношениям. Этими мерами обеспечивается частичное устранение зависимости измеряемой энергии or положе5 ния пучка излучения в плоскости апертуры блока и становится возможным расширение диапазонов размеров и пе1б08435 4 ремещений поступающих на вход пучков излучения. Оптический блок может применяться в качестве оптической части фотометров, измеряющих энергию широких пучков, или с флуктуирующей в пространстве диаграммой направленности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измеритель-15 ной технике в частности техники измерения энергетических параметров пучков оптического излучения.

Целью является повышение точности измерений пучков излучения диаметром 2р свыше 10 мм.

На фиг. 1 представлена схема оптического блока; на фиг. 2 — конструкция диафрагмы.

Блок (фиг. 1) состоит из светоза- 25 щитной бленды 1, рассеивающего ослабителя 2, диафрагмы 3 и фотодиода 4.

Светозащитная бленда служит для устранения паразитных боковых засветок рассеивающего ослабителя 2, который 3р представляет собой пластину из диффузно-рассеивающего материала произвольной, например круглой или квадратной формы. Оптимальная с точки. зрения погрешности измерения формаквадратная. Диафрагма 3 выполнена в виде полой усеченной пирамиды с квадратными основаниями с размерами сторон (Ь + с)2 и 2с )i высотой Д . В плоскости большего основания пирамиды 4р расположены четыре симметричных фигурных отверстий высотой r обращенных вершинами к центру. диафрагмы. Расстояние от вершины каждого отверстия до центра диафрагмы Ь + с. Диафрагма 45

3 может быть выполнена метбдом штам". повки и вырубки из тонкой листовой стали. Фотодиод 4 выполнен с квадратной приемной площадкой, стороны которой параллельны сторонам оснований диафрагмы 3 и осям рассеивающего ослабителя 2. Все конструктивные элементы расположены на одной оптической оси. Конструктивные параметры устройства связаны соотношениями. Конфигурация фигурных отверстий описывается функцией.

Блок (фиг. 1) работает следующим образом.

Пусть распределение плотности энергии. в сечении пучка излучения на по,верхности рассеивающего ослабителя 2 описывается функцией f(x, у), где х и у - координаты точки в плоскости ослабителя 2.

Поток излучения Йф из элементарной площадки dS ослабителя 2, проходящий на приемную площадку фотодиода 4, описывается формулой

d9 =В dS Q." сов Ч

) где В - яркость излучения;

Q, - телесный угол, в котором распространяется поток излучения от элементарной площадки dS до приемной площадки фотодиода;

Ч - угол между нормалью к ослабителю 2 и направлением из точки ослабителя с координатами у в центр приемной площадки фотодиода.

Iî,° f (q) А f (х, у). (2) где 1 /S — - сила света в направлении о нормали к рассеивателю 2 с единицы- площадки S ослабителя 2, пропорциональная плотности энергии вточке ослабителя 2 с координатами х и у;

А — коэффициент пропорциональности, характеризующий соотношение между светова ми и энергетическими еди, ницами измерения;

f(Q) — индикатрисса рассеивания материала ослабителя 2.

5 16084 з (1) с учетом (2) получают (9 = А f(x, у) Q f(q) dS, (3) ламбертовского (диффузного) рас5 ающего материала

Дпя сеи

f Q) = const, 1Î тог а

Из пределения телесного угла g. =

8 (а + 1 )г

Q — площадь основания, на кото- 20 рое опирается телесный угол, а - расстояние от ослабителя 2 до первой поверхности диафрагмы 3;

1 — расстояние от первой плоско- 25 сти диафрагмы 3 до приемной поверхности фотодиода 4. з (3) получают где (а + l)

30 о а (12) Поток d P< проходит через фигурные отверстия, расположенные вертикально, и создает на приемной площадке фото35 диода освещенный учас оК площадью 6„ (7) х +уг (аа» 1 »

Тогд (а+ 1) dS

L (14) 50 (8) И (фиг щади мент вает нием

Ф =. А f(x, у) Q cos CP dS, (4) = A f(<> y) cos (p; г (6) Р =A f(x, ó) х геометрических построений

1) следует что величина плоQ зависит от координат хю у элерной площадки dS. Это обеспечи-. я формой диафрагмы 3 и расположеконструктивных элементов устрой35 б ства в соответствии с соотношениями, приведенными в формуле. изобретения.

