ЗЕРКАЛЬНЫЙ МНОГОГРАННИК РАЗВЕРТЫВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2000 года по МПК G02B26/12 

Изобретение относится к оптотехнике, а более конкретно к оптическому приборостроению, и может быть использовано в развертывающих системах.

Известен зеркальный многогранник развертывающей системы (1), содержащий плоские отражающие взаимно-ортогональные грани, образующие двугранные углы гранями двух усеченных правильных пирамид, соединенных меньшими основаниями. Вершины двугранных углов размещены на окружности, а ребра перпендикулярны оси вращения многогранника.

Однако это устройство не может быть использовано в развертывающих системах, сканирующих по двум координатам, т.к. двугранные углы образованы гранями двух усеченных правильных пирамид и, следовательно, каждая пара граней установлена под прямым углом друг к другу.

Эта задача решена в развертывающих системах, широко известных в приборостроении, в которых в качестве развертывающего элемента используется вращающий многогранник (см., например, (2) - (6)). В этих устройствах зеркальный многогранник (вращающийся зеркальный барабан) представляет собой две усеченные конические пирамиды, соединенные меньшими основаниями, в котором каждая пара граней (первой и второй) пирамид образует различные двугранные углы. При этом одна из пирамид выполнена как правильный зеркальный многогранник, т. е. с одинаковым наклоном граней к оси вращения многогранника, а вторая - как неправильный, т.е. с разными углами наклона его граней к оси вращения.

Процесс изготовления вышеописанного зеркального барабана сложен и дорог, а для получения высококачественных развертывающих систем необходимо очень точно изготавливать узел многогранника. Для исключения погрешностей, вызванных неточностями в изготовлении углов между пирамидами, можно делать одну или обе грани из каждой пары регулируемыми. Другим вариантом может быть изготовление многогранника из сборочных элементов, идентичных с нужной степенью точности. При таких вариантах изготовления повышается точность, но существенно усложняется технологический процесс и увеличивается нестабильность параметров этих барабанов от температурных колебаний.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является зеркальный многогранник, описанный в патенте Великобритании "Система сканирования излучения" (7). В нем описаны и проиллюстрированы средства сканирования. В качестве сканера используется зеркальный барабан (многогранник), содержащий плоские отражающие грани в виде двух усеченных пирамид, соединенных меньшими основаниями. Плоские отражающие грани каждой из пирамид попарно образуют двугранные углы, ребра которых перпендикулярны оси вращения многогранника. Двугранные углы, образованные гранями двух усеченных пирамид, могут быть выполнены различным образом:
- обе пирамиды правильные, отражающие грани двух пирамид, образуют одинаковые углы (90^o), что аналогично источнику (1);
- одна пирамида правильная, а вторая - неправильная, отражающие грани двух пирамид образуют разные двугранные углы, как и в источниках (2) - (6);
- обе пирамиды неправильные, но не симметричные, отражающие грани двух пирамид образуют разные двугранные углы, при этом углы наклона соседних граней каждой из пирамид разнятся друг от друга на постоянную величину, а отражающие грани двух пирамид наклонены на одинаковую величину, но в противоположных направлениях.

Последний вариант по количеству существенных признаков, по технической сущности и достигаемому результату наиболее близок к предлагаемому изобретению, поэтому он и выбран в качестве прототипа.

Недостатки, относящиеся к техническим решениям (2) - (6), присущи и прототипу. Особо необходимо отметить, что во всех этих устройствах грани, образующие двугранные углы, немного наклонены от положения под 90^o на небольшие нарастающие значения, в результате возникает расхождение по размеру граней (по верхнему и нижнему основанию пирамид) и непостоянство средней линии всех пар граней, образующих двугранные углы, что приводит в некоторых гранях к потере светового размера (возникает виньетирование входного пучка лучей, требуется значительное увеличение габаритов оптических элементов).

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является устранение указанных недостатков.

Сущность предложения заключается в том, что в зеркальном многограннике развертывающей системы, как и в прототипе, содержатся плоские отражающие грани, образующие две усеченные пирамиды с противоположно расположенными большими основаниями и с разными двугранными углами, ребра которых перпендикулярны оси вращения многогранника, а отличается он тем, что усеченные пирамиды выполнены в виде моноблока (монолитного тела) с образованием правильного многогранника в каждой усеченной пирамиде в плоскости, перпендикулярной оси вращения и равноудаленной от большего и меньшего основания.

