Оптический шарнир Советский патент 1984 года по МПК G02B7/24 

Изобретение относится к прикладн оптике, в частности к светопроводам для передачи оптического излучения от источника, в том числе лазера, к объекту обработки, и может применят ся, например, для создания лазерных медицинских установок. Известен оптический шарнир, выпо ненный в виде качающейся.в одной плоскости визирной призмы ij . Недостатком такого ycrpoitCTDa является отсутствие возможности отклонения светового .пучка с двумя степенями свободы. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является оптический шарнир, состоящий из соч лененных между собой неподвижного и подвижного светозащитных корпусов а также размещенной в них оптическо отклоняющей системы. Сочленяемые поверхности указанных корпусов выполнены цилиндрическими, а оптическая отклоняющая система представляе собой качающееся в одной плоскости зеркало 2j . При этом для повышения .точности и надежности работы шарнира в приво вращения зеркала введены две равноплечие тяги, концы которых закрепле ны на светозащитных корпусах с возможностью вращения вокруг осей, а противоположные концы тяг имеют об щую ось вращения с возможностью скольжения внутри направляющей, за крепленной на зеркале перпендикулярно к его отражающей поверхности Недостатком известного устройст ва является его ограниченность одной степенью свободы, т.е. наклон светового пучка возможен только в плоскости, перпендикулярной поверх ности качающегося зеркала. Для пер мещения пучка в другой плоскости зеркало вместе с щарниром и подвиж ным светозащитным корпусом вращают вокруг оптической оси неподвижного корпуса. Все это создает неудобства в экс плуатации, например, в лазерных медицинских установках, и усложняет конструкцию шарнира в целом. Цель изобретения - обеспечение возможности отклонения светового пучка с двумя сте:пенями свободы. Поставленная цель достигается тем, что в оптическом шарнире, сос тоящем из сочлененных между собой неподвижного и подвижного светоза22щитных корпусов, а также размещенной в них оптической отклоняющей системы, сочленяемые nOBepxtiocTH корпусов выполнены сферическими,а оптическая отклоняющая система в виде двух софокусных положительных линз, установленных соответственно в неподвижном и подвижном корпусах, причем общий фокус положительных линз совпадает с центром сочленяемых сферических поверхностей этих корпусов . На фиг. 1-3 приведен оптический шарнир в разрезе, при трех различных положениях подвижного корпуса относительно неподвижного, и ход лучей в шарнире; на фиг. 4 - зависимости максимально возможных углов отклонения светового пучка от диаметра этого пучка 2 h и фокусного расстояния f применяемых в шарнире линз (величины 2 h и f выражены в относительных единицах при услойии, что диаметр D указанных линз принят за единицу). Оптический шарнир состоит из сочлененных между собой сферическими поверхностями неподвижного 1 и подвижного 2 светозащитных корпусов, а также оптической отклоняющей системы, выполненной в виде двух софокусных положительных линз 3 и 4, установленных соответственно в неподвижном 1 и подвижном 2 корпусах, причем общий фокус линз 3 и 4 совпадает с центром сочленяемых сферических поверхностей корпусов I и 2. Шарнир работает следующим образом . Пучок лазерного излучения 5 прохотдит сквозь положительную линзу 3 и фокусируется в точке, совпадающей с фокусом линзы 4. Подвижный 1 и неподвижный 2 корпуса сочленены между собой с помощью шарового шарнира таКИМ.образом, что переме цение подвижного корпуса 2 возможно только путем вращения по сферической поверхностивокруг ее центра, совпадающей с точкой общего фокуса F обеих линз. Таким образом, при перемеще1пт линзы 4 по сферической поверхности вокруг этого фокуса- выходящий из линзы пучок будет параллелен ее оптической оси и, соответственно, оси подвижного корпуса 2. FJa фиг.2 и 3 показан ход лучей при повороте корпуса 2 соответственно в)ерх и вниз. То же самое, очевидно, спра31

ведливо и при повороте в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежей Из фиг, 4 видно, что для эффективной работы шарнира необходимо выбирать линзы с как можно большими значениями относительных отверстий (вплоть до предельно возможных 1 : 0,5), и малые диаметры пучков излучения, т.е. использовать лазерные пучки.

При этом углы отклонения пучков могут достигать величин порядка +40 Таким образом, наибольшее применение шарнир может найти при работе с лазерным излучением, тем более, что в этом случае отпадает вопрос учета хроматических аберраций. Следует также отметить, что параллельность осей пучка и линзы 4 может быть нарушена из-за сферической аберрации при попадании пучков на края ЛИ.13Ы. Однако эти искажения

2Л

несущественны для работы шарнира при не очень большой(порядка 1 м) длине подвижного корпуса 2 и не очень малых значениях f . Подбором диаметра D линз и их фокусных расстояний искажения можно свести к минимуму.

При 18 мм, Ф 28 мм и 2h I мм(лазер типа ОКГ-13)максимальный угол поворота подвижного корпуса составляет ±35 без заметного искажения формы пятна лазерного излучения, хотя длина плеча-подвижного корпуса доходит до 6 м.

Сохранение параллельности лазерного пучка оптической оси подвижной линзы позволяет также последовательно соединить несколько шарниров и добиваться практически любых значений угла отклонения, причем с двумя системами свободы.

ОПТИЧЕСКИЙ ШАРНИР, состоящий из сочлененных между собой неподвижного и подвижного светозащитных .корпусов, а также размещенной в них оптической отклоняющей системы, о тл.ичающийся тем, что, с целью обеспечения возможности отклонения светового пучка с двумя степенями свободы, сочленяемые поверхности корпусов выполнены сферическими, а оптическая отклоняющая система в виде двух софокусных положительных линз, установленных соответственно в неподвижном и подвижном корпусах, причем общий фокус положительных линз совпадает с центром сочлененных сферических поверхностей этих корпусов, (Л с

иг.2