ПРИЗМЕННЫЙ УЗЕЛ С КОМПЕНСАТОРОМ Российский патент 2006 года по МПК G02B5/04 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в различных визуальных приборах, дальномерах, аэрофотоаппаратуре и ИК-оптических системах.

Известна призменная система, содержащая две призмы с компенсатором (патент РФ №2095833, кл. G 02 В 5/04, опубл. 10.11.1997 г.), одна из которых - первая - ромб-призма БС-0°, при этом меньшая грань призмы перпендикулярна входящему световому пучку, компенсатор примыкает к выходной грани второй призмы, выходной световой пучок перпендикулярен выходной грани компенсатора. Поскольку призменная система предназначена для разделения светового пучка на два, компенсатор в этом случае служит для компенсации разности хода между пучками.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является призменный узел, предназначенный для вращения изображения и состоящий из призмы и клинового компенсатора (а.с. СССР №1392529, кл. G 02 В 5/04, опубл. 30.04.1988 г.). При этом клиновой компенсатор представляет собой оптический клин, выходная по ходу светового пучка грань которого параллельна входной грани призмы. Оптический клин установлен с возможностью поворота вокруг оси, лежащей в главном сечении призмы и перпендикулярной входной грани. Конструкция позволяет устранять пирамидальность, обусловленную ошибками изготовления углов призмы, но не обеспечивает компенсации других погрешностей, приводящих к непараллельности входного и выходного пучков лучей, в частности погрешностей, вызванных отклонением от номинальных углов наклона преломляющих и отражающих поверхностей призмы как в главном сечении призмы, так и в перпендикулярном к нему направлении из-за наличия только одного клина. При работе с источником света, излучающим в широком спектральном диапазоне, одиночный клин обладает значительными хроматическими аберрациями.

Задачей заявляемого изобретения является создание призменного узла с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - повышение точности призменного узла.

Это достигается тем, что в призменный узел, содержащий призму и первый клиновой компенсатор, установленный перед входной гранью призмы с возможностью разворота вокруг оси, лежащей в главном сечении призмы, в отличие от известного, введен второй клиновой компенсатор, тождественный по конструкции первому, установленный после выходной грани призмы с возможностью разворота вокруг оси, лежащей в главном сечении призмы, так что в исходном положении его входная грань параллельна выходной грани первого компенсатора.

В призменном узле входная грань первого компенсатора и выходная грань второго компенсатора могут быть перпендикулярны соответственно входящему и выходящему из призменного узла пучку лучей.

Выходная грань первого компенсатора и входная грань второго компенсатора могут быть перпендикулярны соответственно входящему и выходящему из призменного узла пучку лучей.

В призменном узле призма может быть выполнена в виде призмы-ромба (типа БС-0°).

С целью повышения качества изображения призменного узла в широком спектральном диапазоне для устранения хроматизма в нем клиновой компенсатор может быть выполнен в виде составного компонента, склеенного из двух одиночных оптических клиньев, выполненных из материалов с разным коэффициентом дисперсии и соединенных так, что в главном сечении большее основание одного клина является продолжением меньшего основания другого клина.

В этом случае разность коэффициентов дисперсии материалов двух одиночных клиньев может составлять не менее 10, разность показателей преломления материалов двух одиночных клиньев может составлять не более 0,03; одиночные клинья могут иметь разный угол клиновидности.

На чертеже представлен вариант исполнения оптической схемы призменного узла со склеенными клиновыми компенсаторами.

Призменный узел состоит из двух тождественных по конструкции клиновых компенсаторов 1 и 2, установленных один перед входной гранью, другой после выходной грани призмы 3 с возможностью разворота вокруг оси, лежащей в главном сечении призмы. Призма 3 выполнена в виде призмы-ромба (типа БС-0°).

В исходном положении входная грань компенсатора 2 параллельна выходной грани компенсатора 1. Входная грань компенсатора 1 установлена перпендикулярно входящему в призменный узел пучку лучей, а выходная грань компенсатора 2 - выходящему из призменного узла пучку (показаны стрелкой).

Выходная грань первого компенсатора и входная грань второго компенсатора могут быть перпендикулярны соответственно входящему и выходящему из призменного узла пучку лучей.

Клиновой компенсатор может состоять из двух одиночных клиньев 4 и 5, причем клиновидность одного одиночного клина - α, а другого - β; клинья соединены так, что в главном сечении большее основание одного клина 5 является продолжением меньшего основания другого клина 4.

Призменный узел работает следующим образом. Компенсаторы 1 и 2 компенсируют погрешности изготовления призмы 3. При отсутствии компенсаторов 1 и 2 параллельный пучок лучей, падающий на призму 3, из-за неизбежных погрешностей ее изготовления выходит за призмой не параллельным входному пучку. Применение компенсатора 1, расположенного перед призмой 3, и компенсатора 2, расположенного за призмой 3, позволяет получить параллельность входящего и выходящего из оптической системы пучка лучей за счет взаимного разворота компенсаторов 1 и 2 в разных направлениях вокруг оси, лежащей в главном сечении призмы, на одинаковый угол. Повышается точность призменного узла за счет устранения не только пирамидальности призмы, но и других ошибок ее изготовления, в частности погрешностей, вызванных отклонением от номинальных углов наклона преломляющих и отражающих поверхностей призмы как в главном ее сечении, так и в перпендикулярном к нему направлении. Кроме того, применение составных компенсаторов 1 и 2, склеенных из одиночных клиньев 4 и 5 с разными коэффициентами дисперсии позволяет уменьшить хроматические аберрации, вносимые клиньями, в случае использования источника света, излучающего в широком спектральном диапазоне.

В соответствии с предложенным решением разработано 2 варианта призменных узлов.

