Перестраиваемая оптическая система

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (50 G 02 В 3/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3527983/18-10 (22) 27.12.82 (46) 30.08.84. Бюл. 9 32 (72) И.К.Мешковский (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени институт точной. механики и оптики (53) 535.816(088.8) (56) 1. Адаптивная оптика. Сб.статей.

М., "Мир", 1980. с. 119-121.

2. Патент США Р 3486808, кл. 350175,- опублик. 1969 (прототип). (54 ) (57 ) 1. GEPECTPAHBAEMAH ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, содержащая по меньшей мере один оптический элемент и устрой1 .ство изменения его показателя преломления, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения обратиnsSUnu A мости изменения фокусного расстояния, оптический элемент установлен в введенный полый герметичный корпус с прозрачными окнами для прохождения излучения и выполнен из пористого материала с размером пор по крайней мере на порядок меньше длины волны излучения рабочего диапазона, а уст ройство изменения показателя преломления выполнено в виде регулятора . концентрации паров жидкости в поло сти корпуса.

2. Система по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что регулятор концентрации паров жидкости выполнен в виде а

Я пластины из адсорбирующего материала с управляемым электрическим нагревателем.

1111124 ны волны излучения рабочего диапазона (оптический диапазон видимого спектра 4000-7000-Х). Пористое стек-ло получено по известной технологии путем выщелачивания натрий-бор-силикатной основы с образованием пористой матрицы, содержащей до 9598 нес.Ъ 610 . Суммарный объем пор в таком стекле составляет примерно

25-30%.

Линза 1 размещена в полом герметичном металлическом корпусе 2 с окнами 3 и 4 для прохождения излучения, выполненными н виде плоскопараллельных пластин из оптического стекла.

5 В полость 5 корпуса 2 введены пары жидкости (бензол, вода и др.) .

Устройство управления образовано регулятором концентрации паров жидкости, который выполнен в ниде разме=

20 щенной н полости 5 корпуса 2 пластины нз адсорбента 6 (цеолит или др.), установленной на электрическом нагревателе 7.

Нагренатель 7 управляется блоком управления 8, который снабжен датчиком 9 давления паров жидкости, вве.. денным в полость 5 корпуса 2. Количество жидкости, введенной в полость 5 корпуса 2, выбрано равным сорбционной емкости адсорбента 6 при комнатной.температуре.

Описанный объектив работает следующим образом.

При нулевой концентрации паров жидкости в пОлости 5 корпуса 2 поры линзы 1 заполнены только воздухом и ее эквивалентный показатель преломления (исходный)аз равен 1,35.

Фокусное расстояние F однолинзового объектива определяется по формуле:

0, йэОбретение относится к оптике, а именно к перестраинаемой оптической системе, которая может быть испольэонана при построении устройств,, в которых по меньшей мере одна из оптических характеристик является перестраиваемой величиной, например для объективов с изменяющимся фокусным расстоянием.

Известна перестраиваемая оптическая система, используемая в адаптив- 1 ной оптике, преимущественно в телескопак, содержащая оптический элемент — зеркало в виде тонкой мембраны и множество подвижных элементов

Хнапример пьезоэлектрических), о6еспечивающих возможность локального изменения кривизны зеркала (:11.

Недостатком этой системы является сложность конструкции из-эа множества подвижных элементов, обеспечивающих изменение (перестройку) геометрии зеркала.

Известна перестраиваемая оптическая система, содержащая по меныаей мере один оптический элемент и устройство изменения его показателя преломления (2J.

Недостатком этой системы является необратимость изменения показателя преломления, так как введенные и стекло ионы металла нельзя управляемо вывести.

Целью изобретения является обеспечение обратимости изменения фокусного расстояния.

