Теневое автоколлимационное устройство Советский патент 1979 года по МПК G02B27/30 

Изобретение относится к области оптики, в частности, к теневым приборам и может быть использовано для исследования прозрачных сред теневыми методами.

Известны устройства для исследования прозрачных сред путем создания теневой картины, работающие в автоколлимационном режиме 1.

Ближайшим из известных по технической сущности является теневое устройство, содержащее коллиматорную часть со световой диафрагмой и источником света, приемную часть с теневой диафрагмой, объективом для проектирования теневого изображения и автоколлимационное зеркало 2.

Недостаток этого устройства заключается в высоком пороге чувствительности из-за влияния внешних воздействий и пространственно-временные искажения.

Целью изобретения является уменьшение порога чувствительности и пространственновременных искажений при регистрации теневых картин.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве между рабочим, объемом и коллиматорным объективом установлено второе

автокОьалимационное зеркало, жестко связанное с первым, причем край второго автоколлимационного зеркала размеш,ен на середине поля зрения объектива, а симметрично световой диафрагме относительно оптической оси коллиматорного объектива расположено зеркало, рабочая поверхность которого направлена на центр коллиматорного объектива. Кроме того, в осветитель коллиматорной части введена дополнительная диафрагма в форме полуплоскости, край которой пареллелен краю второго автоколлимационного зеркала и пересекает оптическую ось осветителя.

На чертеже представлена оптическая схема теневого автоколлимационного устройства.

Источник света 1 расположен на оптической оси конденсора 2. В сопряженной источнику плоскости находится световая диафрагма 3, выполненная в виде отверстия в плоском зеркальном слое. Центр отверстия находится в фокальной плоскости объектива 4. Зеркальный слой с указанным отверстием играет также роль теневой диафрагмы. Нормаль к плоскому зеркальному слою свеТОБОЙ диафрагмы 3 составляет с оптической осью конденсора 2 угол у. Оптические оси конденсора 2 и объектива 4 пересекаются в центре объектива 4 и составляют между собой малый . За объективом 4 перпендикулярно его оптической оси 00 находятся два автоколлймационных зеркала 5 и 6, между которыми расположен рабочий объем для исследуемой среды, ограниченный защитными стеклами 7. В фокальной плоскости объектива 4, симметрично световой диафрагме 3, относительно оптической оси 00, расположено зеркало 8., рабочая поверхность которого направлена на центр объектива 4. Объектив 9 расположен рядом с зеркальной диафрагмой 3 таким образом, что его оптическая ось ОуО, проходит через центр отверстия световой диафрагмы и составляет с осью 00 угол 2«р. Плоскость 10, где наблюдается теневая картина, сопряжена через объективь 4 и 9 с плоскостью,находящейся в рабочем объеме. При работе устройства часть излучения, исходящая от изображения источника света 1, образованного конденсором 2, выделенная диафрагмой 3, заполняет рабочую аппертуру объектива 4. Ход лучей в оптической системе можно проследить на примере хода двух лучей, представленных на чертеже. Луч, прошедший через объектив 4 и рабочий объем, ограниченный защитными стеклами 7, падает при отсутствии неоднородностей в рабочем объеме на зеркало 5 под углом и, отразившись от него под углом«fjj, проходит в обратном порядке через те же элементы и падает на зеркало 8. Отразившись от зеркала 8, луч вновь попадает на объектив 4, а затем - на зеркало 6. На чертеже (разрез по Б-Б) штриховкой отмечена та часть поля зрения, которая перекрь1та вторым автоколлимационным зеркалом. Благодаря размещению зеркала 8 таким образом, что его рабочая поверхность направлена на центр объектива 4, луч света до и после отражения от зеркала 8 проходит через практически симметричные относительно оси участки 11 поля зрения коллимационного объектива. Так как зеркало 8 находится в фокальной плоскости объектива 4, то рассматриваемый луч света упадет на зеркало 6 под углом г, если зеркало 6 параллельно зеркалу 5, и отразится от зеркала 6 ло тому же направлению, которое он имел при падении на зеркало 5. Поэтому, пройдя в четвертый раз через объектив 4, луч возвратится в исходную точку на диафрагме 3. По аналогичному пути пройдут от световой диафрагмы все лучи, падающие на ту половину поля зрения коллиматорного объектива, через которую ОНИ непосредственно попадают в рабочий объем. Все эти лучи образуют изображение световой диафрагмы сначала на зеркале 8, а затем после отражения от зеркала 6 на самой световой диафрагме 3. Из пучка лучей, исходящих от световой диафрагмы 3 и проходящих через вторую часть поля зрения коллиматорного объектива, найдется луч, который пройдет по тому же пути, что. и упомянутый, но в противоположном направлении: сначала к зеркалу 6 (в точке 11 а) и обратно к зеркалу 8, затем X зеркалу 5 (в точке 11 б) и обратно к диафрагме 3, образуя вместе с лучами этой части пучка, прошедшими аналогичный путь, изображения световой диафрагмы 3 сначала на зеркале 8, а затем на самой световой диафрагме (теневой диафрагме) 3. Таким образом, через каждую точку исследуемого пространства (например, 11) будут проходить два луча. Соответственно, в плоскости световой диафрагмы образ тотся в этом случае (при параллельности зеркал 5 и 6) два налагающихся друг на друга изображения световой диафрагмы. В приведенном выше описании хода лучей не оговорены конкретные данные об удалении центра диафрагмы 3 от оси 00, а также об угле нормалей автоколлимационных зеркал 5 и 6 с осью 00. Это означает, что работа схемы не меняется при наличии определенной вариации указанных пара.метров, которая может возникнуть от вибрации и других внешних воздействий. При этом возникает сдвиг изображения диафрагмы 3 на зеркале 8, но не изменится расположение се изображения на плоскости. Аналогичным образом сохраняется при вибрации положение изображений светсеой диафрагмы на плоскости от обеих частей светового пучка и в том случае, когда имеется некоторое отступление от параллельности плоскостей зеркал 5 и 6. При этом имеется отличие, заключающееся в том, что каждое из изображений диафрагмы оказывается постоянно смещенным (в противоположные стороны) относительно отверстия диафрагмы. Это дает возможность, изменяя угол между зеркалами, отъюстировать прибор в оптимальном режиме - добиться наиболее выгодного расположения изображения световой диафрагмы относительно кромок материальной диафрагмы, дающего минимальный порог чувствительности. Для того, чтобы этот режим работы сохранялся в процессе эксплуатации, оба автоколлимационных зеркала должны иметь максимальную жесткую связь. Указанное постоянство взаимного расположения отверстия световой диафрагмы 3 и ее изображения на ее же зеркальной поверхности при отсутствии неоднородностей в рабочем объеме, независимое от внешних