Обозначим и координаты в плоскости диафрагмы 3:, соответствующие координатам ослабителя х и у и связанные с ними следующими соотношениями: х у и а+1 (9)

» 1»

Площадь 5 основания телесного угла можно представить как

Соответственно весь поток dP можно представить как сумму

dÆ = ЙР„+ ЙР„+ дф (11) Поток йф проходит через центральное отверстие диафрагмы 3 и «е зависит от координат х, у элементарной площадки (фиг. 1). Поток И„ распространяется в телесном угле, опирающемся на площадку G> в плоскости фотодиода 4

Аналогично Йф создает освещенный участок площадью

x — + + — +, (15) г

r a

Используя соотношение— а+ 1

16084

-а получают иэ (14) выражение, подставляя которое в(8),,получают аР -,, f(xi ) ()в

2 х2у ЙБ (х2, + у2 + (< + 1 )2g 2 )1 ) (16) 10

2 x2y2dS (х, у) (17)

15 где (- методическая погрешность иэ мерения энергетических параметров, зависящая от координат х, у.

Рассчитывают максимальное значение для различных значений конструктивных параметров у блока. Для точек -на оси х или у = О. При угле поля зрения фотометра С(= g 21,8, 3 не превышает

2 9" °, 25

Для протяженных размеров пятна излучения в ддоскости ослабителя 2 поток излучения, попадающий на приемную площадку фотодиода, равен

p = J (Р - х — ),-(11(х, y)as— JО(х, y)f(x; у)48) = — ). x х m. — Ь, At 35 где g — (1)2 ) 3(х, у)f(x, y)dS, тп. — энергия излучения., Из (18) следует, что йоток Ф не . зависит от координат точек пятна из- 4О лучения. Предлагаемый блок позволяет измерять энергетические характеристи- ки пучков йзлучення в широком диапазоне расходимостей и флуктуаций ОДН.

Каждая конкретная конструкция рассчи- 45 тывается по формулам, исходя из требований к полю зрения прибора, габаритам и погрешности.

Формула изобретения

1. Приемный оптический блок фотометра, содержащий расположенные последовательно на одной оптической оси диффузионный рассеиватель, с блендой, диафрагму н фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений энергии пучков излучения размеR a r a — — 1 = f()(+ 1,)

12

Ь+с 1 -1

Ь+с= — -, Rl а+1 с R

Ь+с 1

2с — размер центрального квадратного отверстия диафрагмы в задней плоскости диафрагмы где 2Б. — размер диффузного рассеивателя;

2t — сторона приемной площадки фотоприемника.

2. Блок фотометра по и. 1, о тличающий ся тем, чтофигурные отверстия ограничены кривыми, описываемыми функцией ((t)=, (I t )

2 где So = (b + с)

1 - координата в плоскости фигурных отверстий диафрагмы. ром больше пазмера приемной площадки фотоприемника, приемная площадка фотоприемника выполнена квадратной, диафрагма выполнена в виде полой усеченной пирамиды с квадратными основаниями, размерами сторон 2 (Ь + с) и 2с высотой, ось которой совпадает с оптической осью блока, при этом в поверхности, лежащей в плоскости больше-о

ro основания пирамиды, выполнено четыре симметричных относительно оптической оси блока фигурных отверстия высотой r, вершины которых примыкают к большему основанию пирамиды, обращены к центру основания пирамиды и расположены от него на расстоянии Ь + с, стороны оснований пирамиды, а также оси симметрии фигурных отверстий па-. раллельны соответствующим сторонам приемной площадки фотоприемника, прн этом расстояние а от диффузного .рассеивателя до поверхности диафрагмы, содержащей фигурные отверстия, расстояние 11 от меньшего основания пирамиды диафрагмы до плоскости фотоприемника связаны с конструктивными параметрами блока следующими соотно шениями:

1608435

Фиг.2

Составитель If. Стукова тор А. Козориз Техред М,Дидык Корректор Т.Малец

Реда

3606 Тира:к 426. Подписное

Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ! 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Зака

Прои в одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101