Устройство коллинеарного переноса осей оптического излучения

Устройство содержит зеркально-призменную систему и светоделитель 4. Зеркально-призменная система содержит составленную из отдельных элементов призму-крышу 3 с внешними отражающими поверхностями и монопластину 1, которые объединены посредством дополнительной призмы 2. Отражающие поверхности призмы-крыши обращены в сторону светоделителя 4, выполненного на монопластине 1. Все элементы зеркально-призменной системы образуют между собой полый трехгранный прямой угол и последовательно соединены друг с другом по участкам вне зон прохождения оптического излучения. Составная призма-крыша 3 выполнена так, что та ее часть, которая контактирует с дополнительной призмой 2, составляет прямые двугранные углы с каждой из двух ее отражающих поверхностей. Технический результат - улучшение энергетических характеристик и повышение стабильности расположения осей излучения за счет соединения отдельных элементов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к оптическим системам лазерной локации и дальнометрии.

Известно устройство для проверки параллельности оптических осей (RU 2422791 C1, G01M 11/02), которое может быть использовано для выверки параллельности оптических осей сложных многоканальных оптико-электронных систем. Устройство содержит систему призм с входным и выходными зрачками и источник излучения. Все призмы соединены между собой в моноблок, у которого грань первой призмы, выполненная в виде прямого двугранного угла, является входным зрачком, а отражающие грани, по меньшей мере, двух других призм являются выходными зрачками. При этом все призмы соединены между собой, по меньшей мере, одной ромбической призмой с одной отражающей и одной полупрозрачной гранью так, что при их соединении между гранями входного и каждого из выходных зрачков образуется прямой трехгранный угол. Луч, направляемый во входной зрачок призменного моноблока от источника излучения, меняет свое первоначальное направление на 180°. Устройство позволяет проверять параллельность оптических осей для двух и более каналов за счет того, что визирная ось одного из проверяемых каналов передается призменным моноблоком одновременно во все проверяемые каналы.

Недостатками данного устройства являются сложность его конструкции, а также наличие, по крайней мере, одного клеевого соединения (в месте расположения светоделительного слоя), которое приводит к нестабильности параллельности осей входного и выходного пучков при длительном использовании устройства, что снижает его точностные характеристики.

Наиболее близкой по технической сущности является зеркально-призменная система (прототип), входящая в состав углоизмерительного звездного прибора (RU 98801 U1, G01B 11/26). Зеркально-призменная система (моноблок призм) содержит призму БкР-180° (уголковый световозвращатель) и призму, которая дополняет зеркально-призменную систему до плоскопараллельной пластины. В месте соединения призм нанесено светоделительное покрытие.

Работа устройства основана на измерении угла между осями излучения, одно из которых прошло через призму БкР-180° (опорное излучение), а второе - через дополняющую призму, светоделительное покрытие и часть призмы БкР-180° (направление на звезду).

Зеркально-призменная система позволяет развернуть излучение, поступающее во входной зрачок призмы БкР-180°, на угол 180°. Точность угла разворота определяется точностью выполнения прямых двугранных углов призмы. Направление оси вышедшего из призмы излучения остается стабильным по отношению к оси излучения, поступающего в ее входной зрачок, и практически не зависит от внешних факторов (температуры, давления, влажности окружающей среды).

Отклонение направления излучения, прошедшего через дополняющую призму, светоделительное покрытие и часть призмы БкР-180°, определяется следующими факторами:

1) точностью изготовления в дополняющей призме ее двугранного угла 45°, где погрешность угла приводит к отклонению направления оси излучения от звезды, но угол отклонения остается стабильным и практически не зависит от внешних факторов;

2) материалом, позволяющим соединить обе призмы.

На практике таким материалом, позволяющим соединить две поверхности с нанесенным на одной из них светоделительным покрытием, является оптический клей. Присутствие клеевой прослойки может привести к нестабильности взаимного расположения соединяемых деталей и, как следствие этого, к дополнительному отклонению оси проходящего излучения. Угол дополнительного отклонения излучения является непредсказуемой переменной величиной и зависит от внешних факторов. Дефекты клеевого соединения ухудшают энергетические характеристики устройства, т.к. излучение обязательно проходит через склеиваемые поверхности.

Таким образом, наличие клеевого соединения в устройстве снижает его точностные и энергетические характеристики и является существенным недостатком.

В устройстве-прототипе излучение опорного канала и канала направления на звезду проходит через материал призм. Оптическая неоднородность и двулучепреломление материала призм может привести к ухудшению оптических характеристик излучения, что приведет к размытию или несимметрии изображений в плоскости фотоприемного устройства в канале регистрации угла отклонения осей. Это также снижает точностные характеристики устройства.

