УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ СВЕТОВОГО ПУЧКА Российский патент 2006 года по МПК G02B26/08 

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано для изменения направления светового пучка в оптико-механических трактах лазерных систем.

Известны устройства для отклонения светового луча, выполненные в виде оптически прозрачной пластины клиновидной формы. [1, 2]

Недостатком приведенных конструкций являются пониженные эксплуатационные возможности, обусловленные отсутствием регулировки угла клиновидности оптически прозрачных пластин.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому изобретению является устройство для изменения направления светового пучка (окно для лазерного излучения), содержащее две оптически прозрачных пластины, размещенные в корпусе и герметично связанные по периметру упругоэластичным элементом, причем одна из пластин подвижно смонтирована с возможностью наклона, а герметичная полость между пластинами заполнена иммерсионной жидкостью. [3]

Недостатком известной конструкции является пониженная точность изменения направления распространения светового пучка (луча), т.к. при наклоне подвижной пластины для изменения направления хода светового пучка, а также при колебаниях температуры внешней среды происходит изменение давления жидкости в герметичной полости, что приводит к искажению геометрических характеристик оптических элементов системы.

Кроме того, в условиях вибраций и трясок будут происходить микроперемещения подвижной пластины, что также скажется на точности изменения направления светового пучка.

Технический результат от использования предлагаемого решения заключается в повышении точности изменения направления распространения светового пучка.

В соответствии с предлагаемым изобретением вышеуказанный технический результат достигается тем, что в устройстве для изменения направления светового пучка, содержащем две оптически прозрачные пластины, размещенные в корпусе и герметично связанные по периметру упругоэластичным элементом, при этом одна из пластин подвижно смонтирована с возможностью наклона, а герметичная полость между пластинами заполнена иммерсионной жидкостью, дополнительно содержится гидроаккумулятор, гидравлически связанный с герметичной полостью между пластинами, а иммерсионная жидкость закачана в вышеуказанную полость под избыточным давлением к окружающей среде, причем подвижная пластина закреплена в оправе со сферической боковой поверхностью и размещена в полости, предусмотренной в корпусе.

Кроме того, полость корпуса выполнена цилиндрической формы, а радиус сферы оправы подвижной пластины равен половине диаметра цилиндрической полости корпуса.

Кроме того, механизм наклона подвижной пластины выполнен в виде двух пар устройств микроперемещений, смонтированных в корпусе попарно-ортогонально и введенных в контакт с внешним торцом оправы подвижной пластины.

Кроме того, каждое устройство микроперемещений выполнено в виде пакета пьезоэлементов.

Кроме того, устройство дополнительно содержит дискообразные вкладыши, установленные между устройствами микроперемещений и оправой подвижной пластины, причем торцевые поверхности вкладышей, взаимодействующие с оправой подвижной пластины, выполнены сферическими.

На чертеже представлено в продольном сечении предлагаемое устройство для изменения направления светового пучка.

Устройство содержит две оптически прозрачные пластины 1, 2, размещенные в корпусе 3. Пластины 1, 2 связаны по периметру герметичной упругоэластичной оболочкой (элементом) 4. Герметичная полость между пластинами 1,2 заполнена под избыточным давлением к окружающей среде иммерсионной жидкостью 5 и подключена к гидроаккумулятору в виде емкости 6 с упругоэластичной диафрагмой 7 (емкость гидроаккумулятора выбирается из условия значительного превышения объема герметичной полости между пластинами).

Пластина 2 закреплена в оправе 8 со сферической боковой поверхностью, расположенной в полости 9 корпуса 3, имеющей цилиндрическую форму. Для обеспечения беззазорного перемещения оправы и ее наклона в двух взаимно ортогональных плоскостях ее радиус R сферы выбирают из условия R=D/2, где D - диаметр цилиндрической полости 9 корпуса 3.

Устройство, также, снабжено механизмом наклона микроперемещений пластины 2, выполненным, например, в виде двух пар 20, 11 пакетов пьезоэлементов, смонтированных попарно-ортогонально в корпусе 3 и введенных в контакт с торцем оправы 8 через дискообразные вкладыши 12, поверхности которых, взаимодействующие с оправой, выполнены сферическими.

