Многоходовая матричная система Советский патент 1984 года по МПК G02B17/06 G01N21/03 

Изобретение относится к оптичес.кому приборостроению, в частности к оптическим системам с отражающими поверхностями, и может быть использовано при разработке светосильных кювет с очень большой длиной оптического пути, осуществлении многоходовых зеркальных систем открытого типа на ла;7ьних расстояниях, а также при создании регулируемых многокилометровых линий задержки оптических сигналов.

Известна многоходовая оптическая сиетема,содержащая три вогнутых зеркала, из которых первое и второе установлены рядом и выполняют роль объективов, а третье,.противолежащее на расстоянии радиуса кривизны, является коллективом, на котором формируется матрица последовательных промежуточных изображений осветителя 1.

Однако число ходов в ней недостаточно для достижения многокилометровой длины оптического пути. Наиболее близкой к предлагаемой является многоходовая матричная система, содерз ащая два вогнутых IbcHOBHoe и вспомогательное) зеркала-коллектива, три вогнутых зеркалаобъектива, установленных с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, два из которых установлены на общем основании с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, входное и выходное отверстия, при этом все зеркала имеют одинаковый радиус кривизны 2.

Недостатком такой системы являеэ ся неполная виброустойчивость. Поскольку третий объектив имеет самостоятельный механизм поворота и жестко не закреплен с первым и вторым объективами, то в результате йибрации этого механизма возможно смещение целых строчек в матрице изображений. С увеличением количества строк ошибка угла между жестко соединенными первым, вторым (спаренными) и третьим объективами приводит к возрастанию смещения строчек в обоих направлениях.Кроме того, в системе .недостаточное количество промежуточных изображений для достижения в лабораторных уелоВИЯХ многокилометровой Длины оптического пути.

Цель изобретения - повышение виброустойчивости системы и увеличение числа ходов излучения при сохранении размеров коллективов.

Указанная цель достигается тем, что в многоходовую матричную систему, содержащую два вогнутых (основное и вспомогательное) зеркала-коллектива, три вогнутых зеркала-объектива, установленных с возможностью поворота относительно горизонтально

оси, два из которых установлены на общем основании с возможностью поворота относительно вертикальной оси, входное и выходное отверстия, при этом все зеркала имеют одинаковый радиус кривизны, введено дополнительное вогнутое зеркало-объектив той же кривизны, при этом все зеркалаобъективы жестко закреплены одно относительно другого на общем основании и расположены попарно симметрично относительно центра кривизны . основного зеркала-коллектива, а центр кривизны вспомогательного зеркала-коллектива расположен в центре симметрии двухзеркал-Объективов, принадлежащих разным парам, причем основание установлено с возможностью поворота в двух взаимно net пендикулярных плоскостях.

Изменение числа изображений в каждой строке, т.е. число колонок в матрице достигается поворотом основания с объективами вокруг вертикальной оси, перпендикулярной строкс1М матрицы изображения. Число колонок прямо пропорционально углу поворота. Регулировка числа строк в матрице производится наклоном основания с объективами вокруг горизонтальной оси, параллельной строкам матрицы изображений. Число строк прямо пропорционально углу наклона основалия.

На фиг. 1 представлен вариант расположения зеркал-объективов на круглом основании; на фиг. 2 - зеркала-коллективы с промежуточными изображениями на их поверхностях, где цифры показывают порядок образования изображений при настройке сиетемы на 90 прохождений света.

