Оптический прибор Советский патент 1983 года по МПК G02B27/00 G02B27/52 G02B27/09 

(54) ОПТИЧЕСКИЙ ПРИБОР

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к оптическим приборам, которые используются для изучения стационарныхи нестационарных процессов в прозрачных средах. По основному авт. св. N° 758043 известно устройство, содержащее источники света с конденсорными системами и расположённые цо ходу световых лучей входной отражательный призменный блок, основную и дополнительную параллельные друг другу входные щели, объек тив коллиматора, камеру с исследуемой неоднородностью, объектив приемной части, основной и вспомогательный ножи Фуко, перекрывакмдие изображения источников света, образуемые объективам ;приемной части, выходной отражательный призменный блок и блок регистрации теневых картин, причем входной и выход ной отражательные призменные блоки вы полнены каждый из четырех прямоугольных призм, катетные грани которых об- рюзуют проямоугольник, совмещенный СВОИМ центром с оптической осью и перк пендикулярны к ней, а зеркальные гипотенузные грани отражательных призм обрашены в сторону объективов н развернуты по отношению к одноименным граням соседних призм на угол ЭО. Недостатком известного оптяЧЕйскогоприбора является низкая точность измерений, при определении динамических параметров пространственных неоднорб; ностей, так как получаемые в различные промежутки времени теневые картины несут одностороннюю информацию, т.е. регистрируется отклонение световых лучей только в одном направлении. Опвако в практике научного эксперимента и в технике при исследовании нестационарных потоков в газодинамических и Ударных трубках, взрывных процессов и т.д. световые лучи распространяются во . всевозможных направлениях и, таким образом, использование известного прибора приводит к потере части информация. llejjbso изобретения $тлявтся повышен : гочности определения динамических пара метров неоднородностей путем получени векторных цветных . теневых картин, Поставленная цепь достигается тем, что в оптическом приборе ни входной диафрагме вьшолнены две щепи,. перпендикулярные основной и дополнительной щелям, Б местах их пересечения установ лены непрозрачные экраны, концы щелей до непрозрачных экранов закрыты светофвдфтрами, цвета которых при круговом обходе чередуются в порядке спедования кветов в спектре, а визуализирующая диафрагма снабжена дополнительными ножами Фуко, прямоут-ольные кромки которых параллельны введенным щелям . На фиг. 1 изображена схема предлагаемого оптического прибора; на фиг. 2 входн,ая диафрагма (входные шели со светофильтрами) прибора; на фиг. 3 визуализирующая диафрагма прибора, Оптический прибор включает в себя источник света 1-4, конденсорные сис1 емы , входной отражательный призменный блок 9, входную диафрагму 1О, состоящую из четырех входных щелей; основной 11 и дополнительной 12, параллельных друг другу и перпендикулярных к ним двух вспомогательных, щелей 13 и 14, образукмдих при пересечении четыре крестообразные диафрагмы ISIS (на фиг, 2 они разделены между собой штрих-пунктирными линиями)., в цен трах которых помещены непрозрачные квадратные экраны 19-22, а в плечах крестообразных диафраг м - светофильтры 23-26 (одинаковые цветные светофильт ры обозначены одной позицией), причем в соприкасающихся крестообразных диаф рагмах is и 16, 1би 17, 17 и 18, 18 и IS плечи со светофильтрами одинакового цвета расположены под углом 180 друг к другу; поворотное зеркало 27; объектив коллиматора 28; камеру 29 с исследуемой прозрачной неоднородное тькч объектив приемной части 30j поворотное зеркало 3 ll визуализирующую диафрагму 32 (фиг, 3), состоящую КЗ восьми ножей Фуко (на фиг. 1 и 3 ножи заштрихованы): основного 33, вспомогательных 34-36, и дополнитедьг ных 37-40, прямоугольные кромки . которых параллельнь со Ответе твуклцим входным щелям 11-14, а следовательно и их изображениям (изображения щелей на фиг, 3 показаны пунктирными линиями), причем основные ножи Фуко совмещ 9 в нь СВОИМИ кромками с изображениями крестообразных диафрагм, а каждый из вспомогательных йОжей Фуко совмещен с одной из пар изобг ажений 49-S6 плеч крестообразных диафрагм} входной отражательный призменный блок S7; блок регистрации цветных теневых картин, состоящий из фотографических объективов S8-61 и приемников 62-6S, Входной 9 и выходной S7 отражательные призменные блоки состоят каждый из четырех прямоугольных призм, катетные грани которых образуют прямоугольник с центром , совмещенным с оптической осью, а его плоскость перпендикулярна оп.