За счет избыточного давления иммерсионной жидкости 5 и упругих свойств оболочки 4 обеспечивается постоянное поджатие торца оправы 8 сферическим торцам вкладышей 12.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

При подаче светового пучка (луча) I на пластину 1 под углом падения α последний, преломляясь, выходит из пластины 2 под углом β (на чертеже рассмотрен случай при равенстве коэффициентов преломления пластин и иммерсионной жидкости).

Для изменения угла β в одной или двух взаимно-ортогональных плоскостях с пульта управления (условно не показан) подаются управляющие электрические сигналы соответствующего направления, чем достигается разворот сферической оправы 8 с пластиной 2 (за счет увеличения и уменьшения линейного размера пакетов 10, 11 пьезоэлементов).

При подаче светового пуча со стороны пластины 2 устройство работает аналогичным образом.

Из вышеприведенного следует, что предложенное техническое решение имеет преимущества по сравнению с известным, а именно: повышается точность изменения направления светового пучка, т.к. при наклоне подвижной пластины (для изменения направления пучка), а также, при колебаниях температуры внешней среды, практически не происходит изменение давления иммерсионной жидкости (за счет наличия гидроаккумулятора), приводящего к нарушению геометрических характеристик оптических элементов системы.

Кроме того, отсутствуют микроперемещения подвижной пластины в условиях вибраций и трясок, т.к. она постоянно упруго поджата к сферическим поверхностям дискообразных вкладышей.

Следовательно, предложенная конструкция при использовании дает технический результат, заключающийся в повышении точности и стабильности в условиях вибраций и трясок.

По материалам заявки на предприятии в настоящее время разработан маетный образец, испытания которого подтвердили достижение вышеуказанного технического результата.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1, 2 «Справочник конструктора оптико-механических приборов» / Под ред. М.Я.Кругера. Л.: Машиностроение 1968, стр.254, рис.25, стр.321, рис.24а.

3. Патент США №4614405, МПК G 02 B 5/06, 3/12, публ. 86.09.30, т.1070, №5.

4. Заявка ФРГ №2650816, МПК G 02 B 5/06, публ. 1977 г., 11 августа, №32.

Устройство для изменения направления светового пучка содержит две оптически прозрачные пластины, размещенные в корпусе и герметично связанные по периметру упругоэластичным элементом, причем одна из пластин подвижна и смонтирована с возможностью наклона, а герметичная полость между пластинами заполнена иммерсионной жидкостью. Устройство снабжено гидроаккумулятором, гидравлически связанным с герметичной полостью между пластинами, а иммерсионная жидкость закачана в вышеуказанную полость под избыточным давлением к окружающей среде, при этом подвижная пластина закреплена в оправе со сферической боковой поверхностью и размещена в полости, предусмотренной в корпусе. Технический результат - повышение точности изменения направления распространения светового пучка. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для изменения направления светового пучка, содержащее две оптически прозрачные пластины, размещенные в корпусе и герметично связанные по периметру упругоэластичным элементом, причем одна из пластин подвижна и смонтирована с возможностью наклона, а герметичная полость между пластинами заполнена иммерсионной жидкостью, отличающееся тем, что оно снабжено гидроаккумулятором, гидравлически связанным с герметичной полостью между пластинами, а иммерсионная жидкость закачана в вышеуказанную полость под избыточным давлением к окружающей среде, при этом подвижная пластина закреплена в оправе со сферической боковой поверхностью и размещена в полости, предусмотренной в корпусе.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полость корпуса выполнена цилиндрической формы, а радиус сферы оправы подвижной пластины равен половине диаметра цилиндрической полости корпуса.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм наклона подвижной пластины выполнен в виде двух пар устройств микроперемещений, смонтированных в корпусе попарно ортогонально и введенных в контакт с внешним торцом оправы подвижной пластины.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что каждое устройство микроперемещений выполнено в виде пакета пьезоэлементов.5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит дискообразные вкладыши, установленные между устройствами микроперемещений и оправой подвижной пластины, причем торцевые поверхности вкладышей, взаимодействующие с оправой подвижной пластины выполнены сферическими.