Оптическое устройство для вращения изображений источников излучения Советский патент 1991 года по МПК G02B17/00 

центрах пересекаются в центре отражающей грани 6. Другие торцы 11 и 12 световод- ных жгутов 2 и 3 ориентированы по нормали к оси 7 вращения, проходящей через центры этих торцов. Рассмотренная конструкция позволяет уменьшить величину уширения изображений источников излучения в непараллельном ходе лучей и благодаря этому повысить качество этих изображений. Максимальный эффект достигается при выполнении угла между гранями 4 и 5, равным 90°. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано, например, в качестве компенсатора поворота бесструктурных изображений источников излучения в многоканальных оптических вращающихся соединителях. Устройство включает равнобедренную призму 1 и два световодных жгута 2, 3 с регулярной укладкой световодов. Равные грани призмы 1 являются входной 4 и выходной 5 соответственно, а грань 6, составляющая с этими гранями острые углы, - отражающей. Приама 1 установлена с возможностью вращения вокруг оси 7, прохо- дящей в главном сечении призмы параллельно грани 6. Торцы 8 и 9 световодных жгутов 2 и 3 сопряжены с входной 4 и выходной 5 гранями призмы 1 соответственно и размещены так, что нормали к ним в их у Ё Фиг.1

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к приборостроению оптических устройств для вращения изображения источников излучения, и может быть использовано в качестве компенсатора поворота бесструктурных изображений источников излучения вокруг общей оси в многоканальных оптических вращающихся соединителях, а также в качестве оптических преобразователей угловых величин в оптических модуляторах.

Целью изобретения является улучшение вплоть до максимального качества изображений источников в непараллельном ходе лучей путем улучшения величины уширения этих изображений источников.

На фиг. 1 изображена схема устройства с равнобедренной призмой АР-600 (с углами между входной и соответственно выходной гранями призмы и ее основанием, равными 60°); на фиг. 2 - схема устройства с прямоугольной призмой АР-900 (с углом между входной и выходной гранями призмы, равным 90°); на фиг, 3 - расчетные кривые 13 - 15 зависимости величины аберрационных искажений изображений источников от угла / наклона световых лучей к оси вращения изображения (для устройства с призмой Дове - кривая 13, для устройства с призмой АР-600 - кривая 14 и для устройства с призмой АР-900 - кривая 15).

Устройство включает равнобедренную призму 1 и два световодных жгута 2 и 3 с регулярной укладкой световодов. Равные грани призмы 1 являются входной 4 и вы ходной 5 соответственно, а грань 6, составляющая с этими гранями острые углы, отражающей. Призма 1 установлена с возможностью вращения вокруг оси 7, проходящей в главном сечении призмы параллельно грани 6. Торцы 8 и 9 световодов 2 и 3 сопряжены с входной 4 и выходной 5 гранями призмы 1 соответственно и размещены так, что нормали 10 к ним в их центрах пересекаются в центре ограждающей грани 6. Другие торцы 11 и 12 световодов 2 и 3 ориентированы по нормали к оси 7 вращения, проходящей через центры этих торцов. Максимальное улучшение качества

-

10

изображений достигается при выполнении угла между гранями 4 и 5, равным 90°. Возможно встречное расположение торцов 11 и 12 световодных жгутов, однако в этом случае устройство работает только при углах поворота изображения не более 360°, в то время как в случае, изображенном на фиг. 1, 2, угол поворота изображения неограничен.

Сопряжение торцов 8 и 9 жгутов 2 и 3 с гранями 4 и 5 призмы 1 может быть осуществлено различными способами ( с зазором или без зазора), например, приклеиванием с помощью оптического клея торцовых поверхностей световодных жгутов к соответст- 15 вующим граням призмы. При этом с целью обеспечения лучшего качества изображения за счет уменьшения паразитных отражений от входной 4 и выходной 5 граней призмы и от сопряженных с этими гранями 20 торцов 8 и 9 световодных жгутов оптический клей выбирают с показателем преломления, равным показателю преломления материала призмы 1 и материала сердцевины оптических световодов 2 и 3.

Устройство работает следующим образом.

Световые пучки источников излучения направляются вдоль оси 7 вращения устройства на торец 11 световодного жгута 2, диаметр которого равен величине d, распространяются по световодам жгута 2 к его противоположному торцу 8, выходят из жгута 2 со стороны торца 8 и вводятся в призму 1 через ее входную грань 4, на которую световые пучки падают под углом 90°. Отразившись с внутренней стороны призмы от ее основания б, световые пучки оборачиваются в плоскости главного сечения призмы на 180° и падают на выходную грань 5

25

30

35

40

45

призмы 1 под углом 90° будучи зеркально перевернутыми. Пройдя призму, световые пучки идут далее по световодам жгута 3, достигают его торца 12, выходят из жгута 3 со стороны этого торца и идут в направлении общей оси 7 вращения источников и устройства.