Прохождение излучения через материал призм приводит к энергетическим потерям, связанным с поглощением светового потока, которое сопровождается нагревом и нежелательной деформацией отражающих и преломляющих поверхностей призм и клеевого соединения, и с рассеянием светового потока на воздушных пузырях и непрозрачных включениях внутри материала. Это также является недостатком устройства-прототипа.

Задачей изобретения является создание устройства коллинеарного переноса осей оптического излучения, обеспечивающего минимальные энергетические потери и повышенную стабильность расположения осей излучения.

Технический результат изобретения состоит:

- в улучшении энергетических характеристик за счет использования зеркальных элементов с внешним отражением и минимальным ходом светового потока внутри материала светоделителя;

- в повышении стабильности расположения осей излучения за счет соединения отдельных элементов, например, с помощью глубокого оптического контакта, по участкам поверхностей элементов, через которые излучение не проходит.

Это достигается тем, что в устройстве коллинеарного переноса осей оптического излучения, содержащем зеркально-призменную систему и светоделитель, зеркально-призменная система содержит составленную из отдельных элементов призму-крышу с внешними отражающими поверхностями и монопластину, которые объединены посредством дополнительной призмы, при этом отражающие поверхности призмы-крыши обращены в сторону светоделителя, выполненного на монопластине, причем все элементы зеркально-призменной системы образуют между собой полый трехгранный прямой угол и последовательно соединены друг с другом по участкам вне зон прохождения оптического излучения.

Монопластина может быть выполнена плоскопараллельной.

Монопластина может быть выполнена клиновидной, при этом в устройство дополнительно вводится клиновидный компенсатор, размещенный по направлению выхода лучей из монопластины так, чтобы они в совокупности образовали эквивалентную плоскопараллельную пластину.

Изобретение поясняется чертежами, где изображены на

фиг. 1 - общий вид устройства.

фиг. 2 - призма-крыша и ее составные части.

фиг. 3 - общий вид устройства, в котором монопластина выполнена клиновидной с установленным за ней клиновым компенсатором.

На фиг. 1 показано устройство, в котором монопластина 1, выполнена, например, плоскопараллельной. Монопластина 1 последовательно соединена с дополнительной призмой 2 и составленной из отдельных элементов призмой-крышей 3 с внешними отражающими поверхностями. На поверхности монопластины 1, обращенной в сторону призмы-крыши 3 и вне зоны контакта с поверхностью дополнительной призмы 2, выполнено светоделительное покрытие (светоделитель) 4.

На фиг. 2 показано устройство, когда монопластина 1 выполнена, например, клиновидной, а по направлению выхода лучей из монопластины 1 установлен клиновидный компенсатор 5.

Дополнительная призма 2 выполнена в виде плоскопараллельной пластины со скошенными боковыми полированными поверхностями, которые по отношению к нижней шлифованной поверхности имеют углы 45° и 135°.

Составная призма-крыша 3 выполнена так, что та ее часть, которая контактирует с дополнительной призмой 2, составляет прямые двугранные углы с каждой из двух ее отражающих поверхностей.

Все элементы 1, 2, и 3 последовательно жестко соединены друг с другом по участкам их полированных поверхностей вне зон прохождения оптического излучения. Соединение может быть произведено, например, с помощью глубокого оптического контакта.

Призма-крыша на фиг. 3 состоит из трехгранной призмы ABCA1B1C1 и прямоугольной призмы DEFD1E1F1. В призме ABCA1B1C1 плоскости ABC, АВВ1А1 и ACC1A1 взаимно перпендикулярны. В призме DEFD1E1F1 взаимно перпендикулярны плоскости DEF и DFF1D1.

Для образования призмы-крыши 3 призма ABCA1B1C1 боковой гранью ABB1A1 соединена с частью поверхности DFF1D1 прямоугольной призмы DEFD1E1F1. Соединение призм выполнено так, что поверхность, составленная из плоскостей ABC и DEF, представляет собой единую плоскость, что обеспечивается технологическими приемами. Соединение может быть произведено, например, с помощью глубокого оптического контакта. На отражающих поверхностях призмы-крыши нанесено зеркальное покрытие.

Длина призмы 2 выбирается исходя из требуемого расстояния Δ1 между осями оптического излучения, которые требуют коллинеарного переноса.

Устройство работает следующим образом.

В случае, если монопластина 1 выполнена плоскопараллельной, то оптическое излучение направляется под углом, близким к 45°, к нормали поверхности монопластины 1 со светоделителем 4 (фиг. 1), где происходит его деление на два направления.

