Призменная система прямого зрения

 

ПРИЗМЕННАЯ СИСТЕМА ПРЯМОГО ЗРЕНИЯ, состоящая из двух усеченных призм, разделенных воздушным промежутком , обличающаяся тем , что с целью сокращения габаритов оптических приборов в продольном направлении оптической оси при синхронном сканировании в двух взаимно перпендикулярных направлениях, усеченные призмы выполнены прямоугольными с прилегающими гипотенузными гранями и образуют прямоугольный параллелепипед , при этом большие катетные грани указанных призм расположены параллельно оптической оси, а высота Ъ и длина С прямоугольного параллелепипеда связаны соотношением Ь/С 0, , при , где t - предельный угол полного внутреннего отражения; 1 - максимальный угол наклона лучей к оптической оси. 00 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК ае (и) 3Ш С 02 В 5/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛМРЬГПФ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н автовснамм свид твъствм (21) 3441013/18-10 (22) 21.05.82 (46) 07.08.84. Бюл. Ф 29 (72) А.Л. Старков (71) Институт электроники АН Белорусской CCP (53) 535.315(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР .

Ф 38398, кл. G 02 В 5/04, 11.11.33.

2. Справочник конструктора оптико-механических приборов. Под ред..

В.А.Панова. Л., "Машиностроение", 1980, с.169 (прототип). (54) (57) ПРИЗМЕННАЯ СИСТЕМА ПРЯМОГО

ЗРЕНИЯ, состоящая из.двух усеченных призм, разделенных воздушным промежутком, отличающаяся тем, что с целью сокращения габаритов оптических приборов в продольном направлении оптической оси при синхронном сканировании в двух взаимно перпендикулярных направлениях, усеченные призмы выполнены прямоугольными с прилегающими гипотенузными гранями и образуют прямоугольный парал,лелепипед, при этом большие катетные грани указанных призм расположены параллельно оптической оси, а . высота Ъ и длина С прямоугольного параллелепипеда связаны соотношением Ь/С = 0,51®2 о{., при

+1 2 <2i где i — предельный угол полного внут-Я

hl реннего стра кения, — максимальный угол наклона лучей к оптической оси.

110 ЮВЗ

Изобретение относится к оптическому приборостроению.

В современных оптических приборах, в связи с возросшей автоматизацией измерения и контроля. широко используются призмы прямого зрения для сканирования изображения, компенсации, а также придания прибору компактного и удобного вида.

Известна призма прямого зрения, 10 состоящая из трех склеенных призм, две из которых выполнены прямоугольными с одним из углов .в 30о(1 ).

Однако данная призма имеет большие продольные размеры и сложна по 15 конструкции.

Наиболее близкой по техническои сущности является призменная система прямого зрения состоящая из двух усе" ченных призм, разделенных воздушным 20 промежутком(2 ).

Однако известная призма обладает сложной конструкцией, так как состоит иэ двух разных и сложных призм, а также незначительно сокращает про- 25

Ъольную ось оптического прибора.

Кроме того, призмы с нечетным числом отражающих поверхностей, используемые в качестве компенсаторов или сканаторов, создают наклон изоб- 30 ражения в плоскости анализа, что приводит к снижению его качества.

Цель изобретения — сокращение габаритов оптических приборов в продольном направлении оптической оси при синхронном сканировании в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

1 +1 (2d 421

Поставленная цель достигается тем,40 что н призменной системе прямого зрения, состоящей из двух усеченных призм, разделенных воздушным промежутком, усеченные призмы выполнены прямоугольными с прилегающими гипотенузными гранями, образуют прямоугольный параллелепипед, при этом большие катетные грани указанных призм расположены параллельно оптической оси, а высота Ь и длина С прямоугольного параллелепипеда связаны соотношением 5 jC = 0,5(g 2d, р при г + 1 < 2с 421„,, г г

2 где

C sin otter d

2СОз 2()(. (4) 55

Геометрические размеры 1 и С легко определяются также графическим способом путем построения осевого где — предельный угол полного внутреннего отражения; — максимальный угол наклона лучей к оптической оси.

На фиг .1 показана конструкция призменной системы прямого зрения, на фиг.2 — составная прямоугольная усеченная призма.

Призменная система прямого зрения состоит из прямоугольных усеченных призм 1 и 2, разделенных воздушным промежутком, образующих прямоугольный параллелепипед АВСп, Средние грани АЦ и ВС при необходимости, могут быть выполнены с зеркальным покрытием. Высота h и длина С выбраны таким образом, что соблюдается условие

fl f C = o 5 t v 2 d. (11 и Я может принимать значения в пределах где 1 — предельный угол полного внутреннего отражения, — максимальный угол наклона лучей к оптической оси.

Левая часть неравенства i +j

ttl „ ограничивает углы падения лучей на входную и выходную грани от выхода, а правая часть 21„, — от преломления на гипотенузной грани. Укаэанное неравенство и формула(1) являются условием прохождения лучей в призме.

