Фотоэлектрическое теневое устройство

 

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ТЕНЕВОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее последовател но расположенные источник излучения зеркальный нож, световозвращающее зеркало, объектив, защитное стекло, автоколлимационное зеркало и фотоприемный блок, отличающееся тем, что, с целью снижения поро га чувствительности, в него дополнительно введен оптический клин, установленный между объективом и защитным стеклом так, что ребро двугранного угла клина параллельно рабочей кромке зеркального ножа, а грань, соединяющая преломляющие поверхности клина и находящаяся в поде зрения устройства, расположена на оптической оси, причем угол между каждой из преломляющих граней клина и оптической осью объектива удовлетворяет условию /I.i- V2 {) где расстояние между оптической осью и той границей зеркальной поверхности ножа или саетовозвращающего зеркала, которая расположена на наи больщем расстоянии от оптической оси; f - фокусное расстояние объектива .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН Р 1 G 01 0 21/41

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3626689/24-25 (22) 22.07.83 (46) 23.05.85. Бюл. Ф 19 (72) А.Н.Королев, Э.И.Красовский, Е.В.Крастина, Б.В.Наумов и В.П.Матвеев (53) 535.24(088.8) (56) 1. Васильев Л.А. Теневые методы.-М., "Наука", 1968, с. 19.

2. Дуравич Э.Ю, Красовский Э.И.

Малогабаритный прибор для регистрации пульсаций показателя преломления света в прозрачных средах.. — "Оптико-механическая промьппленность".

1975, У 10, с. 33-34,(прототип). (54)(57) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ТЕНЕВОЕ

УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно расположенные источник излучения, зеркальный нож, световозвращающее зеркало, объектив, защитное стекло, автоколлимациоиное зеркало и фотоприемный блок, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью снижения пороÄÄSUÄÄ 1157415 А га чувствительности, в него дополнительно введен оптический клин, установленный между объективом и защитным стеклом так, что ребро двугранного угла клина параллельно рабочей кромке зеркального ножа, а грань, соединяющая преломляющие поверхности клина и находящаяся в поле зрения устройства, расположена на оптической оси, причем угол с между каждой иэ преломляющих граней клина и оптической осью объектива удовлетворяет условию

0 е< где 4 — расстояние между оптической осью и той границей зеркальной поверхности ножа или световоэвращающего зеркала, которая расположена на наибольшем расстоянии от оптической оси;

t — фокусное расстояние объектиВаг

1 1157415

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для исследования физических процессов, происходящих в опти чески прозрачных средах и сопровождающихся изменением грациента, оптического показателя преломления, например в гидро- и аэродинамике.

Известно фотоэлектрическое теневое устройство для исследования оп- 10 тических неоднородностей в прозрачных средах, позволяющее производить наб.1водения распределения прозрачных неоднородностей в анализируемом объеме и измерение их параметров $11 .

Недостатком устройства является чувствительность к воздействию ударных и вибрационных нагрузок, перепаду давления и изменению температуры. 20

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является фотоэлектрическое теневое устройство, содержащее последовательно расположенные источник излучения, зеркальный нож, световозвращающее зеркало, объектив, защитное стекло, автоколлимационное зеркало и фотоприемный блок, Устройство построено по дифференциальной автоколлимационной схеме с четырехкратным прохождением света через анализируемый объем. При отсутствии в анализируемом объеме неоднородностей иэображение световой диафрагмы всегда совпадает с 35 самой диафрагмой, несмотря на присутствие указанных воздействий.

Это достигается за счет наличия в фокальной плоскости объектива зеркала, обеспечивающего четырехкратное 40 прохождение светового пучка через анализируемый объем и позволяющего получить изображение световой диафрагмы в плоскости теневой диафрагмы с увеличением р +1. Таким образом, 45 факт неподвижности изображения световой диафрагмы относительно теневой диафрагмы придает схеме свойство нерасстраиваемости (2) .

Недостатком известного устройства является большой порог чувствительности, что обусловлено влиянием остаточных аберраций изображения световой диафрагмы при малых смеще- 55 ниях этих изображений, вызываемых малыми (близкими к пороговым вели-, чинами угла отклонения световых лучей, возникающего за счет неоднороднос тей.

Цель изобретения — снижение порога чувствительности, Укаэанная цель достигается тем, что в фотоэлектрическое теневое устройство, содержащее последовательно расположенные источник излучения, зеркальный нож, световоэвращающее зеркало, объектив, защитное стекло, автоколлимационное зеркало и фотоприемный блок, дополнительно введен оптический клин, установленный между объективом и защитным стеклом так, что ребро двугранного угла клина параллельно рабочей кромке зеркального ножа, а грань, соединяющая преломляющие поверхности клина и находящаяся в поле зрения устройства, расположена на оптической оси, причем угол о1. между каждой из преломляющих граней клина и оптической осью объектива удовлетворяет условию ( с(— — — )

2 где 1 — расстояние между оптической осью и той границей зеркальной поверхности ножа или световозвращающего зеркала, которая расположена на наибольшем расстоянии от оптической оси; л

1 — фокусное расстояние объектива.

На фиг ° 1 представлена оптическая схема фотоэлектрического теневого устройства, вариант;на фиг. 2 — график, иллюстрирующий зависимость выходного тока фотоприемника от изменения градиента показателя преломления фотоэлектрического теневого прибора.