Устройство содержит входное отверстие 1 и находящееся под ним выходное .отверстие 2. Против входного и выходного отверстий 1 и 2 на расстоянии радиуса кривизны зеркал расположены спаренные объективы 3, 4 и 5, 6 жестко закрепленные на подвижном основании 7 в единый блок. Основание 7 вместе с объективами имеет возможность поворота вокруг вертикальной оси 8 -и горизонтальной оси 9. Установленное напротив спаренных зеркалобъективов основное зеркало-коллектив 10 находится в непосредственной близости от входного и выходного отверстий 1 и 2. Центр кривизны коллектива 10 расположен в центре симметрии пар объективов 3, 4 и 5, 6. Поэтому коллектив 10 изображает объективы 3 и 4, а также 5 и 6 друг на друга. Вспомогательное зеркалоколлектив 11 ориентировано так, чтобы изображать объективы 3 и 5, принадлежащие разным парам, друг на друга. Его центр кривизны расположен в центре симметрии объективов 3 и 5. Многоходовая матричная система работает следующим образом. Через входное отверстие 1 излучение от высокоапертурного или лазерного осветителя попадает на противостоящий зеркальный объектив 3 который создает промежуточноеизображение входного отверстия на поверх ности коллектива 10. От поворота основания 7 - блока объективов зависит расстояние от входного отверстия до его nepBoio изображения, от накло на основания - величина этого смещения вниз по вертикали. После образования первого изображения излучение .отражается от коллектива 10 на объе .тин 4, который формирует второе изображение рядом с входным отверстием 1 на самом краю коллектива 10 Спаренные зеркальные объективы 3 и 4 поочередно фокусируют с определенным смещением изображения входного отверстия на коллективе 10 до тех пор, пока не будут построены две строки изображений, и последнее не попадет на коллектив 11. Отраженное от него излучение направится к объективу 5 следующей пары. Далее поочередно фокусируют зеркальные объективы 5 и 6, образуя две новые строки изображений, и последнее изображение вновь не попадет на коллектив 11. Опять начнут работать спаренные объективы 3 и 4. и так до тех пор, пока последнее изображение не попадет в выходное отверстие 2 системы. При повороте основания 7 центры кривизны жестко спаренных объективов 3, 4 и 5, 6 скользят по поверхности коллектива 10, сохраняя расстояние между собой нёизмен«ым. При наклоне основания эти центры также смещаются по высоте, их взаимное расположение остается постоянным. Последнее изображение попадет в выходное отвор-, стие 2 не при любом поворот.е и накло не основания 7, а в положениях, соответствующих фиксированным смещениям первого изображения, кратным указанным межцентровым расстояниям. Поскольку центры кривизны объективов разных пар разнесены по высоте с определенным смещением, в матрице создается двойное наложение изображений, при этом сохраняется принцип суперпозиций. Число прохождений света в много- . ходовой матричной системе может быть подсчитано из соотношения X (4К - 2) (С - 1), где X - число ходов; К - число колонок матрицы, составляющее ряд натуральных чисел 1, 2, 3, 4, 5 ..., С - число строк матрицы, составляющее ряд четных чисел 2, 4, 6, 8, 10 ... Двойное наложение изображений осуществляется в матрице при значениях К 2 и С 4. Многоходовая матричная система обладает высокой виброустой ивостью, которая достигается тем, что подвижной частью механизма регулировки числа изображений матрицы являются две пары объективов жестко связанные между собой в едином блоке, причем все четные и нечетные изображения матрицы, соответственно, повторяют положение входного, отверстия и его первого изображения при любом чис.ле ходов. Многоходовая матричная сие-, тема позволяет значительно увеличить длину оптического пути за счет возрастания количества промежуточных изображений и их компактного расположения.

МНОГОХОДОВАЯ МАТРИЧНАЯ СИСТЕМА, содержащая два вогнутых (основное и вспомогательное) зеркала-коллектива, три вогнутых зеркалаобъектива, установленных с возможностью поворота относительно горизонтальной реи, два из которых установлены на общем основании с возможностью поворота относительно вертикальной оси, входное и выходное отверстия, при этом все зеркала имеют одинаковый радиус кривизны, о т личающаяс.я тем, что, с целью повышения виброустойчивости системы и увеличения числа ходов излучения при сохранении размеров коллективов, в нее введено дополнительное вогнутое зеркало-объектив той же кривизны, при этом все зеркала-объективы жестко закреплены одно относительно другого на общем основании и расположёны попарно симметрично относительно центра кривизны основного зеркала-коллектива, а центр кривизны вспомогательного зеркалаколлектива расположен в центре симметрии двух зеркал-объективов, при(Л надлежащих разным парам, причем обliiee основание установлено с возможностью поворота в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.