Зеркальная призма развертывающей системы Советский патент 1985 года по МПК G02B26/08 

65 4

Од

ГО 111646 Изобретение относится к высоко скоростной регистрации быстропроте каюадих процессов и может найти применение для регистрации пространственно временных, энергетических и спект- s ральных характеристик импульсного оптического излучения. Известны устройства для высокоско ростной регистрации с зеркальной разверткой изображения, например фотохронограф, включающие в свой состав вращающееся зеркало. В качестве зеркал для высокоскоростных регистри рующих систем применяются многогранные призмы. Применение призматических зеркал в высокоскоростных системах позволяет разрабатывать приборы ждущего типа с компактными оптическими схемами l 3. Одной из основных характеристик высокоскоростной регистрирующей системы является ее временное разрешение . Временное разрещение высокоскоростной системы с зеркальной разверткой прямо пропорционально угловой скорости вращения зеркала, т.е. при увеличении скорости вращения зеркала- временное разрешение системы воз растает. В настоящее время для получения высоких скоростей вращейия зеркала применяются высокоскоростные турбинные приводы, позволяющие получить частоту вращения зеркала f 10.x с , вплоть до скорости его разрыва. Применяемые призмы характеризуются геометрией с преобладающим размером по их высоте, т.е. отношение длины ребра призмы к ширине грани превьппает единицу. В качестве материала зеркала применяются высокопрочные углеродистые стали, титановые сплавы, бериллий, имеющие высокое отношение к I f где ( предел прочности материала f плотность материала. Достижение высоких скоростей вра- щения зеркала при сохранении ширины грани в большой степени зависит от геометрии основания призмы, характеризуемой осью симметрии S. Наиболее высокие скорости вращения при сохранении размера грани достигаются для призм, основание ко торых характеризуется низким значе- 2. 2 нием параметра S, т.е. порядок оси симметрии составляет S 3,4. Наиболее близкой к предлагаемой является зеркальная призма развертывающей системы, основанием которой является правильный треугольник L2J. Трехгранная призма (S 3) из высокопрочного титанового сплава имеет ширину зеркальной грани 2а 24 мм, о.тношение ребра призмы к ирине грани превышает единицу. Макимальная частота вращения призмы оставляет f 6 -10 с, однако при астоте вращения f 2-10 с трех- ранное зеркало подвергается значиельным упругим деформациям, в результате чего плоская зеркальная рань ротора искажается, что вносит астигматизм в оптическую систему отохронографа, и временное разрешеие устройства перестает повышаться. Из экспериментальных данных слеует, что стрелка упругой деформации зеркальной грани призмы при максимальной частоте вращения составляет h 6,5 мкм. Временное разреше ние системы с учетом упругой деформации зеркальной грани не превышает Т (,3-5 ) 10 с. Динамическое пространственное разрешение системы равно N 8-10 мм при оптической светосиле /-1 /-) . Цель изобретения - улучшение качества передачи изображения путем снижения упругодинамических искажений зеркальных граней призмы. Указанная цель достигается тем, что в зеркальной призме развертывающей системы преимущественно с отношением длины ребра к ширине грани, превьш1ающим единицу, основание призмы представляет собой равноугольно- полуправильный многоугольник, размеры сторон которого выбраны из следующего соотношения: , 5ini-{(4-5)))j SinfSyS- {(4-5)(3-S)/roj70,)jj ДЛЯ S 3 ,26, для S 4 ,35, где S - полуширина рабочей зеркальной грани; b - полуширина нерабочей грани; S - порядок оси симметрии основания призмы; л) - коэффициент Пуассона; материала призмы. 31 На чертеже представлена схема фотсхронографа с системой разверт ки на основе предлагаемой зеркаль ной призмы. Предлагаемое устройство в составе фотохронбграфа работает следующи образом. Изображение исследуемого объекта А с помощью оптической системы стро ится в плоскости щели 1 , .а затем объективом 2 и вращающейся зеркаль ной призмой 3 с радиусом развертки R передается на фотопленку в виде А на фокальную дугу 4 фотохронографа. Основание зеркальной призмы 3 представляет собой равноугольно по- луправильный многоугольник со сторо нами 2а и 2в, где 2а - рабочая зер- кальная сторона, 2в нерабочая сто рона. Отношение сторон выбрано с учетом коэффициента Пуассона v материала призмы таким, что упруго деформированная плоская грань зер кальной призмы с шириной 2а стремит ся перемещаться параллельно самой себе, а стрелка упругих искажений при этом становится минимальной. Изображение точки Л на фокально дуге фотохронографа остается стигма тическим при предельно высоких частотах вращения призмы. Компоненты упругих перемещений точек зеркальных граней призмы предоставлены следуюш;ими выражениями: Г U(2V-f)f-51 cos sm 9 5m+l (2-5m-4))E cossmO n-1 smf sin sm9-b,/ B|(Hsm-4v) E Stn sroo 0 где A, В определяемые коэффициенты;и„. у„ компоненты упругих пе- ремещений; - полярные координаты, а полуширина грани зерка ла; г/а относительная полярная координата; u) 2Jf угловая скорость, где f - частота вращения призмы; коэффициент Пуассона; Е - 1 одуль упругости; 5 - порядок оси симметрии обнования призмы; f 0-йЁ масштабный фактор, J5 -плотность. Вид упругих искажений зеркальных граней призмы определяется сочетанием двух параметров S к -J , Оптимизацию зеркальной призмы в смысле уменьшения стрелки упругой деформаг ции обеспечивают за счет согласования геометрии основания призмы с коэффициентом Пуассона -О материала из которого она изготовлена, Для зеркальной призмы с основанием в виде равноугольно-полуправиль ного многоугольника, изготовленной из материала с коэффициентом Пуассона л) , существует отношение в/а, при котором в поперечном сечении зеркала происходит перераспределение напряже- НИИ, в результате чего стрелка упругих искажений зеркальной грани становится минимальной, а зеркальная грань перемещается параллельно самой себе. Временное разрешение фотохроногра- фа f, с учетом упругих искажений зеркальных граней призмы, имеет вид ,v S+cAs 2ujR где Lo - угловая скорость призмы; R - радиус развертки фотохроно- графа; S - ширина изображения щели; сЛЗ - полоса рассеяния изображения щели, обусловленная упругими искажениями зеркальных граней призмы. Для предложенной призмы (fS « S. временное разрешение фогохронографа на ее основе определяется соотношением AJfi Таким образом, для развертывающей системы с предложенной зеркальной призмой временное разрешение фотохронографа- сохраняется пропорциональным угловой скорости вращения призмы при высоких скоростях вращения зеркала. Конкретно предлагаемая зеркальная призма развертьгаающей системы рассматривается на трех примерах. Пример 1. Развертывающая система с зеркальной призмой имеет следующие параметры: R 250 мм; f 7-10 с- S 0,1 мм. Призма

