Теневое автоколлимационное устройство

 

па ген НО т,, н ° чеонал

Ы» и hl9 A

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик 11 673956 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 13.06.7? (21) 2497347/18-10 (51) М. Кле.

G 02 В 27/30 с присоединением заявки №вЂ”

1 (23) ПриоритеФ вЂ”1

Опубликовано 15.07.79. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 25.07.79

Гааударственный квинтет

ССС9 по делам изобретений н открытий (53) УДК 535.885..5 (088.8) А. П. Копылов, А. Н. Королев, Э. И. Красовкий

1 и Б. В. Наумов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) TEHFBOE АВТОКОЛЛИМАЦИОННОЕ УСТРОИСТВО

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 >S 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 автоколлимационное зеркало, жестко связанное с первым, причем край второго автоколлимационного зеркала размещен 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 те не ного а вт околл им ацион ного устройства.

Источник света 1 расположен на оптической оси От 0 конденсора 2. В сопряженной источнику плоскости находится световая диафрагма 3, выполненная в виде отверстия в плоском зеркальнои слое. Центр отверстия находится в фокальной плоскости объектива 4. Зеркальный слой с указанным отверстием играет также роль теневой диафрагмы.

Нормаль к плоскому зеркальному слою све673956 товой диафрагмы 3 составляет с оптической осью конденсора 2 угол р.

Оптические оси конденсора 2 и объектива 4 пересекаются в центре объектива 4 и составляют между собой малый уголь .

За объективом 4 перпендикулярно его оптической оси 00 находятся два автоколлимационных 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 0 0р проходит через центр отверстия световой диафрагмы и составляет с осью 00 угол 2q.

Плоскость 10, где наблюдается теневая картина, сопряжена через объективы 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, прошсдший через объектив 4 и рабочий объем, ограниченный защитными стеклами 7, падает при отсутствии неоднородностей в раичем объеме на зеркало 5 под углом 1 и, отразившись от него под углом р, 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 перекрыта вторым автоколлимационныM 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 коллимациопного объектива.

Так как зеркало 8 находится в фокальной плоскости объектива 4, то рассматриваемый луч света упадет на зеркало 6 под углом, если зеркало 6 параллельно зеркалу 5, и отразится от зеркала 6 .по тому же направлению, которое он имел при падении ча 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 колли маторного объектива, через которую

1I3

29

36

46 а5

50 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 к 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 образуются в этом случас (при параллельности зеркал 5 и 6) два налагэющихся друг на друга изображения световой диафрагмы.

В приведенном выше описании хода лучей нс 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 параметров, 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 световой 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 чувств ительности. 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

673956

Формула изобретения воздействий, является тем условием, которое обеспечивает стабильность режима работы (настройки) и является предпосылкой для реализации прибора с детерминированными параметрами, что означает осуществление цели изобретения, 3а счет аберационного размытия и смещения обоих изображений световой диафрагмы относительно ее отверстия при юстировке путем образования определе нного угла между автоколлимационными зеркалами часть лучей от указанных изображений попадет на зеркальное покрытие диафрагмы

3 и образует после прохождения объектива 9 в плоскости 10 равномерную фоновую засветку. Каждый из двух рассмотренных пучков засвечивает свою часть (12, 13> поля изображения теневой картины на плоскости 10, которая сопряжена с плоскостью, находящейся в рабочем объеме, через объективы 4 и 9.

При появлении в рабочем объеме оптической неоднородности ее изображение образуется на плоскости 10 на фоне указанной постоянной засветки в симметричных относительно оси 0 0 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 0 0 изображений.

В большинстве 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 выше 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 автокол.лимационного зеркала и пересекает ось 0 01.

4S зю

3О

4О

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

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.

1. Теневое автоколлимационное устройство, состоящее из коллиматорной части со световой диафрагмой и осветителем, 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 чувствительности и пространственно-временных искажений при регистрации теневых картин исследуемого роцесса, 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 коллиматорного объектива.

2. Устройство по и. 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

М 201720, кл. G 02 В 27/30, 1966.

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

6,7ффЬ

Ф,у

Вид А

Составитель В. Белоусов

Редактор Л. Бибер Техред О. Луговая Корректор Е. Лукач

Заказ 4069/42 Тираж 587 Подписное

ЦН И ИП И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4