Геометрические размеры .Ъ и С с1пределяются путем расчета хода лучей цилиндрического пучка, у которого крайний луч А2ЕВ„D проходит через точку 0„ без виньетирования, а затем хода конического пучка D лучей с углом конуса лучей 2со

В результате геометрического расчета получим длину С и высоту Ь прямоугольного параллелепипеда

С Э Cte С (2)

ЯК+ и) 1 соэ 2сС м — половина угла конического пучка лучей после преломления, а также величину сре за составной прямоугольной призмы

1107083

2t где P =(+С+ — ——

cos 2

Тогда

icos 2d и крайнего лучей после отражения от гипотенузной и средней граней, при этом осевой луч должен упастЬ в центр выходной грани, а крайний— на линию пересечения гипотенуэной и выходных граней в точку D

Призменная система прямого зрения работает следующим образом.

На фиг.1 показан ход осевого луча в призме и ход наклонных крайних лучей конического пучка только до гипотенузной грани. Осевой луч падает перпендикулярно на середину входной грани АВ в точку ol и идет до гипотенузной грани, где в точке 6 претерпевает полное внутреннее отражение. Далее луч последовательно отражается от граней призмы в точках

5, ъ, д,е, ot, a и возвращается в точку 3, где в равнивается H выходит 20 в точке ъ перпендикулярно выходной грани CD. Наклонные лучи идут симметрично осевому лучу. Крайний нижний луч преломления на входной грани в точке А (фиг.2), отражается от гипотенузной грани А D, затем от

»» нижней грани AD и выходит в точке Р.1 бен виньетирования. Далее последова-, тельно отражается от граней йризмы аналогично осевому лучу и выходит преломившись на грани CD. На стыке гипотенузных граней между точками и с, д и е, o и М лучи преломляются на гипотенуэных гранях, так как углы падения значительно 35 меньше предельного угла полного внутреннего отражения.

Такая конструкция призиенной системы прямого зрения, состоящей из двух одинаковых прямоугольных усеченных призм, увеличивает длину хода луча в призме путем двойного использования каждой грани. Грани АВ и CD являются ОднОвременнО прелОиляющими и отражающими, гипотенузные грани— трижды преломляющими и один раз отражающими грани AD и ВС вЂ” дваждыотражающими. Поэтому длина хода луча в системе значительно увеличивается, что увеличиет продольное сокращение Оси оптического прибора. Сокращение и равно разности геометрического сокращения минус продольное смещение изображения, т.е.

-геометрический ход осевого луча от точки 6 до точки з полный ход осевого луча в системе. при л= 1,5 и eL= 22 30 Ь = 1,52 С.

Например, при о. = 22,30, h = 1,5 конструктивные параметры призменной системы следующие; длина С= высота 5 = О,SC; величина среза rn = --0,04С, длина хода луча в системе 1 = 3,8С; сокращение h 1,52С.

Так как при o(. = 22 30 и ь 1»5 осевой луч падает на внешние грани под углом 45» а наклонные лучи могут

0 доходить до 41 (предельный угол полного внутреннего отражения)» то призменную систему можно выполнить без зеркальных покрытий. Иногда выгодно выполнить призменную систему в форме куба, т.е. когда С =Ъ, тог да из формулы (1.) о = 32 . У такой системы грани призм, параллельные оптической оси, следует выполнить с зеркальным покрытием.

Пример. В качестве материала составных призм выбирается стекло

К8 C=1,5163, d = 22ь30» а диаметр входного конического пучка равен

24 мм с углом конуса 2w-- 5. Половив на угла конического пучка лучей посI ле преломления и> = = 1 40 .

Ь

Конструктивные параметры данной системы:длина С=68 мм, h = 34 мм, величина среза т = 2,7 ми, длина хода лучей в призме (= 258,4 мм, продольное сокращение в = 103,4 мм.

Таким образом, ход лучей в предлагаемой системе, продольное сокращение и чувствительность к заклонаи по сравнению с известными более чем в два раза больше. Благодаря повышенной чувствительности предлагаемая система позволяет повысить точность измерения. Особенность ее в сравнении с известными еще и в тои, что она может работать (например, при ь(.= ь

22 30 ) одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях, т.е. смещать один пучок с повышенной чувствительностью,а другой — в Р/и раз меньшей, что расширяет ее функциональные возможности.

Благодаря небольшим поперечным размерам и значительному продольному

1107083

Составитель И.Осташенко

ТехРед M.Кузь,а Корректор Н.Бонкало

Редактор А. Козориз

Заказ 5754/32 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. Ужгород, ул. Проектная, 4 сокращению оси прибора, предлагаемая система позволяет уменьшить габариты оптического прибора в целом, снизить его вес и сделать компактным. Так как во многих современных 5 оптических устройствах, предназначенных для автоматического измеренйя н контроля размеров, используются лазерные источники света, то хроматические аберрации отсутствуют.

Благрдаря большому ходу лучей в стекле предлагаемая призменная система найдет широкое применение в качестве эффективного малогабаритного компенсатора ипи сканатора. Высокая 15 чувствительность к заклонам позволит использовать ее также в оптических датчиках угловых перемещений.

Призменная система разворачивается в плоскопараллельную пластинку, имеет четное число отражений, дает прямое изображение и работает в параллельных и сходящихся пучках.

Кроме этого, ее наклоны не вызывают наклоны изображения, а смещают изображение параллельно самому себе в плоскости анализа. Предлагаемая призменная система прямого зрения позволяет также экономить оптическое стекло почти в четыре раза.