МНОГОХОДОВАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Российский патент 1996 года по МПК G02B17/06 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а точнее к оптическим системам с отражающими поверхностями. Изобретение может быть использовано при разработке кювет с большой длиной оптического пути, например, при разработке регулируемых линий задержки, а также в высокочастотных оптических измерительных устройствах, предназначенных для определения коэффициентов отражения покрытий или для определения оптического поглощения различных веществ.

Известна многоходовая оптическая система, содержащая шесть вогнутых зеркал одинакового радиуса кривизны, четыре из которых установлены рядом и выполняют роль объективов, а два других противолежат от них на расстоянии радиуса кривизны и являются коллективами, при этом объективы формируют на коллективах матрицу промежуточных изображений осветителей [1]
Недостатком оптической системы является относительно большая величина аберраций.

Наиболее близкой по конструкции к предлагаемому устройству является многоходовая оптическая система, содержащая зеркало-коллектив и два вогнутых зеркала-объектива, выполненных в виде одного оптического элемента. Зеркала имеют одинаковый радиус кривизны, при этом объективы расположены на двойном фокусном расстоянии от коллектива [2]
Недостатком оптической системы является наличие в полости между зеркалами сходящихся пучков, что затрудняет использование в системе некоторых устройств, например, акустооптических модуляторов.

Целью настоящего изобретения является пространственное разделение параллельных и сходящихся пучков.

Поставленная цель достигается тем, что в многоходовую оптическую систему, содержащую вогнутые зеркало-коллектив и первое и второе зеркала-объективы, первое зеркало-коллектив обращено своей отражающей поверхностью к отражающей поверхности первого зеркала-объектива, при этом радиус кривизны первого зеркала-коллектива равен радиусу кривизны первого зеркала-объектива, что дополнительно введено второе вогнутое зеркало-коллектив, радиус кривизны которого равен радиусу кривизны второго зеркала-объектива, при этом зеркала-объективы выполнены в виде отдельных оптических элементов и обращены друг к другу своими отражающими поверхностями, первое зеркало-коллектив расположено в фокусе первого зеркала-объектива, а второе зеркало-коллектив расположено в фокусе второго зеркала-объектива и обращено своей отражающей поверхностью к отражающей поверхности первого зеркала-объектива.

С целью увеличения оптической длины в оптическую систему дополнительно введены третье вогнутое зеркало-объектив и третье вогнутое зеркало-коллектив одинакового радиуса кривизны, при этом третье зеркало-коллектив расположено в фокусе третьего зеркала-объектива и обращено своей отражающей поверхностью к отражающей поверхности третьего зеркала-объектива, обращенной своей отражающей поверхностью к отражающей поверхности второго зеркала-объектива.

С целью получения возможности изменять оптическую длину системы не меняя при этом направление распространения выходящего из устройства излучения, введено дополнительное зеркало, выполненное с возможностью поступательного перемещения в плоскости. расположенной между первым и вторым зеркалами-объективами.

С целью обеспечения возможности преобразования спектра оптического излучения в оптическую систему дополнительно введен акустооптический модулятор, установленный между отражающими поверхностями первого и второго зеркал-объективов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана конструкция оптической системы; на фиг. 2 оптическая система с дополнительным третьим зеркалом-объективом и третьим зеркалом-коллективом; на фиг. 3 оптическая система с возможностью изменения оптической длины; на фиг. 4 вид сверху оптической системы с акустооптическим модулятором; на фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8 вспомогательные виды А, В, С, Д.

Позиции на чертежах обозначают:
1 второе зеркало-коллектив; 2 первое зеркало-объектив; 3 второе зеркало-объектив; 4 первое зеркало-коллектив; 5 третье зеркало-объектив; 6 третье зеркало-коллектив; 7 зеркало.

На чертежах окружностями обозначены области пересечения луча с поверхностями зеркал. Цифры внутри окружностей соответствуют числу проходов луча между противолежащими зеркалами.

Многоходовая оптическая система содержит (см. фиг. 1) два вогнутых зеркала-объектива 2, 3 и два вогнутых зеркала-коллектива 1, 4. Радиус кривизны первого зеркала-коллектива 4 равен радиусу кривизны первого зеркала-объектива 2, а радиус кривизны второго зеркала-коллектива 1 равен радиусу кривизны второго объектива 3. Зеркала-объективы 2, 3 обращены друг к другу своими отражающими поверхностями (зеркала обращены друг к другу в том случае, если существует луч распространяющийся между отражающими поверхностями зеркал). Первое первое зеркало-коллектив 4 расположено в фокусе первого зеркала-объектива 2 и обращено своей отражающей поверхностью к отражающей поверхности первого зеркала-объектива 2, а второе зеркало-коллектив 1 расположено в фокусе второго зеркала-объектива 3 и обращено своей отражающей поверхностью к отражающей поверхности второго зеркала-объектива 3. Кроме этого устройство содержит третье зеркало-объектив 5, третье зеркало-коллектив 6 (см. фиг. 2), зеркало 7 (см. фиг. 3) и акустооптический модулятор 8 (см. фиг. 4). Зеркало 7 и акустооптический модулятор 8 установлены между первым 2 и вторым 3 зеркалом-объективом. Третье зеркало-объектив 5 обращено своей отражающей поверхностью к отражающей поверхности второго зеркала-объектива 3. Третье зеркало-коллектив 6 расположено в фокусе третьего зеркала-объектива 5 и обращено своей отражающей поверхностью к отражающей поверхности третьего зеркала-объектива 5.

