Автоколлимационное устройство для исследования оптических неоднородностей в прозрачных средах Советский патент 1980 года по МПК G01N21/46 G02B27/38 

Изобретение относится к оптическим приборам для исследования неодн родностей в прозрачных средах и может применяться при аэро- и гидроди намических исследованиях и контроле оптических материалов и т.д. Известны оптические приборы для визуализации неоднородностей в прозрачных средах, реализующие теневые и интерференциальные методы измерения показателя преломления 1J. В этих приборах просмотровый объем заполняеглый исследуемой прозрачной средой, заключен между .автоколяимационным зеркалом и окном, устанавливаёмБМ обычно для отделения исследуе мой среды от оптических. деталей системы визуализации. Для обеспечения работы в условиях горячих цехов, а также сильных воздушных потоков окно выполняется .герметичным. За окном внутри прибора установлены голсэвной объектив, световая диафрагма и излучатель. Диаметр автоколлимационного зеркала, головного объекта и окна обычно не превышает 30-40 см, так как по мере увеличения диаметра резко возрастает трудоемкость изготовле ния упомянутых оптических деталей. Такое ограничение размеров делает не возможным наблюдение неоднородностей большей протяженности. Наиболее .близким по технической сущности к данному изобретению является устройство , содержащее группу идентичных автоколлимационных систем визуализации. Это устройство позволяет, одновременно наблюдать неоднородности больших размеров при их расположении в просмотровых объемах группы систем визуализации. )Недостаток1 этого устройства состоит в том, что из-за наличия герметичных окон на изображение неоднородностей накладываются темные зоны между изображениями, создаваемыми смежными системами.Эти темные зоны образуются за счет перекрытия зондирукят их световых пучков деталями корпуса устройства, на которые : опираются окна, герметирующими прокладками, и деталями крепления окон. Темные зоны могут занимать 20-30% площади поперечного (по отношению к.оптической оси) сечение просмотрового объема, что существенно снижает качество изображения и ограничивает возможности анализа структуры изображения. При исследовании быстропротекающих процессов происходит 3 :й«:5а.;;.л,..;..,.:,,„...-;., ::ь„.-, ..,-: .:..;:.™.,--.. практически невосполнимая потеря информации. Другой недостаток устройства - наличие фоновой зонной структуры изображения, которая проявляется в различной освещенности одинаковых неоднородностей при их визуализации различными системами (в группе), что рбусловлено различием светотехнических параметров излучателей -различных систем и неодинаковым изменением этих параметровво времени (за счёт старения, нестабильности источников питания и т.д.). Наличие зонной структуры также ухудшает качество изображения неоднородностей, затрудняет восприятие неоднородностей, размеры которых близки к размерам поперечного сечения просмотрового объема одной системы. Цель изобретения -повышение качества изображения неЗДнородностей путем увеличения равномерности осве щённости изображений, создаваемых смежными системами, и уменьшения протяженности темных зон между изоб ражениями, создаваекмми отдельными системами в группе. .Указанная цель достигается тем, что в автоколлимационном устройстве для исследования оптических неоднородностей в прозрачных средах, содержащем группу одинаковых автоколлимационных систем визуализации неоднородностей, просмотровые объемы которых заколочены между автоколлима цйонным зеркалом и герметичньш окно за которым расположены головной объ ектив, световая диафрагма и излучатель, автоколлимационные зеркала и голрвньае объективы выполнены в виде прямоугольников, и между автоколлимационными зеркалами нечетных систе визуализации из их послейЬвательнос ти в линии помещены окна четных сис тем, а между головными объективами и световыми диафрагмами помещены зе кала под углом 30-60 С к автоколлимационному зеркалу, причем зеркала снабжены механизмами перемещения, обеспечивающими пересечение оптических солей, по крайней мере, двух систем в месте расположения излучателя. Сечение окна имеет Т-образную форму. : , ,,.-На фиг. 1 изображено предлагаемо устройство (в разрезе); на фиг. 2 - вид А; на фиг. 3 - ход Лучей в одно из систем визуализации; на фиг. 4 - устройство, разрез по Б-Б. В корпусе 1 устройства (см.фиг. установлено, например, шесть систем или приборов визуализации, просмотровые объемы которых заключёны межд окном 2 и автоколлимационным зеркалом 3 (окно первого прибора обознач но 2-1, второго - , третьего 2и т.д.,,аналогично зеркало первого прибора обозначаем 3-1, второго 3и т.д., т.е. вторая цифра обозначает порядковый номер прибора). Каждый прибор визуализации содержит (см. фиг.З) излучатель 4, конденсор 5, проецирующий изображение тела накала излучателя 4 в плоскость световой диафрагмы б, поворотное зеркало 7 с механизмом перемещения (подвижкой) 8, головной объектив 9, окно 2, автоколлимационное зеркало 3 и приемник 10 изображения, например световод, телевизионную трубку или фотоаппарат, а также прокладки 11. Если прибор визуализации выполнен по теневой схеме, то световая диафрагма 6 (см. фиг.2) :имеет зеркальное покрытие , по периферии, центр диафрагмы пропускает свет. Световая диафрагма размещена в фокальной плоскости головного объектива 9, поэтому через окно 2 в просмотровый объем прибора падает коллимационный, пучок лучей. Отразившись от автоколлимационного зеркала 3, световой пучок возвращается по первоначальному пути, проходит через головной объектив i и отверстие световой диафрагмы 6. При наличии оптических неоднородностей в просмотровом объеме лучи отклоняются от первоначального положения и часть их попадает на зеркальную поверхность . световой диафрагмы 6. Отразившись от зеркальной поверхности, они направляются к приемнику 10 изображения , содержащему оптическую систему, сопрягающую плоскость светоч увствительной площади приемника с поперечным сечением просмотрового объема. Поскольку световая диафрагма выполняет (при такой конструкции) функции ножа, освещенность элементов светочувствительной площсщи будет соответствовать распределению оптических неоднородностей по сечению просмотрового объема. Расположение деталей всех шести приборов видно на фиг. 1, на ней же показано взаимное расположение зеркал и окон смежных приборов и прокладок, обеспечивающих герметичность зазоров между окнами и корпусом 1. Изображения неоднородностей, спроецированные на приемники 10 всех приборов, затем совмещаются, с помощью либо волоконных световодов, либо телевизионной системы, либо путем совмещения фотографий . Окна 2 и автоколлимационные зеркала 3 всех приборов имеют (см.фиг.2) прямоугольную форму (в плане): окна и зеркала размещаются поочередно по линиям, параллельным сторонс1м прямоугольника (зеркало 3-1, окно 2-2, зерк&ло 3-3), эта последовательность в реальной конструкции Продолжена до 4 пар. Благодаря такой последовательности в поле зрения приборов не попадают элементы конструкции, обеспечивающие герметичность