изготовлена из бериллия, свойства которого: р- 1, кг/м, Е 300 ГПа, «) 0,03. Отношение дли ны ребра призмы к ширине зеркальной грани составляет 1,5. Основание призмы представляет собой равноугольно полуправильный многоугольник с порядком оси симметрии , отношение сторон которого в/а 0,34, при пгарине зеркальной грани призмы 2а 25 мм.

Временное разрешение системы о 5 10 с, динамическое пространственное разрешение Nj 20-23 мм ,

Пример 2. Развертывающая система с зеркальной призмой имеет следующие параметры: R 250 мм, S 0,1 мм, f 6-10 с Призма изготовлена из стали, свойства которой: 7,&.10 кг/м, Е 210 ГПа, v) 0,25. Отношение длины ребра призмы к ширине зеркальной грани составляет 1,5. Основание призмы представляет собой равноугольно-полуправильный многоугольник с порядком оси симметрии , отношение сторон которого Б/а 0,94, при ширине зеркальной грани 2а 25 мм.

Стрелка искажения зеркальной грани призмы составляет h 0,65 мкм. Временное разрешение системы Т 1,0

, динамическое пространственное разрешение N8 15-20 мм

Пример 3. Развертывающая система с зеркальной призмой имеет следующие параметры: R 250 мм,

8 0,1 мм, f 6-10 с . Призма изготовлена из титанового сплава, свойства которого: j 4,4-10 кг/м , Е 105 ГПа, л) 0,34 .Отношение длины ребра призмы.к ширине зеркальной гра-

ни составляет 1,5. Основание призмы представляет собой равноугольно- полуправильный многоугольник с порядком оси симметрии 8 4, отношение сторон которого в/а 0,88 при шири-

не зеркальной грани 2а 25 мм.

Стрелка искажения зеркальной грани призмы составляет h 0,8 мкм. Временное разрешение системы iT 1,2-10 с, динамическое пространственное разрешение Na 15-20 мм.

Таким образом, зеркальная . развертьшающей системы позволяет существенно улучшить качество передачи изображения.

ЗЕРКАЛЬНАЯ ПРИЗМА РАЗВЕРТЫВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ.преимущественно с отношением длины ребра к ширине грани, превьппающим единицу, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества передачи изображения путем снижения упругодинамических искажений зеркальньк граней, основание призмы представляет собой равноугольно-полуправильный многоугольник, размеры сторон которого выбраны из следующего соотношения: |