тической оси, В каждом призмен- ном блоке прямоугольные призмы расположены так, что зеркальные гипотенузные грани обращены в сторону объективов и развернуты по отнощению к одноименным граням соседних призм на угол 90. источники света 1-4 в осветителе установлены на зеркальнъ1х отображениях оптической оси входным призменным блоком 9 с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси. При этом каждый источник света равномерно освещает одну из соответствующих крестообразных диафрагм IS-18. Оптический прибор работает следующим образом. Свет от источников света 1-4, срабатывающих через заданные проме тки времени, с помощью конденсаторнь1х систем S-8 раздельно направляется на крестообразные диафрагмы IS-18, Подвижками конденсорных систем вдоль оптической оси обеспечивается равномерная освещенность каждой из крестообразных диафрагм. В плечах диафрагм расположены светофильтры 23-26, цвета KOTOf&ix при круговом обходе плеч диафрагм чередуются в порядке следования цветов в спектре (от фиолетового до красного). Кроме того, для сокращения времени, затрачиваемого на анализ шетнь1х теневых картин, в соприкасающихся крестообразных диафрагмах IS и 16, 16 и 17, 17 и 18, le и IS плечи со светофильтрами одного цвета расположены под углом 18О друг к другу. Крестообразные диафрагмы с помощью пово- ротного зеркала 27, объективов 28 и . 30, поворотного зеркала 31 изображаются в плоскости визуализирующей диафрагмы 32, Прямоугольные кромки основного,, вспомогательных и дополнительных ножей Фуко выставляются параллельно входным шелям 11-14 по их иэображениям в плоскости визуализирующей диафрагмы 32. Основной 33 и вспомогательные 34-36 ножи Фуко частично перекрывают изображения 41-48 плеч крестообразных диафрагм, а дополнительные ножи Фуко 37-4О - изображения 49-56 плеч диафрагм. После визуалирующей диафрагмы световые лучи, отразившись от выходного отражательного призменного блока 57, поступают раз- дельно от каждой крестообразной диафрагмы в соответствующие приемники 62-65. Об ктивы 58-61 с.лужат для сопряжения 1тлоскости исследуемой неоднородности с плоскостью регистрирук щего элемента (фотопленки) приемни-, ков 62-65. При О1ч:утствин неоднородности в камере 29 световые лучи проходят через любую точку поля зрения прибора без отклонения. Т.е. изображения 41-56 нлеч. крестообразных диафрагм формирую ся из световых лучей, прошедших через любую точку поля зрения, в одном-и том же месте, и , следовательно, одинаково перекрываются ножами Фуко 33-44 Таким образом, .световой поток, пришел ший на приемники 62-65 от каждой точ ки поля, образуется смешением в одной и той же nponopviHH световых потоковвсех четырех цветов, т.е. все .изображение поля зрения на приемниках будет окра.шёно в один и тот же цвет. Когда световые лучи встречают .на своем пути в камере 29 неоднородность, они отклоняются. При этом изображения 41-56 пле сформированные этими лучами в плоскос ти визу адизирукхцей 32, смеш ются. Например, изображения 43, 44, 55 и 56 плеч отклоняются вдоль положительного направления оси X (фиг. З) В этом случае изображения 44 и 56 скользят вдоль кромок ножей 34 и 39, т.е. площади открытых частей этих изоб ражений остаются постоянными. Изображение 43 заходит за кромку ножа 34 и площадь его открытой части уменьшаетс изображение 55 выходит из-за кромки ножа. 39 и площадь его открытой части увеличивается Таким образом, имеет место нарушение пропорции смешивающихся световых потоков в данной точке изображения поля и эта точка окрашивается в цвет, отличный от цвета осталь ной части изображения поля зрения и зависящий от величины угла и направления отклонения световых лучей. В частном случае, когда изображение плеч 43, 44, 55 и 56 полностью перекрыты кромками ножей 34 и 39, при смещении этих изображений одно или два из них выходят из-за кромок ножей 34 и 39. Одно взображв1г ние выходит только в том случае, когда шение происходит вдоль оси X или вдоль оси У. Суммарная площадь открытых частей плеч, а следовательно, и освещенность- теневой картины возрастает с увеличением величины угла отклонения световых лучей. Соотношение смешива1ощихся светсюых потоков, а следовательно, и цветность теневой картины, от этих двух плеч зависит от направления отклонения световых лучей. . Отсюда следует что по теневой картине можно определить величину угла и направлентше отклонения световых лучей. Экраны 19-22 в центрах крестообразных диафрагм (фиг. 2) установлены для уст ранения экранирования изображений лк бого из плеч 41-56 (фиг. 3)-соседними ему кромками ножей Фуко 33-4О, при котором нарушается соответствие цвета и освещенности теневой картины величине угла и направлению световых лучей, что приводит к снижению точное-ти измерений, В рассмотренном случае цвет тен вой картины определяется либо шетом светового потока от одного.из изображе НИИ плеч 43; 44, 55 и 56, либо смешением цветов световых потоков от двух (не более) соседних изображений плеч, наприм1 р плеч 43 и 44 или 43 и 56. Из теории смешения цветсяв известно, что при смешении двух цветов образуются цвета, расположенные в спектре между дум я смешивающимися цветами в цветовом треугольнике. Таким образом, если в плечах установлены светофильтры, даета которых при круговом обходе пАеч чередуются в порядке япедования цветов спектра, смешение любой пары соседних цветов образует цвет, который не может получиться при смешении остальных парсоседних цветов, т.е. на теневой картине имеет место однозначное соответствие даете направлению отклонения световых лучей. Бели порядок следования шетов буде т нарушен, то смешение двух соседних цветов в определенной пропорции может привести, к образованию цвета, который может также получиться при смешении двух других цветов, т.е. одному и тому же цвету теневой картины будут соответ ствовать два совершенно различных направления отклонения световых лучей, что приведет к неоднозначности интер- ,,