воздействий, является тем условием, которое обеспечивает стабильность режима работы (настройки) и является предпосылкой для реализации прибора с детерминированк ыми параметрами, что означает осуществление цели изобретения.

За счет аберационного размытия и смещения обоих изображений световой диафрагмы относительно ее отверстия при юстировке путем образования определенного угла между автоколлимационньши зеркалами часть лучей от указанных изображений попадет на зеркальное покрытие диафрагмы 3 и образует после прохождения объектива 9 в плоскости 10 равномерную фоновую засвет-. ку. Каждый из двух рассмотренных пучков засвечивает свою часть (12, 13) поля изображения теневой картины на плоскости 10, которая сопряжена с плоское ью, находящейся в рабочем объеме, через объективы 4 и 9.

При появлении в рабочем объегуте оптической неоднородности ее изображение образуется на плоскости 10 на фоне указанной постоянной засв,етки в симметричных относительно оси участках. Так как возмущение светового волнового фронта, вызванное неоднородностью, в.равной мере будет сказываться на величине отклонения (но с разным знаком) каждого из двух лучей, проходящих через одни и те же точки рабочего объема, то это приведет к образованию одинаковой освещенности в соответствующих участках теневой картины.

Таким образом, теневая картина будет состоять из двух полностью идентичных и симметричных относительно оси Oj,0 изображений.

В больщинстве случаев для исследования явления достаточно иметь только одно, из этих изображений, полностью отражающее получаемую информацию о неоднородностях в рабочем объеме. Чтобы исключить образование одной из двух частей теневой картины, достаточно ограничить аппертуру конденсора 2 таким образом, чтобы из диафрагмы 3 на объектив 4 поступал только один из рассмотренных выще пучков лучей, например, засвечивающий рабочий объем после третьего прохождения линзы 4. Для этого служит диафрагма 14, нанесенная на чертеже пунктиром и представляющая собой нож, т. е. имеющая форму полуплоскости, край которой параллелен краю второго автоколлимационного зеркала и пересекает ось .

Введением диафрагмы 14 вдвое умень шается поток, проходящий через оптическую систему и тем самым вдвое уменьщается рассеянный свет, вызывающий равномерную паразитную засветку всех частей теневой картины, что приводит к увеличению чувствительного прибора, особенно к слабым нерднородностям.

В изображенном на чертеже варианте оптической схемы рабочее поле зрения представляет собой полукруг. В зависимости от конкретной решаемой задачи и конструктивных соображений форма рабочего поля зрения может быть и иной, например, прямоугольником или кругом и т. д., вписанным в изображенный полукруг.

Формула изобретения

1.Теневое автоколлимационное устройство, состоящее из коллиматорной части со световой диафрагмой и освегителем, приемной части с теневой диафрагмой и объективом для проектирования теневого изображения, автоколлимационного зеркала и защитных стекол, ограничивающих рабочий объем для исследуемой среды, отличающееся тем, что, с целью уменьшения порога чувствите„пьности и пространственно-временных искажений при регистрации теневых картин исследуемого процесса, между рабочим объемом и колли:,:зторным объективом установлено второе автоколлимационное зеркало, жестко связанное с первым, при край второго автоколлимационного Зеркала размещен на середине поля зрения объектива, а симметрично световой диафрагме относительно оси коллиматорного объектива расположено зеркало, рабочая поверхность которого направлена на центр колли мат орного объектива.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в осветитель коллиматорной части введена дополнительная диафрагма в форме полуплоскости, край которой параллелен краю второго автоколлимационного зеркала и пересекает оптическую ось осветителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 201720, кл. Q 02 В 27/30, 1966.

2.Васильев Л. А. Теневые методы. М., «Наука, 1968, с. 19.