Многоходовая оптическая система работает следующим образом (фиг. 1). Излучение, поданное на систему, попадает на второе зеркало-объектив 3, на котором засвечивают световую зону 1 (световая зона область пересечения луча с поверхностью зеркала) и фокусируется вторым зеркалом-объективом 3 в точку 2 на поверхности второго зеркала-коллектива 1. Далее луч вновь попадает на второе зеркало-объектив 3 (зона 3), потом на первое зеркало-объектив 2 (зона 4) которое его фокусирует в точку 5 на втором зеркале-коллективе 4. Далее, пройдя световые зоны 6 и 7, луч снова фокусируется вторым зеркалом-объективом 3 в точку 8 на втором зеркале-коллективе 1, полностью совпадающую с точкой 2. Отразившись от точки 8, пучок после прохождения световых зон 9 и 10, вновь фокусируется в точку 11 на первом зеркале-коллективе 4, совпадающую с точкой 5. Далее луч, совершив определенное (изменяемое с помощью юстировки зеркал-коллективов 1,4) число проходов, выходит за пределы оптической системы. При этом между зеркалами-объективами 2, 3 образуются зоны параллельных пучков лучей, а между зеркалами-объективами 2, 3 и зеркалами-коллективами 1, 4 зоны сходящихся лучей.

В варианте конструкции, приведенной на фиг. 2, луч первые 27 проходов распространяется так же, как описано выше, отражаясь только от первого и второго зеркал-объективов 2, 3 и первого и второго зеркал-коллективов 1, 4, образуя в зеркалах-объективах 2, 3 по два ряда световых зон. Дальнейшее увеличение оптической длины, за счет увеличения числа проходов, достигается с помощью дополнительного третьего зеркала-объектива 5 и дополнительного третьего зеркала-коллектива 6, введение которых позволяет увеличить число отражений до полного заполнения световыми зонами полезной площади зеркал-объективов и таким образом, реализовать максимальную для данной конструкции оптическую длину.

В варианте конструкции, приведенном на фиг. 3, зеркало 7 прерывает прохождение излучения от второго 3 к первому 2 зеркалу-объективу, направляя его за пределы оптической системы. Причем наличие возможности перемещать зеркало 7 в плоскости, расположенной между зеркалами-объективами 2, 3, позволяет направлять излучение за пределы системы после различного числа проходов, и тем самым осуществлять изменение оптической длины.

В варианте конструкции, показанном на фиг. 4, 5, 6, 7, 8, излучение, в процессе многократного распространения от первого 2 к второму 3 зеркалу-объективу и от второго 3 к первому 2 (последовательность отражения луча от зеркал осуществляется также, как и в выше описанных конструкциях), проходит через акустооптический модулятор 8. При каждом прохождении через акустооптический модулятор 8 несущая частота излучения сдвигается на частоту -f или +f в зависимости от направления распространения акустической волны, возбуждаемой в акустооптической ячейке модулятора, где f частота акустической волны. После n циклов проходов через акустооптический модулятор 8 из оптической системы выйдет излучение с несущей частотой n f. Частота сдвига оптического излучения, выходящего из оптической системы, регулируется частотой акустической волны f.

Использование: область оптического приборостроения. Сущность изобретения: оптическая система содержит два вогнутых зеркала-объектива, обращенных друг к другу своими отражающими поверхностями, и два вогнутых зеркала-коллектива. Радиус кривизны первого зеркала-коллектива равен радиусу кривизны первого зеркала-объектива, а радиус кривизны второго зеркала-коллектива равен радиусу кривизны второго зеркала-объектива. Первое зеркало-коллектив расположено в фокусе первого зеркала-объектива и обращено своей отражающей поверхностью к отражающей поверхности первого зеркала-объектива, а второе зеркало-коллектив расположено в фокусе второго зеркала-объектива и обращено своей отражающей поверхностью к отражающей поверхности второго зеркала-объектива. Кроме того, введены третье зеркало-объектив, третье зеркало-коллектив, зеркало и акустооптический модулятор. Зеркало и акустооптический модулятор установлены между первым и вторым зеркалом-объективом. Третье зеркало-объектив обращено своей отражающей поверхностью к отражающей поверхности второго зеркала-объектива. Третье зеркало-коллектив расположено в фокусе третьего зеркала-объектива и обращено своей отражающей поверхностью к отражающей поверхности третьего зеркала-объектива. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Многоходовая оптическая система, содержащая вогнутые зеркало-коллектив и первое и второе зеркала-объективы, первое зеркало-коллектив обращено своей отражающей поверхностью к отражающей поверхности первого зеркала-объектива, при этом радиус кривизны первого зеркала-коллектива равен радиусу кривизны первого зеркала-объектива, отличающаяся тем, что дополнительно введено второе вогнутое зеркало-коллектив, радиус кривизны которого равен радиусу кривизны второго зеркала-объектива, при этом зеркала-объективы выполнены в виде отдельных оптических элементов и обращены друг к другу своими отражающими поверхностями, первое зеркало-коллектив расположено в фокусе первого зеркала-объектива, а второе зеркало-коллектив расположено в фокусе второго зеркала-объектива и обращено своей отражающей поверхностью к отражающей поверхности второго зеркала-объектива. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в оптическую систему дополнительно введены третье вогнутое зеркало-объектив и третье вогнутое зеркало-коллектив одинакового радиуса кривизны, при этом третье зеркало-коллектив расположено в фокусе третьего зеркала-объектива и обращено своей отражающей поверхностью к отражающей поверхности третьего зеркала-объектива, обращенной к отражающей поверхности второго зеркала-объектива. 3. Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что введено дополнительное зеркало, выполненное с возможностью поступательного перемещения в плоскости, расположенной между первым и вторым зеркальными объективами. 4. Система по пп. 1 3, отличающаяся тем, что в оптическую систему дополнительно введен акусто-оптический модулятор, установленный между отражающими поверхностями первого и второго зеркал-объективов.