Оптическая система теневого прибора для исследования неоднородностей в прозрачных средах Советский патент 1991 года по МПК G01N21/45 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптическим системам для теневых и интерференционных приборов, предназначенных для исследования неоднородностей в прозрачных газообразных, жидких и твердых средах.

Цель изобретения - повышение точности исследования за счет обеспечения высокого качества изображения слабых неоднородностей исследуемых прозрачных сред при широком источнике света путем коррекции в зеркально-линзовом объективе сферической аберрации третьего и более высоких порядков и астигматизма.

На чертеже изображена оптическая система интерференционно-теневого прибора.

Система состоит мл входной щели 1, плоских поворотных зеркал 2, зерка/ ьно- личзозого объектива, включающего афокальный компенсатор 3 и сферическое зеркало 4. второго объектива, включающего афокальный компенсатор 5 и сферическое зеркало б, установленного навстречу первому, и непрозрачной диафрагмы 7. Исследуемая прозрачная среда обозначена позицией б.

Устройство работает следующим образом,

Пучки лучей от входной щели 1 афокаль- ным компенсатором 3 и сферическим зеркалом 4 коллимируются и направляются на исследуемую прозрачную среду 8. Афокальный компенсатор 5 и сферическое зеркало 6 собирают коллимированные и рассеянные

сл

00

сл

из неоднородноегях пучки лучей э пчоско сти непроданной диафрагмы 7 Оптическая Стсгевдэ -8 строит однократное изображение вводной щечи 1 а плоскости Непгоз ччой диафраниы 7 При отсутствии нео чоооднсьрей R с еде Ь получают одно исобоажение входной щел1| свободное от сферической абэрр |Ции и комы третьего по- Ьядка и более высочмх порядков и эстигма ToerbCf-) поиска ч силу того, что ожды . HJ f oo fLMo чиповых объективов орриг fGoaJri с- смешении сферинасжой эберрзиии i , а отоу ствие 0- мы обосшчиьаекя ie, что оптическая систем тетричнс1, так как указанные Обьскг .Ь усч эиочп« ы назст вчу друг другу /Oai ,-ioe позволяет значи- телиН- vbfc H iHT высоту входной щели, солранрр при rovi высокое качество изо брахиьпч, тем обеспечивая возмож- ность использование источника света с бопьш / светящимся телом (широкий источник света), что расчшряе возможности исследования прозрачных сред, например, (допуская фотографирование быстоомроте- кающпх процессов м т п

При на;-и«ии j поозрачной среде нео- дноиодностей в тоскости непрозрачной иасорагмы ч ьсоднородность строит свое .1зсб 1е.хемие входной щели I, их смещение от основного изображения | ропорф;ог з,оЧО вепичине отклонения све- лу ;ей на i-еоднооодности. Дополни- isjt bbie изображения входной щели свсбо, oi (.еоичоской аберрации и ас- тлгьагиама, не ЕЙ едствие нарушения с if i v r системы имеет слабую Однако качество изображен л ос зе.я бг,лер высоким по сравнению извей HI .м

На осноье данной оптической разэа&атывг:ог я интерференционно-гене- вые прибпри ИАь-463 ИАБ-466, ИАБ-468 и Поток.1 Фокусные расстояния объектиьоь соответственно равны 1840, 000, 4200 100С и 1000 мм при относительном пгверсгии 2 ДЛУ получения эмпири- ческЬй за.с,имости быпи проведены специальные исследования изменения к.- чссгвгТ изображения оптической гистемы в .ciH Oi формы олохительной линзы и пиьь- оиьекгира Выбор соотношений 1 ИР боле,- 0 ti дпугмх, указанных в формуле изобретения сделан на основе сравне- ни0 врииамтов в которых в каждом объект1 та, состоящем из вогнутого сфери- ческо1 о зеркопа 4 и дзухлинзового афокаль- ного , оппе- саторз в области аберраций ) pei то порядка скорри крованны ястиг- гсЬ :имес а ябероация Оыичия

