Оптический шарнир

 

ОПТИЧЕСКИЙ ШАРНИР, состоящий из сочлененных между собой неподвижного и подвижного светозащитных .корпусов , а также размещенной в них оптической отклоняющей системы, о тл .ичающийся тем, что, с целью обеспечения возможности отклонения светового пучка с двумя степенями свободы, сочленяемые поверхности корпусов выполнены сферическими, а оптическая отклоняющая система в виде двух софокусных положительных линз, установленных соответственно в неподвижном и подвижном корпусах, причем общий фокус положительных линз совпадает с центром сочлененных сферических поверхностей этих корпусов, (Л с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (191 (И) зсмк С 02 В 27/00

Ф

° °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н АВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3632719/18-!О (22) 15.08.83 (46) 07.09.84. Бюл. 11 - 33 (72) В.Ф.Мартынов (53) 535.8(088.8) (56) 1. Справочник конструктора оптико-механических приборов. Под ред.

М.Я.Кругера и В.А.Панова, П., "Машиностроение", 1968, с. 305.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 566475, кл. С 12 В 5/00;

G 02 В 23/02, 20.06.75(прототип). (54) (57) ОПТИЧЕСКИ11 ШАРНИР, состоящий из сочлененных между собой неподвижУ ного и подвижного светоэащитных корпусов, а также размещенной в них оптической отклоняющей системы, о тл.и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения возможности отклонения светового пучка с двумя степенями свободы, сочленяемые поверхности корпусов выполнены сферическими, а оптическая отклоняющая система " в виде двух софокусных положительных линз, установленных соответственно в неподвижном и подвижном корпусах, причем общий фокус положительных линз совпадает с центром сочлененных сферических поверхностей этих корпусов, Поставленная цель достигается тем, что в оптическом шарнире, состоящем из сочлененных между собой неподвижного и подвижного светоза55

1 1!123

Изобретение относится к прикладной оптике, в частности к светопроводам для передачи оптического излучения от источника, в том числе лазера, к объекту обработки, и может применяться, например, для создания лазерных медицинских установок.

Известен оптический шарнир, выполненный в виде качающейся.в одной плоскости визирной призмы $1) . !

Недостатком такого устройства является отсутствие возможности отклонения светового пучка с двумя степенями свободы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является оптический шарнир, состоящий из сочлененных между собой неподвижного и подвижного светозащитных корпусов, а также размещенной в них оптической отклоняющей системы. Сочленяемые поверхности указанных корпусов выполнены цилиндрическими, а оптическая отклоняющая система представляет собой качающееся в одной плоскости зеркало )2) .

При этом для повышения .точности и надежности работы шарнира в привод вращения зеркала введены две равноплечие тяги, концы которых закрепле30 ны на светозащитных корпусах с воз—

MoEH0cTblo вращения вокруг осей, а противоположные концы тяг имеют обI щую ось вращения с воэможностью скольжения внутри направляющей, закрепленной на зеркале перпендику- 35 лярно к его отражающей поверхности.

Недостатком известного устройства является его ограниченность одной степенью свободы, т.е. наклон светового пучка возможен только в 40 плоскости, перпендикулярной поверхности качающегося зеркала. Для перемещения пучка в другой плоскости зеркало вместе с шарниром и подвижным светозащитным корпусом вращают 45 вокруг оптической оси неподвижного корпуса.

Все это создает неудобства в эксплуатации, например, в лазерных медицинских установках, и усложняет конструкцию шарнира в целом.

Цель изобретения — обеспечение возможности отклонения светового пучка с двумя степенями свободы.

32 щитных корпусов, а также размещенной в них оптической отклоняющей системы, сочленяемые поверхности корпусов выполнены сферическими,а оптическая отклоняющая система в виде двух софокусных положительных линз, установленных соответственно в неподвижном и подвижном корпусах, причем общий фокус положительных линз совпадает с центром сочленяемых сферических поверхностей этих корпусов.

На фиг. 1-3 приведен оптический шарнир в разрезе, при трех различных положениях подвижного корпуса относительно неподвижного, и ход лучей в шарнире; на фиг. 4 — зависимости максимально возможных углов отклонения ! светового лучка от диаметра этого пучка 21 и фокусного расстояния т, применяемых в шарнире линз ! величины 2 4 и выражены в относительных единицах при условии, что диаметр 2 указанных линя принят за единицу).

Оптический шарнир состоит из сочлененных между собой сферическими поверхностями неподвижного 1 и подвижного 2 светозащитных корпусов, а также оптической отклоняющей системы, выполненной в виде двух софо-. кусных положительных линз 3 и 4, ус— тановленных соответственно в неподвижном 1 и подвижном 2 корпусах, причем общий фокус линз 3 и 4 совпадает с центром сочленяемых сферических поверхностей корпусов 1 и 2.

Шарнир работает следующим образом.

Пучок лазерного излучения 5 проходит сквозь положительную линзу 3 и фокусируется в точке, совпадающей с фокусом линзы 4. Подвижный 1 и не подвижный 2 корпуса сочленены между собой с помощью шарового шарнира таким.образом, что перемещение подвижного корпуса 2 возможно только путем вращения по сферической поверхности вокруг ее центра, совпадающей с точкой общего фокуса F обеих линз.

Таким образом, при перемещении линзы 4 по сферической поверхности вокруг этого фокуса. выходящий из линзы пучок будет параллелен ее оптической оси и, соответственно, оси подвижного корпуса 2. На фиг.2 и 3 показан ход лучей при повороте корпуса 2 соответственно вверх и вниз. То же самое, очевидно, спра1112332!

5 ведливо и при повороте в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежей.

Из фиг. 4 видно, что для эффективной работы шарнира необходимо выбирать линзы с как можно большими значениями относительных отверстий (вплоть до предельно возможных

1 : 0,5), и малые диаметры пучков излучения, т.е. испольэовать лазерные пучки.

При этом углы отклонения пучков о могут достигать величин порядка +40.

Таким образом, наибольшее применение шарнир может найти при работе с лазерным излучением, тем более, что в этом случае отпадает вопрос учета хроматических аберраций.

Следует также отметить, что параллельность осей пучка и линзы 4 может быть нарушена из-за сферической аберрации при попадании пучков на края линзы. Однако эти искажения несущественны для работы шарнира при не очень большой(порядка 1 м) длине подвижного корпуса 2 и не очень малых значения>.

Подбором диаметра D линз и их фокусных расстояний искажения можно свести к минимуму.

При =18 мм, Ф =28 мм и 211

1 мм(лазер типа ОКГ-13) максимальный угол поворота подвижного корпуса соо ставляет «+35 без заметного искажения формы пятна лазерного излучения, хотя длина плеча-подвижного корпуса доходит до 6 м.

Сохранение параллельности лазерного пучка оптической оси подвижной линзы позволяет также последовательно соединить несколько шарниров и добиваться практически любых значений угла отклонения, причем с двумя системами свободы.

1112332

40 уа,аяиед.

Составитель В.Кравченко

КоРРектоР В,Вутяга

Редактор П.Коссей ТехведM.Гевгель

Заказ 6455/32 Тираж 496 Подписное

ВНИИПИ Государсвтенного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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