В первом направлении излучение проходит через пластину 1 и преломляется на ее поверхностях. На выходе из пластины оптическая ось излучения испытает параллельное смещение Δ2 относительно оптической оси падающего излучения, определяемое углами падения, показателем преломления материала пластины и ее толщиной, и возможный угловой разворот, зависящий от параллельности поверхностей пластины.

Во втором направлении излучение отражается от поверхности светоделителя 4 монопластины 1 и направляется на призму-крышу 3, после чего отражается от ее плоских поверхностей. Действие системы, состоящей из элементов 1, 2 и 3, эквивалентно действию системы, состоящей из трех ортогонально расположенных зеркал, поэтому ось излучения, прошедшего систему, будет развернута на угол 180° по отношению к оси падающего излучения и линейно смещена на расчетное расстояние Δ1 из-за присутствия дополнительной призмы 2. Возможный дополнительный угловой разворот оси зависит от точности изготовления прямых двугранных углов призмы-крыши 3 и параллельности полированных поверхностей дополнительной призмы 2.

Дополнительный угловой разворот осей может быть сведен к допустимой величине за счет правильно выбранного допуска на параллельность поверхностей монопластины 1, допуска на параллельность полированных поверхностей дополнительной призмы 2 и допуска на прямые двугранные углы призмы-крыши 3 (фиг. 1). Использование для соединения отдельных элементов глубокого оптического контакта позволяет исключить влияние соединения на угловой разворот осей.

Толщина монопластины 1 выбирается такой, при которой световой диаметр излучения, отраженного от второй поверхности монопластины, перекрывает световой диаметр излучения, отраженного от светоделителя 4, на допустимую величину, определяемую условиями эксплуатации устройства.

В случае, если монопластина 2 выполнена клиновидной, то оптическое излучение направляется под углом, близким к 45°, к нормали поверхности монопластины 1 со светоделителем 4 (фиг. 3), где происходит его деление на два направления.

В первом направлении излучение проходит через монопластину 1 и преломляется на ее поверхностях. На выходе из пластины оптическая ось излучения испытает параллельное и угловое смещение относительно оптической оси падающего излучения, определяемое углами падения, показателем преломления материала пластины и ее толщиной и углом клина α поверхностей монопластины. Затем излучение проходит через клиновидный компенсатор 5. Его положение, угол клина β и материал выбирается таким, чтобы суммарное действие монопластины 1 и компенсатора 5 было эквивалентно действию плоскопараллельной пластины, обеспечивающей смещение оси прошедшего излучения на величину Δ2 относительно оптической оси падающего излучения и параллельность этих осей. Угол клина β клиновидного компенсатора может быть выбран равным углу клина α монопластины, при этом соответствующие поверхности этих элементов должны быть установлены в устройстве параллельно друг другу.

Угол клина монопластины 1 и его направление выбирается таким, при котором световой диаметр излучения, отраженного от второй поверхности монопластины, перекрывает световой диаметр излучения, отраженного от светоделителя 4, на допустимую величину, определяемую условиями эксплуатации устройства, а в дальнейшем полностью выводится из системы. Применение данного технического решения позволяет уменьшить толщину монопластины и клиновиднго компенсатора по сравнению с толщиной плоскопараллельной монопластины.

Во втором направлении излучение отражается от поверхности светоделителя 4 монопластины 1 и направляется на призму-крышу 3, после чего отражается от ее плоских поверхностей. В дальнейшем работа устройства аналогична работе устройства в случае, если монопластина 1 выполнена плоскопараллельной.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществить коллинеарный перенос излучения, направленного в устройство, разделив его на первое направление, соответствующее направлению падающего излучения, и второе направление, развернутое на 180° по отношению к направлению падающего излучения. Оси двух направлений будут линейно смещены на расчетные величины Δ1 и Δ2 по отношению к оси падающего излучения. Использование глубокого оптического контакта позволяет сделать устройство монолитным и сохранить направления коллинеарного переноса, при этом поверхности, по которым произведено соединение, выведены из излучения.

В предложенном устройстве минимизирован ход излучения в оптическом материале, т.к. излучение в основном распространяется в воздушной среде. Также в предложенном устройстве уменьшено количество преломляющих поверхностей, с трех до двух (в случае, если монопластина выполнена плоскопараллельной) по сравнению с прототипом. Это улучшает энергетические и оптические характеристики заявляемого устройства.