вариантов - в различной степени коррекции сферической аберрации высших порядков. При коррекции аберраций определены от ношения радиусов кривизны поверхностей положительной линзы компенсатора и смежной вогнутой поверхности отрицательной линзы, причем именно эти отношения оказались существенными для получения оптимальной коррекции Кроме того, при различных отношениях заднею фокусного отрезка к фокусному расстоянию объектива S r /( соотношения радиусов также оказались различными Изменение отношения S p /f связано с изменением отношений радиусов кривизны Нвып/Кво н эмпирической зависимостью. Величина фокусного расстояния объектива 1840 мм, величина заднего фокусного отреза 167,5 мм. Отношение указанных величин 1б715/1840 0 1 Отношение Квып/Явогн. положительной линзы компенсатора равно 121,34/5445 0,05. От ношение радиуса вог нугой поверхности отрицательной линзы компенсатора и смежного с ним радиуса выпуклой поверхности положительной линзы равно 420 7/121,34 3,5.

Для пояснения приводим реальные значения отношений радиусов для приборов ИА6-463 и ИАБ - 466.

Для прибора ИАБ-463 при отношении заднего фокусного расстояния зеркально-линзового обьектава к его фокусному расстоянию S F /f 167,81/1849 0,,1 отношение Явып/Явогн 121,34 0,022 0,05,

Ввогн отр/Нвып 420,7/121,,.5

Для прибора ИАБ-466 у оторого отношение ,81 /997,724-0,14, отношения указанных радиусов равны

Явып/Рвогн 98 28/3071,,032,

Reom отр/Рвып 226,41/98 ,304.

Изменение отношений радиусов при изменении отношения S p /f равном 0,049, имеют значения Рвып/ЯврщЮО Racnurp / Квып 1,163 Изменения отношений г;еоугся по абсолютной величине , вычисленные изменения о. ношен/si подчиняются эг/мирическому за л у

0,049-20-О ОН0 1,163-0,081 0,

Выполнение условий, указанных з изобретении гарантирует получение конструкции оборачивающей системы, о5ладаю1цей минимально возможными абе ракичьи.

Сравнение БОЛНОЬЫЧ аберраций дая основного цвета показывает преимущество предложенной оптической системы по сравнению с извеси.оГ-. о учетов того, ито

хорошее качество изображения получают при волновых аберрациях в точке на оси, не превышающих 0,25.

Формула изобретения Оптическая система теневого прибора для исследования неоднородностей в прозрачных средах, содержащая последовательно расположенные вдоль оптической оси входную щель, два однотипных объектива, установленных навстречу друг другу, и диафрагму, каждый объектив содержит сферическое зеркало и двухлинзовый афокальный компенсатор,;, включающий двояковогнутую отрицательную и положительную линзы, выполненные из материала с одинаковым показателем преломления, отличающаяся тем, что, с целью

повышения точности исследования слабых неоднородностей в прозрачных средах с широкоапертурным источником излучения, положительная линза компенсатора выполнена выпукловогнутой, обращена выпуклостью к сферическому зеркалу, при этом отношение заднего фокусного отрезка объектива к его фокусному расстоянию SV/f не более 0,1 отношение выпуклого и вогнутого радиусов положительной линзы Ввып/Явог. не более 0,05, а отношение смежных радиусов отрицательной и положительной линз Рвог.отр/Квып не более 3,5, причем изменения указанных соотношений связаны следующей зависимостью:

&.20д(Ъщ

ТКвогн

)- 0,2(5 (RB°™-°TP ). Квып

Изобретение относится к оптическим системам теневых и интерференционных приборов для исследования неоднородно- стей в прозрачных газообразных жидких и твердых средах. С целью получения высокого качества изображения при использовании широкоапертурного- источника света в объективах однократной оборачивающей системы, содержащих сферическое и двухлинзовый афокальный компенсатор, положительная линза компенсатора выполнена выпукловогнутсй, выпуклость обращена в сторону сферического зеркала. отношение выпуклого и вогнутого радиусов положительной линзы (Нвы /Квогч) не более 0,05. отношение смежных радиусов отрицательной и положительной л«нз (RC-VH отр/Квып) не более 3,5 при огчсше- нии заднего фокусного смоезка объектива к е О фокусному расстоянию (S р т )не более 0,1, при этом изменение оказанных отношений подчиняется эмпирическому закону