Устройство содержит источник L излучения, зеркальный нож 2, световозвращающее зеркало 3, объектив 4, защитное стекло 5, оптический клин

6 автоколлимационное зеркало 7 и фотоприемное устройство 8. Рабочаякромка зеркального ножа ? и кромка световоэвращающего зеркала 3 образуют световую диафрагму. Световоэвращающее зеркало 3 расположено в передней фокальной плоскости объектива 4 перпендикулярно его оптической оси. Оптический клин 6 установлен так, что ребро двугранного угла клина параллельно рабочей кромке зеркального ножа 2, а грань, соединяющая преломляюшие поверхности! 1574 клина, расположена на оптической оси, причем угол к между каждой иэ преломляющих граней клина и оптической осью объектива удовлетворяет условию 5

p gg а — — — ), р) где 1 — расстояние между оптической осью и той границей зеркальной поверхности ножа 2 или световозвращающего зеркала

3, которая расположена на большем расстоянии от оптической оси;

1 — фокусное расстояние объектива 4.

Установка клина 6 под углом к необходима для того, чтобы удалить иэ поля зрения оптической системы блики, которые возникают за счет его присутствия в оптической схеме, и исключить возможность их попадания на зеркальные поверхности 2 и 3, расположенные в фокальной плоскости объектива 4. В противном случае блики могут попасть на фотоприемник t и вызвать увеличение шумового тока, что приведет к некоторому увеличению порога чувствительности. Величина преломляющего угла клина 6 )определя. ет режим работы устройства, а именно положение рабочей точки (при отсутствии неоднородности) на графике (фиг. 2) и выбирается из интервала. углов, для которых выполняется условие с †., где — угловая

Ч 3S величина аберрационного размытия выходного изображения световой диафрагмы; 9 — максимальный угол в диапазоне чувствительности устройства, который может быть определен как Ч .: вЂ, 1 - линейиый размер свето1 вой диафрагмы).

Устройство работает следующим образом. 45

При работе устройства иэображение нити лампы источника 1 излучения проектируется в плоскость световой диафрагмы, образованной рабочей кромкой зеркального ножа 2 и кромкой б световозвращающего зеркала 3. Затем одна половина светового пучка проходит через объектив 4, защитное стекло 5, анализируемый объем и отражается от антоколлимациониого верка- М ла 7, вновь проходит анализируемый .объем, защитное стекло, объектив и строит промежуточное изображение све15 4 тон ой диафрагмы на св е тон оэврашающем зеркале 3. Отразившись от зеркала

3, зта половина светового пучка в прямом и обратном ходе проходит объектив 4, защитное стекло 5, оптический клин 6, анализируемый объем и формирует изображение световой диафрагмы. Одновременно другая половина светового пучка после прохождения световой диафрагмы сначала проходит через объектин 4, оптический клин 6, защитное стекло 5, анализируемый объем, отражается от автоколлимационного зеркала 7, вновь проходит через анализируемый объем, защитное стекло 5, оптический клин 6, объектив 4 и строит промежуточное изображение световой диафрагмы на световозвращающем зеркале, 3, а затем отражается от зеркала 3 и в прямом и обратном ходе проходит объектив 4, защитное стекло 5, анализируемый объем и формирует свое изображение световой диафрагмы.

Таким образом, эа счет того, что оптический клин 6 занимает половину поля зрения устройства, здесь две соответствуют.ие половины светового потока образуют два иэображения световой диафрагмы, которые смещены н противоположные стороны относительно теневой диафрагмы на величину, пропорциональную величине преломляющего угла клина Р>

При этом часть одного иэображения световой диафрагмы попадает на рабочую зеркальную кромку ножа 2, соответствующий световой поток отражается от нее и попадает на фотоприемное устройство 8. Второе изображение попадает частично на зачерненную кромку зеркала 3 и гасится на ней.

Из графика, приведенного на фиг. 2, который иллюстрирует зависимость ныходного тока фотоприемника от изменения угла отклонения светового луча, видно, что рабочая точка известного устройства(и, О лежит в нелинейной области, а при наличии в схеме оптического клина рабочая точка лежит в линейной области, wl, =2(п †!), где Л вЂ” показатель преломления стекла клина. При одной и той же величине отклонения светового пучка неоднородностью в линейной и нелинейной области величина выходного тока (а Т ) для предлагаемого устройства возрастает н несколько раэ по сравнению с величиной выходного сигнала(Й11} для известного.

1157415

3орого3ые углы откюнений лра3пагаеило угтрпйст3а

Фиь.Г

ЗЩЩПИ Заказ 3359/41 . Тираж 897 Подписное

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

Соответственно происходит уменьшение в несколько pas величины порогового градиента, вызывающее пороговое соотношение сигнал/шум. Таким образом, наличие в схеме оптического клина ведет к снижению порога чувствительности устройства.

Кроме того, как видно из фиг, 2, рабочая точка в этом случае лежит в линейной области зависимости, следовательно, в пределах этого диапазона характеристика устройства линейка н однозначна, тогда как s известном устройстве рабочая точка лежит на нелинейном участке зависимости, имеющем симметричную форму, поэтому при изменении знака приращения градиента знак приращения сигнала не меняется,,что приводит к неоднозначности соотнесения сигнала и входного воздействия, т.е. применение клина приводит к переходу от нелинейного преобразования к линейному, что упрощает обработку выходной информации и делает возможным обратное преобразование эа счет уст10 ранения неоднозначности.

Применение изобретения позволит расширить диапазон использования устройства в исследованиях и изучить физические процессы, происходящие в прозрачных средах со слабыми гради. ентами.