Оптическая система теневого прибора для исследования неоднородностей в прозрачных средах

 

Изобретение относится к оптическим системам теневых и интерференционных приборов для исследования неоднородностей в прозрачных газообразных жидких и твердых средах. С целью получения высокого качества изображения при использовании широкоапертурногоисточника света в объективах однократной оборачивающей системы, содержащих сферическое и двухлинзовый афокальный компенсатор, положительная линза компенсатора выполнена выпукловогнутсй, выпуклость обращена в сторону сферического зеркала. отношение выпуклого и вогнутого радиусов положительной линзы (Нвы /Квогч) не более 0,05. отношение смежных радиусов отрицательной и положительной л«нз (RC-VH отр/Квып) не более 3,5 при огчсшении заднего фокусного смоезка объектива к е О фокусному расстоянию (S р т )не более 0,1, при этом изменение оказанных отношений подчиняется эмпирическому закону

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s С 01 N 21/45

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ I ЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 4665847/25 (22) 26.01.89 (46) 30.11.91, Бюл. N 44 (72) И, А, Камалов, В.А. Комиссарук, В, С. Смирнов и В, П. Тогулев (53) 535.242(088.8) (56) Патент США ¹ 2968209. кл. 88 — 14, опублик. 1961, Авторское свидетельство СССР

N 640227, кл. 6 02 В 17/08, 1971, (54) ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТЕНЕВОГО

ПРИБОРА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В ПРОЗРАЧНЫХ СРЕДАХ (57) Изобретение относится к оптическим системам теневых и интерференционных приборов для исследования неоднородностей в прозрачных газообразных жидких и твердых средах. С целью получения высокоИзобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптическим системам для теневых и интерференционных приборов, предназначенных для исследования неоднородностей в прозрачных газообразных, жидких и твердых средах.

Цель изобретения — повышение точности исследования за счет обеспечения высокого качества изображения слабых неоднородностей исследуемых прозрачных сред прИ широком источнике света путем коррекции в зеркально-линзовом объективе сферической аберрации третьего и более высоких порядков и астигматизма.

На чертеже изображена оптическая система интерференционно-теневого прибора.,.,5Ц „„1695185 Al го качества изображения при использовании широкоапертурного источника сае.а в объективах однократной оборачивающей системы, содержащих сферическое зеркало и двухлинзовый афокальный компенсатор, положительная линза компенсатора выполнена выпукловогнутой, выпуклость обращена в сторону сферического зеркала, отношение выпуклого и вогнутого радиус0В положительной линзы (Retie/Ben;к) не более 0,05. отношение смежных радиусов отрицательной и положитeëüíîé -линз (Бвлгн.отр/завыл.) не более 3,5,ри отношении заднего фокусного отрезка объектива к o .о фокусному расстоянию l S F /T не более 0,1, при зтом изменение оказанных отношений подчиняется эмпирическому закону

8 Р вогл

Система состоит из входной щели 1, плоских поворотных зеркал 2, зеркальнолинзового объектива, включающего афокальный компенсатор 3 и сферическое зеркало 4. второго объектива, включающего афокальный компенсатор 5 и сферическое зеркало 6, установленного навстречу первому, и нег;розрачной диафрагмы 7, Исследуемая прозрачная среда обозначена позицией 8, Устройство работает следующим образом, Пучки лучей,от входной щели 1 афокальным компенсатором 3 и сферическим зеркалом 4 коллимиру|отся и направляются на исследуемую прозрачную среду 8. Афокальный компенсатор 5 и сферическое зеркало 6 собирают коллимированные и рассеянные

1695185 ( (1-!а неоднородностях пучки лучей в плоскоСти непрозрачной диафраГмы 7, Оптическая сист8ма 2 6 стрОит Однократн08 иэображение входной щели 1 в плоскости непрозрач. )О!! диафрагмы 7, При Отсутствии нео-;l!Ородно(,те!= в среде 8.получают Одно

Изображение входной щели, свободное от сферической аберраоии и комы третьего по. ядка и более Высоких порядков и астигмаизмс. тоетьеГО порядка В силgj ТОГО, что

;а>кд!ь!Й из верка.!ь,!о-линзовых объективов

ОРРИГ .РОВВН В OГНОШЕНИИ СфЕРИЧЕСКОй беррации и эстигматиэма, а отсугствие коPibI обеспечивается.!ем, что оптическая сис-! гема симметрична, так кэк указанные

Об век г!,.;!>ы уст ан(-вле;-f> l навствечу ppói доуг, Да -:;!08 Об.. Гп !т:."i, ство поэвол;l8T значительH0:, Величи-;.,i!соту входной щели, сохраняя Г!ри этом высокое качество изо. бражения, тем самым ОбеспечиВая Воэмож !Ость использования источника света с большим светящим"я телом (" широкиЙ ис-!

Гочник света "J, что расширяет Возмо>кности

1!Сследования прозрачных сред, например, Допуская фотографирование быстропротеМа!Ощих процессов и т.п

Пр!! !!аличии в прозрачной среде неоднородностей В плоскости непрозрачной диафраГмы / квжд.- >sf iiеоднородность строит СВОЯ иэоб!>ажение ВхОДВОЙ шели !, их смещени-.; 1-.т основного изображения и!ропорцио IG;ibHO величине отклонения свеТОВЫХ Лjj×8É HB НВОДНОООДНОСТИ. ДОПОЛНИ! "-» ные изображения входной щели свободны от сферической аберрации и астигматизма, но вследствие нарушения сим ие, рии оптической сист8мы имеет слабую кому. Однако качество изобра>кенля сстае.;cs! более Высоким по сравнени!о:"

ИЭВВС ГН Ы К1.