При повороте устройства на некоторый угол р вокруг общей оси 7 вращения и неподвижных источниках изображения последние поворачиваются на выходе устройства на удвоенный угол (2 р). т.е. при непрерывном вращении устройства вращаются в два раза быстрее, чем устройство.

При неподвижном устройстве и повороте источников излучение на некоторый угол изображения источников поворачиваются на выходе устройства на угол, равный углу поворота источников одного направления вращения, изображение изменяется в данном случае на противоположное.

Таким образом, устройство может работать как устройство для осуществления вращения изображений источников так и для компенсации вращения изображений. В последнем случае устройство должно вращаться со скоростью, в два раза меньшей скорости вращения источников излучения.

Призма 1 может работать как на эффекте полного внутреннего отражения световых лучей от основания 6, так и на эффекте зеркального отражения световых лучей от поверхности этого основания, для чего оно покрывается отражающей пленкой.

Теоретические зависимости величин размытия точек изображения д от углов ft представлены на фиг. 3 в графическом виде.

Диаметр d световода на входе призмы 1 принят для примера при расчете величин размытия изображений точечных источников при построении данных зависимостей равным 20 мм, как наиболее часто встречаемый на практике случай. Из кривых видно, что в устройстве с призмой Дове величина аберрационных искажений во всем диапазоне углов / в 1,5 раза выше, чем в устройстве с призмой АР-600, и в 3 раза выше, чем в устройстве с призмой АР-900. При этом величина размытия точек изображения вследствие расходимости световых лучей становится сопоставимой с величиной размытия точек изображения вследствие геометрических погрешностей элементов конструкций в устройстве с призмой Дове при углах расходимости лучей в три раза меньших, чем в устройстве с призмой АР- 900. Например, величина размытия точек изображения в 10 - в непараллельных лучах в устройстве с призмой Дове с высотой призмы 20 мм наступает при углах расходимости лучей порядка 0,01 - 0,02°, в то время как в предлагаемом устройстве это имеет место при /9 0,03-0,06°. .

С целью проверки устройства на работоспособность изготовлен макет устройства, состоящий из прямоугольной призмы АР-900 с размерами входной грани призмы 15 х 15 мм, и двух световодных жгутов типа Р-ГХ-15-150 ОСТЗ-3990-82 круглого сечения

5 диаметром 15 мм, длиной 150 мм с разрешающей способностью по полю 18 мм. Сопряжение торцов 8 и 9 световодных жгутов 2 и 3 с входной 4 и, соответственно, выходной 5 гранями призмы 1 осуществлено пу10 тем приклеивания торцовых поверхностей жгутов к соответствующим граням призмы оптическим клеем К-50.

Макет собирался на оптической скамье, позволяющей осуществить юстировку цент15 ров торцов жгутов относительно оптической оси с точностью до 20 мкм.

Входное изображение формировалось четырьмя точечными источниками излучения, один из которых располагался на об0 щей оси 7 вращения, а три остальных - на удалении от оси, равном 10 мм. Угол расходимости световых лучей в оптических пучках источников задавался с помощью последовательно установленных перед источника5 ми диафрагм и составлял в двух источниках 2°, в одном 3° и в одном 5°.

Измеренные значения величин ушире- ния световых пучков источников на выходе устройства полностью соответствовали рас-

0 четным значениям.

Формула изобретения 1. Оптическое устройство для вращения изображений источников излучения, содер5 жащее равнобедренную призму с равными входной и выходной гранями, отражающей гранью, составляющей с этими гранями острые углы, которая установлена с возможностью вращения вокруг оси, проходящей в

0 главном сечении призмы параллельно ее отражающей, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества изображений источников в непараллельном ходе лучей путем уменьшения величины уширения этих

5 изображений, в него введены два световодных жгута с регулярной укладкой световодов, одни торцы которых сопряжены с входной и выходной гранями призмы соответственно и размещены так, что нормали к

0 ним в их центрах пересекаются в центре отражающей грани, а другие торцы ориентированы по нормали к оси вращения, проходящей через центры этих торцов.

Фиг. 2

0.020040,06 ft

Фиг.З