Оптический шарнир (его варианты)

 

1. Оптический шарнир, содержащий по крайней мере две призменные системы, установленные с возможностью соосного разворота, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности при фотометрических измерениях путем обеспеченияпостоянства коэффициента пропускания поляризованного света при развороте , первая призменная система снабжена фазосдвигающей пластинкой, толщина d , а также показатели преломления необыкновенного hg и обыкновенно о Пдлучей которой удовлетворяют соотношению Af vr, ,,со5су;л|б1пЧ-п,; . d( 2-;,2arct r; где -Л - длина волны падающего света; - порядковый номер отражающих граней первой призменной системы; N - общее число таких граней; (f; - угол между оптической осью шарнира и нормалью к i -ой отражающей грани; п,2; - относительный показатель преломления сред, которые разделяет i -я отражающая грань. 2. Оптический шарнир, содержапшй по крайней мере две призменные системы , установленные с возможностьюсоосного разворота, о т л.и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расши .рения функциональных возможностей и повышения точности при фотометрических измерениях путем обеспечения постоянства коэффициента пропускаСО ния поляризованного света при развороте , призмы первой системы выполс нены из материалов, показатели прелрмпенияп ,2; которых связаны с углами (f- соотнесением costji-is -riJ ; li .2:2apctrf -ir - vl i - порядковый номер отрагде жающих граней первой о призменной системы; N - общее число таких граней; Ср - угол между оптической осью шарнира и нормалью к i -и отражающей грани.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (ll) 3(51j G 02 В 17 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВ,Ф соей„з» q;-ь, .Е2агс1ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3609648/18-10 (22) 20 ° 06 ° 83 (46) 07.07.84. Бюл. 9 25 (72) Л.М.Сумин и В.Ф.Герасимов (53) 535.315 (088.8) (56) 1.Сакин И.Л. Инженерная оптика.

Л., Машиностроение, 1976, с 201-202.

2.Русинов М.М, Габаритные расчеты оптических систем. М., Геолтехиздат, 1963, с. 231-232, рис. 142 (прототип), » (54) ОПТИЧЕСКИЙ ШАРНИР (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1. Оптический шарнир, содержащий по крайней мере две призменные системы, установленные с возможностью соосного разворота, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей и повышения точности при фотометрических йэмерениях путем обеспечения. постоянства коэффициента пропускания поляризованного света при развороте, первая призменная система снабжена фазосдвигающей пластинкой, толщина d, а также показатели преломления необыкновенного П и обыкновенного н лучей которой удовлетворяют соотношению

l211 Г< с»»»; ю ц;-»*,», ("е "о1 -Е 2агct6

i.4 " 9Ю Ц; где Я вЂ” длина волны падающего света; — порядковый номер отражаю- щих граней первой призменной системы; — общее число таких гранейу ; — угол между оптической осью шарнира и нормалью к i -ой отражающей грани;

, ; — относительный показатель преломления сред, которые разделяет i -я отражающая грань.

2. Оптический шарнир, содержащий по крайней мере две призменные системы, установленные с возможностью соосного разворота, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности при фотометрических измерениях путем обеспечения постоянства коэффициента пропускания поляризованного света при развороте, призмы первой системы выполнены из материалов, показатели прелрмленияп, ;которых связаны с углами ; соотношением где i — порядковый номер отражающих граней первой призменной системы; — общее число таких граней; „ - угол между оптической осью шарнира и нормалью к 1 -й отражающей грани.

110П70

Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть использовано для измерения индикатрисы рассеяния в различных типах гониоспект-. рофотометров, а также .в .поляриметрах, эллипсометрах, сахариметрах для повншения точности измерений.

Известен оптический map@ay, содержащий две прямоугольные призмы, пер вая иэ которых установлена с воэмож, ностью соосного разворота отиоситель но второй flj

Недостатком такого шарнира является поворот изображения, возникающий при развороте первой призмы.

Наиболее близким к предлагаемым по технической сущности является оптический шарнир, содержащий по крайней мере две призменные системы, установленные с возможностью соосйого разворота. Первая призменная система включает поизми AP — 90 и БР— 180 о о причем вторая из них служит для йомпенсацша поворота изображения, обусловленного разворотом первой призмы вокруг оси, связывающей эти призмы.