На Основе Данной оптическоЙ системс! разрабатbi ва;о гс" интерференционно-теневые приборы NA1=.-463, ИАБ-466, ИАБ-467

ИАБ — 468 и "Поток". г! Окусные расстояния

Объективо В соответствен но равны 1 840, .000, 3200, 1000 и 1I000 мм при относительном отверстии 1. 2. Для получения эмпирическбй за=»;.cëìocòè были проведены специальные исследования изменения качоства w806PB:i(8Hws3 Ог!ти IBGKQA cNcTBMbl B зависимости от формы положительной линзы и,:..!:лины объектива, Выбор соотношений не более : и ДруГих, укаэанных В $0pM!/ и!е изобретения. сделан на основе сравнения МНОГих Ваоиантов, В KQTÎpblx В каждом объективе, состояшем иэ Вогнутого сфери !ескОГО зеркала 4 и дэухлинзОВОГО афокаль;!0Fo ко!:!Пенсатора, в области аберраций трет;38ГО порядка скорригированны астигмати-i ". .:. :сфери«еская аб ррация, Отличия

1 вариантов — в различной степени коррекции сферической аберрации высших порядков.

При коррекции аберраций определены от ношения радиусов кривизны поверхностей

5 положительной линзы компенсатора и смежной вогнутой поверхности отрицательной линзы, причем именно эти отношения оказались существенными для получения оптимальной коррекции. Кроме того, при

10 различных отношениях заднего фокусного отрезка к фокусному расстоянию объектива

S F /f соотношения радиусов также оказались различными, Изменение отношения

S F /frCÂÿÇàHO С ИЭМЕНЕНИЕМ ОтНОШЕНИй

1 > радиусов кривизны Rsbfrf/Йво,H эмпирической зависимостью. Величина фокусного расстояния объектива 1840 мм, величина заднего фокусного отреза 167,5 мм. Отношение указанных величин 1675/1840<0,1. Отношение Йвып/Йвогн. Положйтельной линзы компенсатора равно 121,34/5445< 0,05. О» ношение радиуса вогнутой поверхности отрицательной линзы компенсатора и смежного с ним радиуса выпуклой поверхности положительной линзы равно 420,7/121,34< 3,5.

Для пояснения приводим реальные значения отношений радиусов для приборов

ИАБ — 463 и ИАБ — 466.

Для прибора ИАБ-463 при отношении заднего фокусного расстояния зеркально-линзового обьектива к его фокусному . расстоя ни ю S F /т=167,81/1849=0,091<0,1 Отношение Йв !и/Йво,н=-121,34/5445 Ч),022< 0,05,, Йвогн.отр/Йвып.=420, //121,34=3,467<3.5.

Для прибора ИАБ-466, у которого отношение S F /f=139,81/997,724==-0,14, отношения указанных радиусов равны

Йвып /Rf;ore,=98,28/3071,53=0,032, Йвогн.отр/Йвып.=226,41/ 98,28=2,304.

Изменение отношений радиусов при изменении отношения S F /r, равном 0,049, 1 имеют значения RBbf!f/R -orf!-0,01: Йзогн.orp /

Йввп= 1,163. ИзменениЯ отношений беРУтсЯ по абсолютной величине, ДействитеrlbHO, вычисленные изменения отношений подчиняются эмпирическому эако!-,: !

0,049 — 20 0,0 I+0.2 1,163=-0,0!81 ==0

Выполнение условий, указаннь!х э изобретении, гарантирует получение конструкции оборачивающей системы, обладающей минимально Возможными аберра!!ия! и.

Сравнение волновых аберраций для основного цвета показывает преимуществО предложенной опти еской системы по сравнени!О с изВестной с учетом того, что

1695185 хорошее качество изображения получают при волновых аберрациях в точке на оси, не превышающих 0,25.

Составитель Н, Стукова.

Редактор М, Келемеш Техред М.Моргентал Корректор Т. Палий

Заказ 4157 Тираж Подписное

ВНЙИПИ I ссударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Оптическая система теневого прибора для исследования неоднородностей в прозрачных средах, содержащая последовательно расположенные вдоль оптической оси входную щель, два однотипных объектива, установленных навстречу друг другу, и диафрагму, каждый обьектив содержит сферическое зеркало и двухлинзовый афокальный компенсатор„, включающий двояковогнутую отрицательйую и положительную линзы, выполненные из материала с одинаковым показателем преломления, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности исследования слабых неоднородностей в прозрачных средах с широкоапертурным источником излучения, положительная линза компенсатора выпол5 нена выпукловогнутой, обращена выпуклостью к сферическому зеркалу, при этом отношение заднего фокусного отрезка обь-, ектива к его фокусному расстоянию Я г /f не более 0,1 отношение выпуклого и вогну10 того радиусов положительной линзы

Rs

I p 5 F y 2p y (RBblfl ) p 2g RBOfH OTp

f Ввогн Рвып