Фотоэлектрическое теневое устройство Советский патент 1987 года по МПК G01N21/45 

13

Изобретение относится к технической физике, в частности к оптическому приборостроению, и может быть использовано при излучении фазовых неоднородностей в прозрачных средах и аэро- и гидродинамике.

Цель изобретения - повышение соотношения сигнал/шум виброзащищен- ного фотоэлектрического теневого устройства.

На чертеже изображена оптическая схема устройства.

Устройство содержит последовательно расположенные источник 1 излуче- ния, объектив 2, диафрагму 3, поверхности которой, обращенные в сторону головного объектива 4, выполнены зеркальными, за1цитное стекло 5, автоколлимационное зеркало 6, в фокальной плоскости головного объектива расположено световозвращающее зеркало 7, за визуализирующей диафрагмоГг установлен проекцион}1Ы1 1 объектив 8, соп- рягаюиц1Й плоскость автоколлимацион- ного зеркала со светочувствительной площадкой двухэлементного фотоприем- ника 9, причем линия раздела, проходящая между двумя элементами, сопряжена с линией, проходящей через сере- дину поля зрения головного объектива, а выходы каждог о элемента фотоприемника подключены к входам диф- ферен1диального сумматора 10.

Изображение нити накала источника 1 излучения с помощью проекщ онного объектива 2 формируется в плоскости диафрагмы 3, расположенной в фокальной плоскости головно1 о объектива 4. Световой пучок, исходящий из ди- афрагмы 3 и заполняю1 Д1й апертуру головного объектива 4, состоит из двух пучков, один из которых попадает на нижнюю половину апертуры головного объектива, а второй - на верхнюю. Оба пучка, пройдя головной объектив 4, защитное стекло 5 и анализируемую среду, отражаются от автоколлимационного зеркала 6, проходят те же элементы в обратном порядке и форми- руют в плоскости световозвращающего зеркала 7 два промежуточных изображения диафрагмы 3, которые при отсутствии неоднородностей в анализируемой среде накладываются одно на другое и располагаются симметрично диафрагме 3 относительно оптической оси головного объекта. ОтразйВ1Ш1сь от зеркала 7, пучки вновь проходят через

372

головной объектив 4 и защитное стекло 5 и попадают в анализируемую среду, но теперь первый пучок проходит через верхнюю половину относительно оси головного объектива, а второй - через нижнюю. Отразившись от зеркала 6, пучки проходят в обратном направлении через элементы 5 и 4, формируют в плоскости визуализирующей диафрагмы 3 два окончательных изображения диафрагмы, которые при отсутствии в анализируемой среде неоднородностей налагаются друг на друга. Световые лучи каждой из двух половин пучка после отражения от зеркальных граней визуализирующей диафрагмы образуют с помощью объектива 8 в плоскости чувствительного слоя фотоприемника 9 свою половину поля теневой картины. Наличие неоднородности в анализируемой среде с координатой z, у приводит к изменению светового потока, проходящего в плоскости чувствительного слоя фотоприемника, при этом сигнал, снимаемый с одного элемента фотоприемника, пропорционален изменению освещенности uE (z , у ) элемента теневой картины в точке (z , у ):

у.{

UE (z , у ) Е„,,е j A(g)dg,

3°

а сигнал, снимаемьпЧ со второго элемента фотоприемника, пропорционален изменению освещенности элемента теневой картины в точке (-z , -у ):

. „-.

AE (-Z , -у ,)Е„„,, I A(g)dg,

Зо

где . - максимально возможная освещенность теневой картины; A(g) - нормированная функ1р1я,

описывающая распределение освещенности в изображении диафрагмы по оси, перпендикулярной рабочей кромке ножа:

A(g)dg 1

g - координата, определякяцая положение рабочей коомки

ножа на Г ранице геометрического изображения диафрагмы;

- фокусное расстояние головного объектива; oi - разность углов отклонения лучей неоднородностя- ми, расположенными в обеих симметричных относительно оси головного объектива точках поля зрения устройства.

алы с обоих элементов фотоири- подаются на вход сумматора, щего в режиме вычитания. Общий пропорционален вепичине

i

Кма.с I А (g)dg

ЫГ

из-за симметричного характера кривой A(g) относительно точки (gg, ACgg))

SK Кл,акс f .

Таким образом удается реализовать линейную характеристику преобразования изменение выходного напряжения - разность угловьк отклонений.

Для обеспечения минимального уровня шума на выходе фотоприемника.

17737

обуслов;тенного изменениями cboHOBoft засветки приемника за счет возможной дефокусировки головного объектива, граница раздела элементов фотоприем- ника должна быть ориентирована п ер- пендикулярно рабочим кромкам ножа теневого устройства.

S

Формула изобретения

Фотоэлектрическое теневое устройство, содержащее последовательно расположенные источник излучения, объектив, зеркальный нож, световозвращаю- щее зеркало, головной объектив, защитное стекло, автоколлимационное зеркало и фотоэлектрический приемник, отличающееся тем, что, с целью повыщения отнощения сигнал/шум, в него дополнительно введены проекционный объектив, который установлен По ходу отраженного от зеркального ножа излучения, и дифференциальный сумматор, причем фотоэлектрический приемник выполнен двухэлементным и установлен таким образом, что его светочувствительная площадка сопряжена с плоскостью автоколлимационного зеркала, граница раздела элементов приемника проходит через оптическую ось и ориентирована перпендикулярно рабочим кромкам ножа, а выходы обоих элементов фотоприемника соединены с входами сумматора.

5 ,

ю

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при аэро- и гидродинамических исследованиях. Цель изобретения - повышение отношения сигнал/шум. Фотоэлектрическое теневое устройство содержит последовательно расположенные источник излучения, 1гроек1у{онный объектив, зер- кальньп нож, световозвращающее зеркало, головной объектив, защитное стекло, автоколлимационное зеркало и фотоэлектрическое приемное устройство. За зеркальным ножом установлен проекционный объектив, фотоэлектрический приемник вьтолнен двухэлементным и установлен таким образом, что его светочувствительная площадка сопрягается с плоскостью автоколлимационного зеркала, причем граница раздела элементов приемника проходит через оптическую ось и ориентирована перпендикулярно рабочим кромкам ножа, а выходы обоих элементов фотоприемника соединяются с сумматором, который включен в режиме вычитания. 1 ил. i СЛ :о :о :о