претации теневой картины и, в итоге, к погрюшности измерения параметров исследуемой неоднородности. В общем случае, когда изображения плеч частично открыты, величина утла и направление световых лучей кодируются освещенностью, цветовым тоном, и насьпценностью цвета теневой картины.

Явления, рассмотренные для одной из крестообразных диафрагм, имеют место и для других крестообразных диа(| рагм.

Для того, чтобы зависимость цветового тона и насыщенности цвета всех теневых картин, наблюдаемых в приемниках 62-65, была одинаковой от величины угла и направления отклонения световых лучей, плечи с одинаковыми светофильтрами в соприкасающихся крес-; тообразных диафрагмах 15-18 (фиг. 2) расположены под углом 18О друг к другу. В этом случае при данном направлении отклонения световых лучей происходит открытие изображений плеч с одинаковыми светофильтрами для всех диафрагм. Иными словами, при одновременном срабатывании всех источников света все теневые картины в приемниках 62-65 будут идентичными.

Использование предлагаемого оптичес- .кого прибора позволит получать более

полную информацию о величине и напра&лении отклонений световых лучей в последовательные моменты времени, а следовательно и повысить точность определения изменения параметров во времени при исследовании нестационарных и быстропротекающих процессов таких, как взрьт, дифракция ударной волны на моделях различной формы, нестационарные газодинамические пропессы и тфд.

Фор м у па изобретения

Оптический прибор для исследования прозрачных неоднородноетей по авт. св. № 758О43, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения динамических параметров, на входной диафрагме выполнены две щели перпендикулярные основной и дополнительной щелям, в местах их пересе.чения установлены непрозрачные экраны, концы щелей до непрозрачных экранов закрыты светофильтрами, цвета которых при круговом обходе чередуются в порядке следования UBefOB в спектре, а визуализирующая диафрагма снабжена дополнительными ножами Фуко, прямоугольные кромки которых параллельны введенным щелям,

2В 12 W w 2S 23 i7 J7 iff 38 d2 55 W 47 56 39 /З Фиг.З yt