Указанная цель достигается тем

I что в перестраиваемой оптической системе, содержащей по меньшей мере один оптический элемент и устройство изменения его показателя преломления, оптический элемент установлен в вне- 4 денный полый герметичный корпус с прозрачными окнами для прохождения

1 излучения и выполнен из пористого материала с размером пор по крайней . мере на порядок меньше длины волны 45 излучения рабочего диапазона, а устройство изменения показателя преломления выполнено в виде регулятора концентрации гаров жидкости в полости корпуса. 50

Кроме того, регулятор концентрации парфв жидкости выполнен в виде пластины из адсорбирующего материала, с управляемым электрическим нагревателем.

На чертеже изображен объектив с переменным. фокусным расстоянием.Берестраинаемая оптическая система - объектив с переменнйм фокусным расстоянием, содержит один оптический60 элемент — симметричную двояковыпуклую линзу 1, ныполненную иэ монодисперсного пористого стекла с размером пор (максимум распределения размеров), 400 А, что в 10-17,5 раз меньше дли- 65 где «,

ДлЯ линзы с Й = г = 200 мм фокусное рассстояние .объектива составляет

285,7 мм.

При подаче напряжения от блока управления 8 на нагреватель 7 повышается температура адсорбента 6, адсорбированная в нем жидкость (бензол, вода и др.) постепенно освобождается. В результате повышается концентрация паров жидкости в полости 5 корпуса 2. Пары жидкости диффундируют в поры линзы 1,изменяя ее показатель преломления.

При полном вытеснении воздуха жидкостью из пор линзы 1 ее показатель преломления определяется системой стекло-жидкость и составляет для бензола у = 1,477.

1111124

Составитель В;Кенсояи

Редактор М.Недолуженко ТехредЛ.Микеш Корректор М.Максимилишинец

Заказ 6306/37 Тираж 496 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная ., 4

Соответственно изменяется (уменьшается1 фскусное расстояние объектива, составляющее при адсорбции в порах линзы 1. воды = 230 мм, а при адсорбцни бензола F = 210 мм.

Точной регулировкой температуры адсорбента 6 можно с высокой точностью установить любые промежуточные значения фокусного расстояния описанного объектива.

Регулируя концентрацию паров жидкости в полости корпуса, можно в широких пределах менять соотношение содержания воздуха и жидкости в nopcLx оптического элемента, соответственно изменяя (перестраиэая1 показатель преломления.

Размер пор материала оптического элемента должен быть минимально на порядок (т.е. в 10 и более раэ1 мень-2п

-ше длины волны излучения рабочего диапазона, на который рассчитывается оптическая система . При большем размере пор неоправданно возрастают потери на расстояние и поглощение . 25

Чем меньше поры, тем прозрачнее оптический элемент и меньше потери..

Минимальный размер пор ограничен лишь технологическими возможностями процесса получения пористого матерна-™ ла, в.частности пористое стекло может быть получено с размером пор порядка 20-40 A.

По сравнению с известной оптической системой перестраиваемая оптическая система - объектив с переменным фокусным расстоянием, обладает обратимостью изменения фокусного расстояния, т.е. введенные в материал оптического элемента пары жидкости могут быть управляемо выведены. Перестройка устройства осуществляется путем изменения давления паров адсорбирую.— щей жидкости в полости, в которой установлен оптический элемент <линза . Для этого температура адсорбента, насыщенного жидкостью, например бенэолом, повышается, когда необходимо увеличить давление пара и соответ1ственно повысить показатель прелом)ления, и понижается, когда необходимо уменьшить давление пара и соответственно понизить показатель преломления линзы.

Оптический элемент может быть выполнен в форме линзы {системы линз, призмы или пластины. Возможны н любые комбинации различных элементов (линз, призм, пластин, зеркал и др.1, из которых по крайней мере часть выполнена иэ пористого материала.

В системе отсутствуют механически подвижные элементы, благодаря чему ее конструкция проста и надежна, при этом обеспечивается изменение ее фокусного расстояния как в сторону его увеличения, так и уменьшения,