Теневое устройство Советский патент 1991 года по МПК G01N21/45 

00

о

Изобретение относится к технической физике, в частности к области приборостроения, и может быть использовано при изучении оптических неоднородностей в аэро- и гидродинамике.

Цель изобретения - увеличение чувствительности.

На чертеже приведен призер конкретного выполнения оптической схемы предложенного устройства,

Теневое устройство содержит источник 1 света, конденсатор 2, световую диафрагму (СД) 3, коллимационный объектив 4, оптический клин 5, автоколлимационное (АК) зеркало 6, визуализирующую диафрагму 7 и проекционный объектив 8. Ребро клина параллельно рабочей кромке визуализирующей диафрагмы, одна из его граней, обращенная к автоколлимационному зеркалу, параллельна зеркалу, на второй грани нанесено светоделительное покрытие со средним коэффициентом зеркального отражения в рабочей области спектра /э-0,6, рабочий участок поверхности визуализирующей диафрагмы в форме полоски с нанесенным на нее зеркальным покрытием расположен вдоль ее рабочей кромки, на остальной части поверхности нанесено черное матовое покрытие, преломляющий угол клина а определяется соотношением:

4п-Г

где с - проекция ширины зеркального участка визуализирующей диафрагмы на фокальную плоскость коллимационного объектива, равная ширине изображения световой диафрагмы с учетом кружка рассеяния коллимационного объектива;

f - фокусное расстояние коллимационного объектива;

п - показатель преломления стекла кли на.

Устройство работает следующим образом,

Изображение светящегося тела источника 1 света с помощью конденсатора 2 формируется в плоскости СД 3, расположенной а фокальной плоскости кол лимаци- онного объектива 4. Световой пучок, исходящий из СД 3 и заполняющий апертуру коллимационного объектива 4, проходит далее в виде коллимированного пучка и падает на светоделительное покрытие клина 5, где делится на две части. Далее часть его, прошедшая через клин, падает в виде коллимированного пучка на АК-зеркзло и, отразившись от него, возвращается на све- тоделительне покрытие, где снова делится на две части. Часть пучка, прошедшая через

светоделительное покрытие и объектив 4, образует в фокальной плоскости, где расположена кромка визуализирующей диафрагмы, изображение СД первого порядка.

Вторая часть пучка, отраженная от зеркальной поверхности светоделительного покрытия в сторону АК-зеркала, в виде коллимированного пучка, составляющего малый угол с распространяющимся в том же

направлении первым пучком, падает на АК- зеркало и после отражения от него возвращается на светоделительное покрытие и т.д. При этом после каждого последующего падения коллимированного пучка на

светоделительное покрытие часть света проходит через него и далее через объектив 4, образуя в его фокальной плоскости ряд изображений СД с последовательно убывающей яркостью. Каждое N-фе изображение СД образуется световым пучком 2N раз прошедшим через исследуемый объем, и каждое соответствующее теневое изображение, которое может быть ими образовано, отличается по контрасту визуализируемых

неоднородностей от аналогичных изображений, которые могут быть образованы пучками, прошедшими через исследуемый объем иное число раз.

Яркость каждого теневого изображения

(в фоновой его части), образованного от пучка следующего порядка, ниже предыдущего в К ( 7 Гср раз за счет уменьшения яркости светового пучка при отражении от светоделительного покрытия с коэффициентом отражения р и от АК-зеркала с коэффициентом отражения pi, а также из-за поглощения а клине с коэффициентом пропускания ги в исследуемой среде, находящейся между клином и АК-зеркзлом с

коэффициентом пропускания гср.

Образованные в фокальной плоскости объектива 4 раздельно расположенные изображения СД находятся на расстояниях друг от друга, определяемых величиной угла «клина 5. С уменьшением а изображения сближаются. При этом теневое устройство приобретает большую разрешающую способность, приближающуюся к максимально возможной. Поэтому оптимальным значением угла «является такая наименьшая его величина, при которой при любом положении визуализирующей диафрагмы относительно изображения СД N-ro порядка в теневом изображении не

присутствует излучение от N-1-го и N+1-го пучков. Для реализации в устройстве максимальной разрешающей способно.сти проекция d ширины зеркального участка визуализирующей диафрагмы на фокальную плоскость объектива 4 должна быть выбрана минимальной, равной размеру изображения СД. При этом зеркальный рабочий участок визуализирующей диафрагмы в форме полоски расположен вдоль ее рабочей кромки, на остальной части поверхности визуализирующей диафрагмы наносится черное матовое покрытие.

Величина угла а клина при таких требованиях определена выражением

«Агде f - фокусное расстояние объектива 4;

п - показатель преломления стекла клина,

Грань клина, обращенная кАК-зеркалу, параллельна плоскости зеркала, чтобы при изменении среднего показателя преломления исследуемой среды, которая располагается между клином и АК-зеркалом, не происходило бы изменение режима работы устройства за счет смещения изображения СД относительно кромки визуализирующей диафрагмы.

Коэффициент отражения светодели- тельного покрытия рассчитывается с учетом требования получения максимального светового потока в N-м пучке.

Для образования теневой картины используется оптимально выбранный пучок световых лучей, выделенный из ряда пучков, образованных клином 5 с полупрозрачным покрытием. Этот пучок имеет повышенный контраст в изображении нео- днородностей за счет многократного про- хождения света через исследуемый объем и, следовательно, повышенную чувствительность по сравнению с пучком 1-го порядка. Выбор конкретного N-ro пучка связан с учетом существенного убывания освещенности

теневого изображения при увеличении N на единицу и определяется достаточностью уровня освещенности для работы со свето- преобразователем. который сочленяется с предложенным устройством или для визуального наблюдения.

Формула изобретения Теневое устройство, содержащее источник света и расположенные по ходу его луча конденсатор, световую диафрагму, коллимационный объектив, автоколлимационное зеркало, визуализирующую диафрагму и проекционный объектив, отличающееся тем, что, с целью увеличения чувствительности, в него дополнительно введен оптический клин, расположенный между коллимационным объективом и автоколлимационным зеркалом так, что ребро клика параллельно рабочей кромке визуализирующей диафрагмы, одна грань клина обращена к автоколлимационному зеркалу и параллельна этому зеркалу, а на другой грани нанесено светоделительное покрытие с коэффициентом отражения в рабочей области спектра р 0,06, отражающий участок поверхности визуализирующей диафрагмы в виде полоски расположен вдоль ее рабочей кромки, на остальной части поверхности нанесено черное матовое покрытие, угол клина выбран в соответствии с соотношениd

n f

ражающего участка визуализирующей диафрагмы на фокальную плоскость коллимационного объектива, равная ширине изображения световой диафрагмы, f - фокусное расстояние коллимационного объектива, п - показатегь преломления материала клина.

ом а

где d - проекция ширины от

Изобретение относится,к оптическим приборам, в частности к устройствам для исследования оптических неоднородностей в прозрачных газах и жидкостях. Целью изобретения является увеличение чувствительности Устройство состоит из теневого автоколлимационного устройства, в которо дополнительно между коллимационным объективом 4 и автоколлимационным зеркалом 6 введен оптический клин 5 с нанесенным ма одной его грани светоделитеяькым покрытием, рабочая поверхность визуализирующей диафрагмы 7 теневого устройства выполнена в виде зеркальной полоски, расположенной вдоль рабочей кромки диафрагмы, а на остальную часть ее поверхности нанесено черное матовое покрытие. Для образования теневой картины используется одно из ряда изображений световой диафрагмы 3, образованных в фокальной плоскости коллимационного объектива 4. 1 ил.