Светоотражатель

 

Использование: в отражающих системах светодальномеров. Сущность изобретения: в светоотражателе, выполненном в виде тетраэдрической призмы, ее основание ограничено или многогранником, или конической, или цилиндрической, или асферической второго порядка поверхностью, или их комбинацией. Светоотражатель может быть выполнен в виде тетраэдрической призмы или полого трехгранника с установленным перед ними дополнительным оптическим элементом, одна из поверхностей которого плоская, а другая - или многогранник, или коническая, или цилиндрическая, или асферическая поверхность, или их комбинация. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к отражающим системам светодальномеров.

Отражатели в виде тройного зеркала (полые и призменные) применяются в светодальномерах наряду с зеркально-линзовыми. При точном изготовлении ортогональных двугранных углов тройного зеркала отраженный поток возвращается к источнику света единым пучком. При отступлении углов от ортогональности поток разбивается на несколько симметричных частей (до 6), приходящих к источнику света в виде нескольких отдельных или перемешанных пучков. В этом случае свет может вообще не попасть в приемник светодальномера, а пройти мимо него. Изготовление же точных прямых двугранных углов является чрезвычайно трудоемкой операцией.

Наиболее близким к первому варианту светоотражателя является светоотражатель, в котором входная грань призмы выполнена сферической [1] Световой поток, дважды проходящий эту грань, становится расходящимся, и влияние ошибок в двугранных углах компенсируется перемешиванием пучков.

Недостатками этого светоотражателя являются увеличение расходимости светового потока после отражения и возникающие из-за этого значительные потери отраженной энергии, большая часть которой не попадает в приемник, а проходит вокруг объектива приемника.

Наиболее близким к второму варианту светоотражателя является светоотражатель, в котором перед отражающими поверхностями трехгранника установлены шесть одинаковых клиньев, одинаково ориентированных своими основаниями относительно оси симметрии тройного зеркала. Угол клиньев подобран таким образом, чтобы компенсировать уход шести пучков от параллельности [2] Недостатки этого светоотражателя заключаются в следующем. Границы между клиньями затеняют световой поток, а механическое крепление клиньев за края вызывает деформацию из поверхностей и ухудшает диаграмму отражения. Компенсация ухода световых пучков, как правило, только частичная, так как используется только один угол клина.

Задачей изобретения является улучшение компенсации ухода световых пучков путем подбора оптимальных параметров преломляющих поверхностей и улучшение условий механического крепления этих поверхностей в светоотражателе.

В первом варианте светоотражателя, содержащего три плоские взаимно перпендикулярные отражающие поверхности, образующие тетраэдрическую призму, основание этой призмы ограничено неплоской поверхностью, а именно поверхностью многогранника, или конической, или цилиндрической, или асферической второго порядка поверхностью, или их комбинацией.

Во втором варианте светоотражателя, содержащего образующие тетраэдрическую призму или полый трехгранник три плоские взаимно перпендикулярные отражающие поверхности, перед которыми расположен дополнительный оптический элемент, одна сторона которого плоская и расположена перпендикулярно оси симметрии отражающих поверхностей, вторая его сторона ограничена или поверхностью многогранника, или конической, или сферической, или цилиндрической, или асферической второго порядка поверхностью, или их комбинацией. При этом устройство между дополнительным оптическим элементом и отражающими поверхностями полого трехгранника или основанием тетраэдрической призмы заполнено оптически прозрачным материалом.

Изобретение иллюстрируется фиг.1-4.

На фиг.1-4 показаны тетраэдрическая призма 1, дополнительный оптический элемент 2, полость 3, заполненная оптически прозрачным материалом, подложки 4 отражающих поверхностей полого трехгранника, многогранник 5, конус 6, асферическая поверхность 7, цилиндрическая поверхность 8.

Тетраэдрическая призма 1 выполнена с многогранной преломляющей водной поверхностью 5 (фиг.1). Перед тетраэдрической призмой 1 установлен оптический элемент 2, выполненный с конической преломляющей входной поверхностью и полостью 3, заполненной оптически прозрачным материалом (фиг.2) На фиг.3 показан в осевом сечении полый трехгранник с оптическим элементом 2, выполненным с асферической входной поверхностью 7. Цилиндрическая поверхность 8 показана на фиг.4. Полость между отражающими поверхностями полого трехгранника заполнена оптически прозрачным материалом 3.

Светоотражатель работает следующим образом.

При отклонении одного из двугранных углов от 90^о отраженное излучение разбивается на два потока. При установке на входе тройного зеркала оптического элемента в виде бипризмы или нанесении на входной грани дополнительной преломляющей грани оба потока могут быть сделаны параллельными, что и компенсирует отклонение от 90^о одного из двугранных углов. При отклонении от 90^о двух углов на входе может быть установлена четырехгранная пирамида, которая сделает параллельными четыре расходящихся пучка. При трех неточных углах требуется шестигранная пирамида. Поскольку, как правило, ошибки в двугранных углах имеют разные величины, пирамиды должны выполняться с разными углами при основании, причем из-за свойства тройного зеркала разводить пучки по симметричным относительно оси направлениям противолежащие углы при основании пирамиды должны быть одинаковыми.

При сферичности или асферичности отражающих граней разводимые из-за ошибок двугранных углов пучки могут быть сделаны параллельными путем введения цилиндричности, конусности или асферичности входной грани. Поскольку малые отступления от плоскостности, необходимые для доведения до высшей кондиции точных светоотражателей, выполнять достаточно сложно, предусмотрен вариант выполнения светоотражателя с заполнением полостей оптически прозрачным материалом. При малых разницах в показателе преломления стекла оптического элемента и оптически прозрачного материала (например, смесь воды с глицерином) внутренняя поверхность оптического элемента может быть деформирована с учетом разности показателей преломления, т.е. в несколько раз больше, чем при использовании воздуха или вакуума. Это значительно снижает требования к точности изготовления деформированной поверхности, так как ошибки изготовления влияют не пропорционально показателю преломления стекла иллюминатора относительно воздуха, а пропорционально разности показателей преломления. Величина показателя преломления заполняющего материала может быть подобрана сколь угодно точно по типу подбора иммерсионных жидкостей объективов микроскопов.

Формула изобретения

1. СВЕТООТРАЖАТЕЛЬ, содержащий три плоские взаимно перпендикулярные отражающие поверхности, образующие тетраэдрическую призму, причем ее основание ограничено неплоской поверхностью, отличающийся тем, что основание тетраэдра ограничено или поверхностью многогранника, или конической, или цилиндрической, или сферической второго порядка поверхностями, или их комбинацией.

2. Светоотражатель, содержащий образующие тетраэдрическую призму или полный трехгранник, три плоские взаимно перпендикулярные отражающие поверхности, перед которыми расположен дополнительный оптический элемент, одна сторона которого плоская и расположена перпендикулярно к оси симметрии отражающих поверхностей, отличающийся тем, что вторая сторона дополнительного оптического элемента ограничена или поверхностью многогранника, или конической, или сферической, или цилиндрической, или сферической второго порядка поверхностями, или их комбинацией.

3. Светоотражатель по п.2, отличающийся тем, что пространство между дополнительным оптическим элементом и отражающими поверхностями полного трехгранника или основанием тетраэдрической призмы заполнено оптически прозрачным материалом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4