Вторая,призменная система выполнена в виде призмы AP - 90 и составляет о неподвижное колено шарнира. Таким образом, поворот изображения в этом шарнире устранен j2)

Однако известный шарнир имеет узкие функциональные возможности, поскольку его нельзя применять для точных измерений s поляризованном свете в поляриметрах, фотометрах, гониоспектрофотометрах и других при.борах,где точность измерения снимается за счет дополнительных погрешностей, связанных с поляризацией измеряемого излучения, ввиду непостоянства коэффициента пропускания поляризованного света при развороте укаэанных оптических систем.

Цель изобретения - расвпц ение функциональных воэможностей и повышение точности при фотометрических измерениях путем обеспечения постоянства коэффициента пропускания поляризованного света при развороте.

По первому варианту поставленная цель достигается тем, что в оптическом шарнире, содержащем по крайней мере две призменные системы, установленные с возможностью соосного разворота, первая призменная система снабжена фазосдвигающей пластинкой, толщина 0, а также показатели пре-! ломления необыкновенного nq и обыкновенного по лучей. которой кдовлетворяют соотношению

cosy.Дд ц „.

4=1 з н q, (2) 25 где — порядковый номер отражающнх граней первой призменной системы;

ll — общее число таких граней; ; - угол между оптической осью шарнира и нормалью к i -й отражающей грани.

На фиг. 1 представлена оптическая схема первого варианта шарнира и состояние поляризации в его различных частях; на фиг. 2 - то же, для второго варианта шарнира.

Предлагаемый оптический шарнир по первому варианту состоит иэ последовательно расположенных фазосдвигающей пластинки 1, призмы 2

40 и призмы 3, составляющих первую оптическую систему, и из второй призменной система 4. При этом системы установлены с возможностью соосного разворота, а параметры пластинки 1

45 удовлетворяют соотношению (1)..

Фаэовая пластинка 1 может быть расположена также и после первой призмы 2 (на фиг. 1 показано пунктиром) .

Оптический шарнир работает следующим образом.

При направлении монохроматичес« кого линейно поляризованного света, амплитуды колебаний обыкновенного и необыкновенного лучей которого одинаковы, иа фазосдвнгающей пластинке 1 происходит сдвиг фазы, рассчитываемый в соответствии с левой частью уравнения (1). При прохождении света через призмы 2 и 3 на каждой из их

® отражающих граней также происходит сдвиг фаз, соответствующие слагаемьва суммы X, приведенной в правой . части соотношения (1). В случае выполнения этого соотношения суммарный сдвиг фаз в первой оптической н сояц;(вн ц;.m 1, (d(nq "о1 K c

- порядковый номер отражаю. щих граней первой приэ-. менной.системно

М -. общее число таких гранейа

q„ - угол между. оптической

5 осью шарнира и нормалью к 1 -й отражающей грани .- относительный показатель

12; преломления сред, которые разделяет -я отражающая

10 грань.

По второму варианту поставленная цель достигается тем, что в оптическом шарнире, содержащем по крайней мере две призменные системы, установ15 ленные с возможностью соосного раз« ворота, призмы первой системы samoaиены из материалов, показатели преломлениян,е;которых связаны с углами

@ соотношением

1101770

40 системе, составленной из элементов

1-3, равен и /2 и поэтому на выходе из нее линейно поляризованный свет превращается в циркулярно поляризованный, т.е. в шарнире реализуется оптическая развязка между системами.

Вторая оптическая, система 4 обеспечивает превращение света. с круглой. поляризацией,в свет с эллиптической поляризацией с любыми параметрами. эллипса поляризации. при этом появля- 10 ется возможность разворачивать этот эллипс иа любые углы вокруг оси вращения без изменения интенсивности.

Таким образом, первая оптическая система выполняет функции четверть- 15 волновой пластинки, благодаря чему удается обеспечить постоянство коэффициента процускания поляризованно- го света вне зависимости от углов разворота подвижного колена шарнира. 70

Пример. При выполнении призм

2 и 3 оптического шарнира из стекла с показателем преломления, равным

1, 5, и соответственно с величиной

Ilgwu ° 1 j 1,g О, 667 суммарный сдвиг 25 фаз ., возникающий при отражении от всех, трех граней этих призм с учетом выражения (1) и равенства, Я, 45, составит величину 108 24.