окон, в частности прокладки. Тем са мым достигается возможность зондирования световыми пучками практически всего просмотрового объема Совокупности приборов визуализации: не зондируются лишь зазоры между окном и автоколлимационным зеркалом смежных приборов, но величина этих зазоров при прямоугольной форме окон и зеркал не превышает 0,1-0,2 мм, что обычно меньше предела разрешения прибора визуализации, поэтому наличие таких зазоров не сказывается на качестве изображения оптических неоднородностей. Описанная конструкция предусматривает Т-образную форму окна в сечении,гроходящем через оптическую ось, так как именно такая форма обеспечивает установку герметизирующих прокладок вне поля зрения соответствующего прибора и смежных с ним приборов.

Между головными объективами 9 и световыми диафрагмами б расположены зеркала 7 с подвижками 8, обеспечивающими пересечение оптических осей нескольких, например трех (см..фиг.4 приборов в месте расположения излучателя (на .фиг. 4 зеркала находятся под окнами 2-2, 2-4, 2-6). При применении одного излучателя для трех-четы)ех приборов изменения его светово го потока (за счет флуктуации напряжения питания, старения, разъюстировки - при использовании ОКГ не проявляются в изображении оптических неоднородностей этой группой приборов , тем самым, существенно cнижaю тcя флуктуации фона в изображении, проявляющиеся в различной освещенности изображений, создаваемых разными приборами. При большом количестве приборов в предлагаемом устройстве указанный источник шума может стать определяющим для порога чувствительности устройства.

I

Техническая эффективность данного устройства состоит в улучшении качества изображения неоднородностей благодаря устранению фоновой зонной структуры изображения, создаваемого группой смежных приборов, а также благодаря значительному уменьшению протяженности темных зон между изображениями , создаваемыми смежными приборами. В известных технических решениях темные участки между изображениями достигают одной трети ширины окна, т.е. на изображение неоднородности, визуализируемой группой приборов, накладывается темная решетка,, ячейки которой ненамного больше, чем полосы самой решетки, при этом анализ протяженных неоднородностей, располагающихся в нескольких ячейках решетки, затруднен, а

часть мелких неоднородностей перекрывается полосами решетки.

В предлагаемом устройстве ширина полос столь мала, что они не видны в системах с обычной разрешающей способностью, а в системах с повышенной разрешающей способностью эти по-., лосы представляются в виде очень тонких линий {шириной 0,1-0,2 мм ) типа масштабной сетки, практически не

влияющей на восприятие картины неоднородностей.

Кроме того, качество изображения неоднородностей улучшается благодаря снижению флуктуации фона в изображении неодноролностей, визуализируемых

смежными приборами, что обеспечивается путем ,использования одного излучателя для группы приборов, так что любые изменения его световых характеристик одинаково сказываются на

изображениях неоднородностей, даваемых всей группой приборов.

Формула изобретения

1. Автоколлимационное устройство для исследования оптических неоднородностей в прозрачных средах, содержащее группу одинаковых систем визуализации неоднородностей, просмотровые объемы которых заключены между автоколлимационным зеркалом и герметичным окном, за которым расположены головной объектив/ световая диафрагма и излучатель, отличающееся тем, что, с целью повышения качества изображения неоднородностей путем увеличения равномерности освещенности изображений, создаваемых смежными системами, и уменьшения протяженности темных.зон между изображениями, автоколлимационные зеркала и головные объективы выполнены в форме прямоугольников, и между автоколлимационными зеркалами нечетных систем визуализации из их последовательности в линии помещены окна четных систем, а между головными объективами и световыми диафрагмами помещены зеркала под углом 30-60° к автоколлимационному зеркалу, причем зеркала снабжены механизмами перемещения, обеспечивающими пересечение оптических осей, по крайней мере, двух систем в месте расположения излучателя.

2. Устройство по П.1, о тл и чающееся тем, что сечение окна имеет Т-образную форму.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

li Авторское свидетельство СССР №297939, кл, G 02 В 27/30, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР №239578, кл. G 01 С 15/00, 1967 (проТОТИП).

f t55-i S-t IBi 5-5 6-5 ltl5 7-i d-1 7-5 8- Q-i

I. f j // I/I

ФЩ$$$ $$ Ш 5- S-f 1Q. 1-f 8-H- ф

Вид К

2- f 4X

2-6.

Фиг.г

/,// / /

/////

AAjjf///

if-2

/-« 62W