Схема с одиночными компенсаторами (по п.1 формулы изобретения) особенно хорошо работает в моноцвете. Здесь клинья 1 и 2 выполнены из оптического стекла марки ТК16, а призма 3 - К108. Конструктивные параметры схемы приведены в табл.1.

Таблица 1Угол клиновидностиТолщина, ммМарка стеклаПоказатель преломления n_еКоэфф. Дисперсии ν_eСветовой диаметр, мм     2732'33''d₁=7,2TK161,61519258,09      27 d₂=2 1       27 d₃=85К1081,51829463,83      27 d₄=2 1       2732'33''d₅=7,2TK161,61519258,09      27

Характеристики 1-го варианта:

световой диаметр27 ммугол клиновидности32'33''угол отклонения луча одним клином для λ=560 нм20'

Для конкретного образца, работающего на длине волны 567 нм (при использовании лазерного светодиода), данным компенсатором компенсируются отклонения непараллельности входящего и выходящего из призмы пучков лучей до 7'.

Конструктивные параметры призменного узла с составными компенсаторами (по п.5 формулы изобретения) приведены в табл.2.

Данная оптическая схема исправлена для спектрального диапазона от 480 нм до 780 нм.

Характеристики 2 варианта:

световой диаметр27 ммугол клиновидности α клина 456'19''угол отклонения луча клином 3 для λ=589 нм34'30''угол клиновидности β клина 51 град 28'58''угол отклонения луча клином 4 для λ=589 нм 54'38''суммарный угол отклонения луча склеенным компенсатором 1 для λ=589 нм20'8''.

Клин 4 выполнен из оптического стекла марки ТК116, клин 5 - из Ф101, а призма 3 - из К108.

Для конкретного образца, работающего в спектральном диапазоне длин волн от 600 нм до 780 нм, данным клиновым компенсатором компенсируются отклонения непараллельности входящего и выходящего из призмы пучков лучей, составляющие до 9'. При этом хроматические аберрации для спектрального диапазона длин волн от 600 нм до 780 нм - не более 1''.

Как видим, для этого варианта исполнения выполняются соотношения:

- разность коэффициентов дисперсии материалов двух одиночных клиньев составляет не менее 10,

- разность показателей преломления материалов двух одиночных клиньев составляет не более 0,03;

- одиночные клинья имеют разный угол клиновидности.

Таблица 2Угол клиновидностиТолщины ммМарка стеклаПоказатель преломления n_еКоэфф. дисперсии ν_eСветовой диаметр, мм     2756'19''d₁=3,7TK1161,61519258,09      271°28'58''d₂=3,8Ф1011,61787836,76      27 d₃=2 1       27 d₄=85K1081,51829463,83      27 d₅=2 1       271°28'58''d₆=3,8Ф1011,61787836,76      2756'19''d₇=3,7TK1161,61519258,09      27

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: повышение точности призменного узла, т.е. устранения не только пирамидальности призмы, но и других ошибок ее изготовления, в частности погрешностей, вызванных отклонением от номинальных углов наклона преломляющих и отражающих поверхностей призмы как в главном ее сечении, так и в перпендикулярном к нему направлении, позволяющего получить высокую параллельность входящего в конструкцию и выходящего пучков лучей при повышенном качестве изображения в широком спектральном диапазоне.

Кроме того, изобретение позволяет понизить точность изготовления самой призмы при достижении высокой точности призменного узла за счет применения компенсаторов.

Призменный узел может быть использован в различных визуальных приборах, в дальномерах, в аэрофотоаппаратуре и ИК-оптических системах. Призменный узел содержит призму и два тождественных по конструкции клиновых компенсатора, установленных перед входной и после выходной граней призмы с возможностью разворота вокруг оси, лежащей в главном сечении призмы. В исходном положении входная грань второго компенсатора параллельна выходной грани первого компенсатора. Компенсатор может состоять из двух одиночных склеенных между собой клиньев, выполненных из материалов с разными коэффициентами дисперсии или показателями преломления и соединенных так, что в главном сечении большее основание одного клина является продолжением меньшего основания другого клина. Технический результат - повышение точности призменного узла. 7 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Призменный узел, содержащий призму и первый клиновой компенсатор, установленный перед входной гранью призмы с возможностью разворота вокруг оси, лежащей в главном сечении призмы, отличающийся тем, что в узел введен второй клиновой компенсатор, тождественный по конструкции первому, установленный после выходной грани призмы с возможностью разворота вокруг оси, лежащей в главном сечении призмы, так что в исходном положении его входная грань параллельна выходной грани первого компенсатора.2. Призменный узел по п.1, отличающийся тем, что входная грань первого компенсатора и выходная грань второго компенсатора перпендикулярны соответственно входящему и выходящему из призменного узла пучку лучей.3. Призменный узел по п.1, отличающийся тем, что выходная грань первого компенсатора и входная грань второго компенсатора перпендикулярны соответственно входящему и выходящему из призменного узла пучку лучей.4. Призменный узел по п.1, отличающийся тем, что призма выполнена в виде призмы-ромба (типа БС-0°).5. Призменный узел по п.1, отличающийся тем, что клиновой компенсатор - составной компонент, склеенный из двух одиночных оптических клиньев, выполненных из материалов с разным коэффициентом дисперсии и соединенных так, что в главном сечении большее основание одного клина является продолжением меньшего основания другого клина.6. Призменный узел по п.5, отличающийся тем, что разность коэффициентов дисперсии материалов двух одиночных клиньев составляет не менее 10.7. Призменный узел по п.5, отличающийся тем, что разность показателей преломления материалов двух одиночных клиньев составляет не более 0,03.8. Призменный узел по п.5, отличающийся тем, что одиночные клинья имеют разный угол клиновидности.