Таким образом, фазосдвигающая пластинка 1 должна иметь сдвиг фазы, Р Вный 18Î24I, но с отрицательн знаком, т.е. должна сдвигать фазу светового пучка в обратную сторону по отношению к сдвигам фаз призмениых элементов. Из соотношения (1) следует, что для этого при..работе, например, на длине волны h =-0,5461 мкм и при выполнении ластйнки 1 из слюды, для которой (пе - IIp) = 0,04191, ее толщина должна быть равна d: 1,33 мкм. При этом сдвиг фаз в сечении пучка на выходе из первой системы равен н 2, а сам пучок поляризован по кругу.

Кроме рассмотренного случая соз- 45 .дания оптической развязки в сечении оптического пучка между системами шарнира, можно найти такое же сечение между призмами 2 и 3,. Тогда призма 3 будет принадлежать второй оптической системе шарнира. В этом случае сдвиги фаз рассчитываются по формуле (l), но толщина фазосдвигающей пластинки 1 будет иной и соответственно сдвиг фазы пластинки 1 будет также другим.

Предлагаемый оптический шарнир по второму варианту состоит из последо,вательно расположенных призм 5 и 6, составляющих первую призменную систему, а также второй призменной системы 7.,При этом системы установлены с возможностью соосного разворота, а показатели преломления материалов призм 5 и б удовлетворяют выражению (2) . 65

Оптический шарнир работает следующим образом.

При последовательном отражении пучка монохроматического линейно поляризованного света от граней призм 5 и 6 первой системы он приобретает сдвиг фаз, соответствующий левой части уравнения (2j . В случае выполнения этого соотношения, т.е. соответствующего подбора мате- . риала призм, указанный сдвиг .равен .

3/2..При этом на .выходе из первой . призменной системы линейно поляризованный .свет превращается в:циркулярно поляризованный, т.е. в шарнире реализуется оптическая развязка, благодаря которой обеспечивается постоянство коэффициента пропускания поляризованного света вне зависимости от углов разворота систем.

Пример. При выполнении призм 5 и 6 оптического шарнира из одинакового материала сдвиг фаз при отражении от каждой из их граней с учетом выражения (2) и равенства ; = 45 составит величину 30 . Тогда с учетом тех же факторов имеет место равенство n ;= 0,677, .т,е. показатель преломления материала призм 5 и б должен быть равен "/, = 1,4771, Такой показатель преломления имеет стекло ЛК 10 1 ° Следовательно, при выполнении призм первой системы из этого стекла свет на ее выходе поляризуется по кругу.

Первый вариант предлагаемого технического решения целесообразно применять для модернизации существующих шарниров. Для того, чтобы получить круговую поляризацию в сечении светового пучка между оптическими системами, достаточно, не меняя конструкции шарнира, нанести на.переднюю поверхность первой призмы соответствующий слой, например, из слюды, работающий как фазосдвигающая пластинка.

Она может быть также заключена в оправу, которая, например, с помощью резьбового соединения соединяет- ся с оправой первого призменного элемента первой оптической системы.

Второй вариант предлагаемого технического решения целесообразно применять при изготовлении новых оптических систем.

Таким образбм, предлагаемый опти-е ческий шарнир в отличие от известных технических1 решений обеспечива» ет постоянство коэффициента пропускания поляризованного света при соосном развороте оптических систем и тем самым доводит точность при фотометрических измерениях до 0,5 + 0,1%, что позволяет расширить функциональ ные возможности шарнира и впервые .

1101770

Составитель В,Кравченко

Редактор Р.Цицика Техред M.1 åðãåëü . КорректорА. Власенко

Заказ 47б1/30..... Тираж . 497...............Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по.делам изобретений.и открытий

113035, Москва,.Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4 применить его в целом ряде приборов, таких как поляриметры, эллипсометры, сахариметры и другие, которые получили широкое распространение благодаря своей простоте и высокой производительности.