Концентрирующая оптическая система

 

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1!) ЗС5В 0 02 В 27/40 л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3545942/18-10 (22) 02.02.83 (46) 30.04.84. Бюл. 9 16 (72) Л.Н.Федоров (53) 535.8 (088.8) (56) 1.Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. N,,Советское радио", 1980, с. 104 °

2.Варанов В.К. Фоконы и фоклины в качестве концентраторов излучения протяженных объектов. -"Оптико-механическая промышленность". 1977, 9 2, с. 6-9 (прототип). (54)(57) 1. КОНЦЕНТРИРУЮЩАЯ ОПТИЧЕС» .

KAH CHCTENA содержащая оптически прозрачный элемент, входная поверхность которого больше вЫходной поверхности, приьыкающей к приемнику излучения и имеющей равные с его чувствительной площадкой размеры, а боковая поверхность выполнена зер» кально отражающей, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения концентрации энергии на приемни- . ке,в нее введен второй элемент, выполненйый из оптически прозрачного материала н размещенный, внутри первого элемента, который .выполнен пустотелым, с воздушным зазором между боковыми поверхностями этих эле» ментов, причем их входные и выходные поверхностей соответственно совмещены друг с другом, размеры входных поверхностей равны между собой, а размеры выходной поверхности второго элемента,.которая находится в оптическом контакте с поверхностью приемника излучения, меньше размеров выходной поверхности первого элемента.

2. Оптическая система rio n.1, о т л и ч а ю щ а а я с я тем, что второй элемент контактирует с приемником через сферическую линзу, а входная поверхность этого элемента выполнена сферической, причем фюкус этой поверхности совмещен с чувствительной площадкой приемника излу FÔ чения.

1089540

Изобретение относится к оптическо му приборостроению и может быть использовано в малогабаритных фотометрах и других устройствах, где необходимо сконцентрировать излучение от протяженного источника.

Известна контактирующая оптическая система выполненная в виде линзового объектива и приемника излучения, установленного в его фокусе (1) 30

Недостатком такой системы является ее малое поле зрения.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является концентрирующая оптическая система, содержащая оптически прозрачный элемент, входная поверхность которого больше выходной поверхности, примыкающей к приемнику излучения и имеющей равные с его чувствительной площадкой размеры, а боковая поверхность выполнена зеркально отражающей. В этой системе укаэанный элемент выполнен иэ оптически прозрачного материала, например стекла, При этом его бо- 5 ковая поверхность в одном случае образована вращением участка (параболоторический фокон), а в другом - поступательным перемещением этого участ ка и его зеркального отражения (параболоцилиндрический фоклин) (21

Входная угловая апертура фоконов и фоклинов выше чем у линцовых объективов. Однако и у этих элементов поле зрения ограничено из-за наличия большой группы лучей, отражаеиых обратно и, следовательно, не попадающих на приемник . Ограниченная концентрация энергии на приемнике является недостатком рассмотренной системы. 40

Цель изобретения — повышение концентрации энергии на приемнике.

Поставленная цель достигается тем, что в концентрирующую оптическую "систему, содержащую оптически 45 прозрачный элемент, входная поверхность которого больше выходной поверхности, примыкающей к приемнику излучения и имеющей равные с его чувствительнОй плОщадкОй размеры а бО 50 ковая поверхность выполнена зеркально отражающей, введен второй элемент, выполненный из оптически прозрачного материала и размещенный внутри первого элемента, который выполнен пустотелым, с воздушным зазором между боковыми поверхностями этих элементов, причем их входные и выходные поверхности соответственно совмещены друг с другом, размеры входных поверхностей равны между собой, а 60 размеры выходной поверхности второго элемента, которая находится -в оптическом контакте ..с поверхностью приемника излучения, меньше размеров выходной иоверхйости первого элемента. 65

Второй элемент контактирует с приемником через сферическую линзу, а входная поверхность этого элемента выполнена сферической, причем Фокус этой поверхности совмещен с чувствительной площадкой приемника излучения.

На чертеже предотавлена оптическая схема предлагаемой системы и ход лучей в ней.

Концентрирующая .оптическая система включает пустотелый элемент 1, входная поверхность которого больше выходной поверхности, примыкающей к приемнику 2 излучения и имеющей равные с его чувствительной площад-. кой размеры, а боковая поверхность Э, выполнена зеркально отражающей. Внутри элемента 1 размещен элемент 4, выполненный нз оптически прозрачного материала, например стекла. Входные и выходные поверхности элементов 1 и 4, соответственно, совмещены друг с другом, размеры входных поверхностей равны между собой, а размеры вы! ходной поверхности элемента 4, которая находится в оптическом контакте с поверхностью приемника 2, меньше размеров выходной поверхности элемента 1. При этом между боковыми поверхностями 3 и 5, элементов 1 и 4 соответственно имеет место воздушный зазор б. В простейшем случае при круглой .форме приемника 2 элементы 1 и 4 могут быть выполнены в форме усеченных конусов (элемент 4 и в форме конуса), что показано на чертеже. Для повышения концентрации энергии в центре приемника 2 может быть установлена сферическая линза 7, находящаяся в оптическом контакте с поверхностью приемника 2 и выходной поверхностью элемента 4. Входная поверхность этого элемента выполняется плоской при работе с большими углами приема и сферической при уменьшении этих углов. В последнем случае фокус сферической поверхности совмещен с чувствительной площадкой прйемника 2.

Предлагаемая система функционирует следующим образом.

Боковая поверхность 5 элемента 4 работает как.отражающая, за счет полного внутреннего отражения при большйх углах, падения, и как преломляющая при углах падения меньше кри,тического. Преломленные лучи попадают на приемник непосредственно через воздушный промежуток б или после отражения от зеркального отражателя 1. После каждого отражения от боковой поверхности 5 угол падения уменьшается. За счет полного внутреннего отражения лучи с малым углом падения могут достигнуть критического угла при втором отражении (луч 8).

При дальнейшем увеличении угла приеД

1089540 4

3 ма угол падения лучей на боковую поверхность 5 уменьшается к может достигнуть критического. Если угол па дения на боковую поверхность 5 будет. меньше критического, луч 9 преломляется, проходит через воздушный проме-. .жуток б и после отражения от зеркального покрытия 3 попадает на приемник 2. При установке линзы 7 луч 9 после преломления приближается к центру приемника 2. Если линза 7 выполнена в виде полусферы, то все лу-. чи, направленные к центру полусферы, проходят через нее без преломпения,а все другие лучи преломляются, прибли. жаясь к центру полусферы.

Из рассмотрения луча 9 видно, что благодаря введению воздушного промежутка 6 угол падения лучей на поверхность 3 значительно больше, чем на поверхность 5. Следовательно, на столько же можно увеличить угол ,приема. Кроме того, после преломления луч приближается к приемнику 2 и, следовательно, при прочих равных

5 условиях можно увеличить длину элементов 1 и 4 и при том же диаметре

:приемника 2 увеличить их входной диаметр. Следует отметить также,что эа счет введения воздушного промежут10 ка 6 увеличивается число лучей, попадающих на приемник 2 за счет полного внутреннего отражения, что снижает потери на отражение.

Таким образом, использование изоб. ретения позволит более чем в два раза повысить концентрацию энергии на приемнике по сравнению с базовым объектом-прототипом..

ВНИИПИ Заказ 2930/44 .

Тираж 497 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород,ул.Проектная,4