Для пояснения сущности настоящего изобретения далее описывается конкретная схема его осуществления со ссылками на прилагаемые фигуры:
фиг. 1 - общий вид устройства,
фиг. 2 - вид сверху,
фиг. 3,a - изобретение,
фиг. 3,b - прототип.

На фиг. 3,a и 3,b схематично показано практическое расположение элементов сканера.

Зеркальный многогранник представляет собой жесткий барабан, выполненный в виде моноблока 1 в форме двух идентичных усеченных пирамид с противоположно расположенными большими основаниями 2-2'. Наружная периферия барабана образована множеством оптических элементов, состоящих из двух плоских отражающих граней 3-3', 4-4',..., принадлежащих соответственно первой и второй пирамиде и расположенных под углом друг к другу. Грани каждой пирамиды (попарно) симметрично наклонены от положения 90^o на небольшие нарастающие значения, а образованные ими двугранные углы α,α′,α″, отличаются для каждого оптического элемента. При этом ребра двугранных углов расположены под прямым углом к оси вращения 0-0' многогранника, пары граней имеют несколько отличную друг от друга форму (расхождение граней), но постоянную среднюю линию K-K' и M-M', т.е. в плоскости, проходящей перпендикулярно оси вращения и на равном расстоянии от верхнего и нижнего основания, каждой пирамиды образуется правильный многогранник (все точки одной усеченной пирамиды симметричны соответствующим точкам другой пирамиды относительно центра моноблока C) (см. фиг. 3,а).

Выполнение заявляемого устройства в виде моноблока позволило:
- изготовлять многогранник из целой заготовки (однородного материала) и тем самым упростить технологию, удешевить продукцию и обеспечить стабильность параметров, исключив влияние температурных и временных условий;
- изготовлять устройство на высокоточном станке с одного установа и таким образом повысить точность.

Форма моноблока, образованная двумя усеченными пирамидами, точки которых попарно лежат на прямых, проходящих через его центр, по разные стороны и на равных расстояниях от него, позволила:
- выполнять средние линии пар граней постоянными. Расхождение по размеру граней распределить так, что выступы по средней линии отсутствуют, а по краям одинаковы. В результате при эксплуатации одинаковые сменные углы наклона зеркальных поверхностей барабана как ближайшие к телескопической насадке, так и ближайшие к объективу относительно плоскости, перпендикулярной к оси вращения зеркального барабана, обеспечивают сопряжение входного и выходного зрачка, исключение уширения выходного зрачка и потерь светового размера на всех гранях, благодаря чему достигается уменьшение массы барабана и уменьшение виньетирования входного пучка лучей на входе телескопической насадки.

Источники информации
1. А.С. СССР, 815702, G 02 B 27/10, опубл. 23.03.81 г.

2. А.С. СССР, 1642430, G 02 B 26/10, опубл. 15.04.91 г.

3. А.С. СССР, 1742774, G 02 B 27/10, опубл. 23.06.82 г.

4. Патент РФ, 1806404, G 02 B 26/10, опубл. 30.03.93 г.

5. Патент РФ, 2068194, G 02 B 26/10, опубл. 30.03.93 г.

6. Патент РФ, 1806403, G 02 B 26/10, опубл. 20.10.96 г.

7. Заявка Великобритания 1569879, G 02 B 27/17, опубл. 1980 г. (прототип).

Зеркальный многогранник содержит отражающие грани, образующие две усеченные пирамиды с противоположно расположенными большими основаниями и с разными двугранными углами. Ребра двугранных углов перпендикулярны оси вращения многогранника. Усеченные пирамиды выполнены в виде моноблока с образованием правильного многогранника в каждой усеченной пирамиде в плоскости, перпендикулярной оси вращения и равноудаленной от большего и меньшего оснований. Обеспечиваются уменьшение массы и упрощение технологии изготовления зеркального многогранника, а также стабильность параметров и уменьшение виньетирования входного пучка лучей. 4 ил.

Зеркальный многогранник развертывающей системы, содержащий отражающие грани, образующие две усеченные пирамиды с противоположно расположенными большими основаниями и с разными двугранными углами, ребра которых перпендикулярны оси вращения многогранника, отличающийся тем, что усеченные пирамиды выполнены в виде моноблока с образованием правильного многогранника в каждой усеченной пирамиде в плоскости, перпендикулярной оси вращения и равноудаленной от большего и меньшего оснований.