Оптический элемент с регулируемой кривизной Советский патент 1993 года по МПК G02B26/06 

ел С

Использование: в оптических системах с переменным фокусным расстоянием. Сущность изобретения: многослойный оптический элемент установлен в герметичный корпус с прозрачным окном для прохождения излучения по меньшей мере один из составляющих его слоев выполнен из пористого материала, а устройство изменения его кривизны выполнено в виде регулятора концентрации паров жидкости в полости корпуса. Кроме того, регулятор концентрации паров жидкости подключен к датчику фокусного расстояния, оптически сопряженному с многослойным оптическим элементом. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, может применяться в системах с переменным фокусным расстоянием, в адаптивной оптике.

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования, повышение безопасности и расширение функциональных возможностей.

Дополнительной целью изобретения является повышение точности.

На чертеже показан вариант конструкции управляемой оптической системы. Она содержит герметичный корпус 1 с прозрачным окном 2. В полости корпуса 1 размеще- ны многослойное гибкое зеркало 3, состоящее по крайней мере из двух соединенных по всей поверхности слоев : стеклянного или металлического отражающего слоя 4 с зеркальным покрытием и пористого слоя 5, регулятор концентрации паров, выполненный, например, в виде адсорбента 6 (цеолита и т.п.), с электронагревателем 7,

подключенным к блоку 8 управления, и датчик 9 давления паров жидкости. Выход датчика 9 связан с блоком 8 управления. Кроме того в управляемую оптическую систему может быть введен датчик 10 фокусного расстояния, оптически сопряженный с многослойным зеркалом 3 с помощью полупрозрачной пластины 11, В полость корпуса 1 введены пары жидкости (например,воды) в количестве ..равном сорбционной емкости адсорбента 6.

Управляемая оптическая система работает следующим образом. При нулевой концентрации паров поры слоя 5 зеркала 3 заполнены только воздухом. При подаче питания на электронагреватель, адсорбированная жидкость постепенно освобождается из адсорбента 6, концентрация ее паров в полости корпуса 1 растет, пары диффундируют в поры слоя 5 и конденсируются в них вследствие эффекта капиллярной конденсации. Под действием сил поверхностного натяже00

ю о

CJ СП

Јь

ния сконденсировавшихся в жидкость паров меняются размеры пор слоя 5, а, следовательно, и его линейные размеры, причем величина изменения линейных размеров пористого слоя 5 зависит от концентрации паров в полости корпуса. В результате изменения линейных размеров пористого слоя 5 многослойное зеркало 3 изгибается по форме сферического сегмента подобно пьезоэлектрическому биоморфному зерка- лу/причем радиус его кривизны зависит от концентрации паров. Когда давление паров жидкости в полости корпуса 1 достигнет заданного значения, соответствующего требуемому радиусу кривизны зеркала 3, блок 8 управления по сигналу с датчика 9 давления паров отключает нагреватель 7. По мере охлаждения адсорбента. 6 он начинает поглощать пары из полости корпуса 1, давление их падает и по сигналу с датчика 9 давления блок 8 управления снова включает нагреватель 7 и т.д. Так в системе устанавливается динамическое равновесие/фи котором поддерживается заданное давление паров жидкости в полости корпуса 1, а, следовательно, и фокусное расстояние зеркала 3.

При отсутствии необходимости в частых изменениях величины фокусного расстояния зеркала 3, после достижения заданного давления паров жидкости в полости корпуса 1 адсорбент 6 может герметически закрываться и лишаться таким образом возможности поглощать пары. В результате не нужны будут периодические подключения нагревателя 7, что снижает расход энергии системой.

Управление поглощением и выделением паров может также осуществляться не от датчика 9 их давления, а от дополнительно введенного в систему датчика 10 фокусного расстояния зеркала 3 либо от обоих датчиков 9 и 10 вместе (например, грубая настройка может осуществляться по датчику 9 давления паров, а точная - по датчику 10 фокусного расстояния). Это позволит повысить точность регулирования.

Пористый слой 5 зеркала 3 может быть изготовлен из специально обработанной гигроскопической животной пленки или какой-либо полимерной пористой пленки. Величину изменения фокусного расстояния зеркала 3 можно оценивать следующим образом. Относительное изменение диаметра пористой животной пленки толщиной 20 мкм при изменении влажности воздуха от О до 100% составляет 3.5%. Гибкое зеркало, изготовленное из полимерной пьезоэлектрической пленки PVDF толщиной 32 мкм, наклеенной на стеклянную отражающую пластину толщиной 120 мкм, при изменении

управляющего напряжения от 0 до 1 кВ изменяет свой радиус кривизны от о до 2 м 2. При этом относительное изменение диаметра PVDF пленки составляет0,054%. Следовательно минимальный радиус кривизны многослойного гибкого зеркала, изготовленного на основе пористой пленки, должен составлять величину порядка 2.(0,054/3,5) 0.031 м (при близких размерах материалов

пьезоэлектрического зеркала и зеркала на основе пористой пленки по толщине и соизмеримой величине их жесткости). Таким образом, фокусное расстояние гибкого зеркала с пористым слоем будет меняться

от ро до нескольких см при изменении относительной влажности в полости корпуса 1 от 0 до 100%.

В качестве датчика 9 давления паров можно использовать кремниевый тензодатчик, а в качестве датчика 10 фокусного расстояния - какой-либо из известных измерителей фокусного расстояния, например, с двумя полудисковыми модуляторами, вращающимися на пути излучения с постоянной скоростью, за которыми помещается фотоприемник.

Наиболее простым в реализации режимом работы блока 8 управления является релейный режим, при котором он либо подключает нагреватель 7, на полную мощность, либо отключает его, причем переключение происходит по сигналам датчика 9 давления паров в момент равенства давления заданной величине. В качестве

схемы, обеспечивающей релейный режим работы, может быть использована транзисторная ключевая схема, в виде коллекторной нагрузки к которой подключен электронагреватель 7.

В качестве многослойных оптических элементов с регулируемой кривизной в управляемой оптической системе, кроме отражающих могут также применяться и преломляющие элементы, изготовленные

на основе прозрачных пористых пленок.

Таким образом, на основе пористых пленок с сорбирующими свойствами могут изготавливаться относительно простые по конструкциии надежные управляемые оптические элементы с широким диапазоном регулирования фокусного расстояния. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Оптический элемент с регулируемой кривизной, выполненной в виде многослойной структуры, содержащей слой, выполненный с возможностью регулирования его линейных размеров, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, повышения безопасности и

расширения функциональных возможностей, указанный слой выполнен из пористого материала, изменяющего свои линейные размеры в зависимости от концентрации паров жидкости в окружающем пространстве.

тор концентрации паров жидкости в полости корпуса.

3. Элемент по п.2, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования, регулятор концентрации паров жидкости в полости корпуса выполнен электрически управляемым и электрически соединен с датчиком фокусного расстояния, оптически связанным с оптическим элементом.