устройство для измерения свильности оптических материалов

Формула изобретения

Устройство для измерения свильности оптических материалов, представляющее собой теневой прибор, содержащий источник излучения, конденсор, светозадающую диафрагму, призму, коллимирующий объектив, приемный объектив, вторую призму, нож, согласующую линзу, отличающееся тем, что в плоскости изображения середины исследуемого объема, где расположен образец, установлена кремниевая матрица с зарядовой связью, вход которой подключен к блоку команд, а выход подключен к аналого-цифровому преобразователю, причем вход блока команд подключен к блоку синхронизации и цифровой обработки сигнала, выход которого подключен к согласующему устройству, установленному в персональном компьютере, а выход согласующего устройства подключен к блоку оперативной памяти компьютера, выход которого подключен к монитору, а нож механически связан с двигателем через редуктор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптическим теневым приборам с фотоэлектрической регистрацией для качественной оценки и количественных измерений свилей в образцах оптических материалов (стекол, ситаллов и оптической керамики). Для этих целей используются устройства, основанные на «прямом теневом методе» и описанные в книге «Оптические измерения» (автор В.А.Афанасьев, Москва: Высшая школа, 1981 г., стр.129-131) и в статье (журнал «Оптико-механическая промышленность», №10, 1958 г., стр.24-29. Автор B.C.Доладугина). Этот метод и устройство на его основе позволяет визуализировать свили в заготовках (образцах) прозрачного стекла, но характеризуется малой контрастностью, разрешающей способностью и большими габаритами (до 8 м). Более компактные устройства представлены в патентах №93012951 G01N 21/85 от 20.07.1995 г. и №2055349 G01N 21/85 от 27.02.1996 г. Использование этих устройств подразумевает сканирование световым пучком по отполированной плоскости образца и потому они более компактны, но им также присущи недостатки относительно контрастности и разрешающей способности (не более 1 мм).

Недостатки аналогов устранены в технических решениях, описанных в монографии Л.А.Васильева «Теневые методы», Москва: Наука, 1968 г. В монографии предложены различные оптические схемы теневых приборов для исследования оптических неоднородностей, а также подробное описание теневых приборов ИАБ-451, ТЕ-19, ИАБ-453.

Прототипом предлагаемого устройства может служить прибор ИАБ-453, описанный на стр.157-170. Прибор сделан по коллиматорной схеме Теплера с ножом Фуко и может быть использован для ряда теневых измерений. Но этот прибор, равно как и все другие, имеет ограниченные эксплуатационные возможности, а именно:

1. В качестве регистрации теневой картины используется фотоаппарат, кинокамера или ФЭУ, т.е. прибор работает в видимом диапазоне спектра и не может использоваться для обнаружения свилей в непрозрачных для этого диапазона оптических материалах.

2. Перемещение ножа перпендикулярно оптической оси осуществляется вручную при помощи микрометрического винта, что не оперативно.

3. Проявка фотоматериалов и дальнейшая обработка данных требуют значительного времени.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и расширение эксплуатационных возможностей теневого прибора.

Указанная цель достигается тем, что в теневом приборе с коллимационной оптической схемой, в плоскости изображения середины исследуемого объема, где располагается исследуемый образец, установлено фотоприемное устройство, представляющее собой кремниевую матрицу с зарядовой связью (ПЗС-матрица), вход которой подключен к блоку команд (БК), а выход подключен к аналого-цифровому преобразователю (АЦП), причем вход БК и второй вход АЦП подключены к блоку синхронизации и цифровой обработки сигнала (БСЦО), выход которого подключен к согласующему устройству (СУ), установленному на свободный разъем материнской платы компьютера, и содержащее блок оперативной памяти, хранящей весь массив изображения с ПЗС-матрицы, которая по стандартному протоколу обмена компьютера с согласующим устройством посредством специальной программы выводятся на экран монитора, через блок оперативной памяти (БОП) компьютера, на котором производится анализ и измерение количества и размеров свилей. Кроме того, вышеуказанная цель изобретения достигается управлением с компьютера или клавиатуры на корпусе теневого прибора реверсивным вращением двигателя, перемещающим нож посредством редуктора.

На чертеже изображена оптическая и структурная схемы предлагаемого устройства, которая содержит: излучатель 1, конденсор 2, светозадающую диафрагму 3, призмы 4 и 4 ^a, коллимирующий и приемный объективы 5 и 5 ^a, между которыми размещается исследуемый образец (заготовка), нож 6, согласующая линза 7, фотоприемное устройство, включающее ПЗС-матрицу 8, блок команд 9, аналого-цифровой преобразователь 10, блок синхронизации и цифровой обработки сигнала 11, персональный компьютер 12, включающий согласующее устройство 13 и блок оперативной памяти (БОП) 14, монитор 15, а в теневом приборе расположены двигатель 16 и редуктор 17.

Работа теневого прибора традиционна. Здесь нить накала лампы 1 конденсором 2 изображается в плоскости светозадающей диафрагмы 3, которая расположена в передней фокальной плоскости объектива 5, создающего квазипараллельный световой пучок в исследуемом объеме, в котором устанавливается образец. Далее световой пучок попадает в объектив 5^a , который проецирует изображение диафрагмы 3 в плоскости ножа 6. Перед объективом 5 и после объектива 5^a установлены отражательные призмы 4 и 4^a , поворачивающие световой пучок последовательно на 90°. Согласующая линза 7 совместно с объективом 5^a проецирует изображение середины исследуемого объема, где установлен образец, в плоскость кремниевой ПЗС-матрицы, где создается соответствующее изображению распределение электрического заряда. По окончании времени накопления, которое формируется блоком 11 (БСЦО), накопленный заряд построчно переносится в считывающий регистр, после чего происходит поэлементный вывод выходного сигнала. Управление работой ПЗС-матрицы осуществляется под действием импульсных и постоянных напряжений, которые формируются драйверами, расположенными в блоке 9 (БК). Устройства усиления и обработки сигнала расположены в блоке 10 (АЦП). Цифровой поток данных, выходящий из АЦП, поступает в БСЦО, где производится обработка данных для ввода в персональный компьютер 12 (ПК) на согласующее устройство 13 (СУ), установленное на свободный разъем материнской платы ПК и осуществляющее посредством специальной программы обработку массива данных с ПЗС-матрицы с последующим выводом данных об исследуемом образце на экран монитора 15 ПК, через блок оперативной памяти компьютера 14. Управление двигателем 16, который через редуктор 17 двигает нож, осуществляется либо кнопками на корпусе теневого прибора, либо клавиатурой ПК. Это необходимо для контроля правильной фокусировки приемного объектива 5а по характеру потемнения теневой картины, а также для изменения чувствительности теневого прибора.

Предлагаемое устройство для измерения свильности оптических материалов по сравнению с прототипом имеет ряд преимуществ:

а) применение ПЗС-матрицы, чувствительной к ближней инфракрасной области спектра, обеспечивает анализ непрозрачных в видимой области оптических материалов, что расширяет эксплуатационные возможности прибора.

б) перемещение заготовок перпендикулярно оптической оси прибора делает возможным просканировать образцы достаточно больших габаритов узким световым пучком, что делает прибор более компактным и переносным.

в) применение персонального компьютера, снабженного необходимым для осуществления измерений программным обеспечением с выводом изображения на монитор, делает возможным экспресс-анализ наличия свилей в оптических материалах.

г) дистанционное управление перемещением ножа обеспечивает: оперативный контроль юстировки, а также, в случае необходимости, изменение чувствительности прибора.