1. Устройство коллинеарного переноса осей оптического излучения, содержащее зеркально-призменную систему и светоделитель, отличающееся тем, что зеркально-призменная система содержит составленную из отдельных элементов призму-крышу с внешними отражающими поверхностями и монопластину, которые объединены посредством дополнительной призмы, при этом отражающие поверхности призмы-крыши обращены в сторону светоделителя, выполненного на монопластине, причем все элементы зеркально-призменной системы образуют между собой полый трехгранный прямой угол и последовательно соединены друг с другом по участкам вне зон прохождения оптического излучения.

2. Устройство коллинеарного переноса осей оптического излучения по п. 1, отличающееся тем, что монопластина выполнена плоскопараллельной.

3. Устройство коллинеарного переноса осей оптического излучения по п. 1, отличающееся тем, что монопластина выполнена клиновидной, при этом в устройство дополнительно введен клиновидный компенсатор, размещенный по направлению выхода лучей из монопластины так, что они в совокупности образуют эквивалентную плоскопараллельную пластину.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу расширения области обзора дисплейного устройства для отображения контента. Технический результат заключается в расширении ограниченной экранной области, имеющейся в вычислительных устройствах, в целях обеспечения возможности работы в многозадачном режиме для пользователей.

Группа изобретений относится к оптическим системам, применяемым для защиты от подделок. Комплект для видеоотображения выполнен с возможностью использования в качестве устройства для защиты от подделок для бумажных денег, этикеток продуктов и других объектов.

Настоящее изобретение относится к области техники формирования изображения. Устройство содержит дисплей, первый поляризатор, первую фазовую пластинку, первый оптический элемент, вторую фазовую пластинку и второй оптический элемент.

Изобретение относится к системам отображения. Устройство визуального отображения включает в себя множество сложенных слоев отображения, отображающих множество объектов.

Изобретение относится к интегрированной бортовой системе обзора и очистки транспортного средства. Система содержит корпус 2, установленный в кузове транспортного средства, камеру обзора и сопло 19 для очищающей текучей среды, связанное с держателем 4 сопла и находящееся в сообщении с источником очищающей текучей среды.

Изобретение относится к области формирования изображений и касается способа образования чередующегося файла печати для линзового листа с наклонными линзорастровыми элементами.

Изобретение относится к автостереоскопическим дисплейным устройствам. Устройство содержит строки и столбцы цветных подпикселей и лентикулярную матрицу, совмещенную с дисплеем, линзы которой наклонены относительно общего направления пикселей столбцов для обеспечения квадратных 3D-пикселей.

Изобретение относится к оптической технике. Оптический модулятор, каждый пиксель которого содержит перекрывающие площадь пикселя неподвижный плоский поляризатор и параллельный ему подвижный плоский поляризатор.

Лазерное устройство (1) включает первый и второй лазерные блоки (2, 3), испускающие лучи (5, 6), распространяющиеся в первом и во втором направлениях, и поляризационное соединительное средство, выполненное как поляризационная соединительная призма (8) и расположенное так, что лазерные лучи первого и второго лазерных блоков, поляризованные в первом и втором направлениях, складываются.

Изобретение относится к устройствам отображения и может быть использовано в устройствах типа шлем-дисплей (HMD). Устройство содержит первое устройство отображения изображения, содержащее световодную пластину, затемнитель и устройство управления светом.

Лазерное устройство (1) включает первый и второй лазерные блоки (2, 3), испускающие лучи (5, 6), распространяющиеся в первом и во втором направлениях, и поляризационное соединительное средство, выполненное как поляризационная соединительная призма (8) и расположенное так, что лазерные лучи первого и второго лазерных блоков, поляризованные в первом и втором направлениях, складываются.

Активная лазерная головка самонаведения содержит оптическую систему, фотоприемное устройство канала формирования изображения цели, лазерный излучатель подсвета цели, наклонные зеркала, узкополосные оптические фильтры, объективы, фотоприемное устройство канала измерения дальности до цели, двухосевую систему стабилизации и слежения, блок обнаружения и распознавания цели, блок выделения координат, блок управления, блок синхронизации и стробирования.

Изобретения относятся к лазерной технике. Способ и устройство предназначены для сведения лазерных пучков различных длин волн, состояния поляризации которых ортогональны в выходной пучок.

Изобретения относятся к лазерной технике. Способ и устройство предназначены для сведения лазерных пучков различных длин волн, состояния поляризации которых ортогональны в выходной пучок.

Изобретение относится к области защитных устройств для проецирования синтетических изображений. Технический результат – обеспечение проецирования определяемых точкой обзора изображений за счет формирования слоя другого изображения.

Изобретение относится к оптическому приборостроению. Моностатический оптический приемопередатчик содержит передающее оптическое волокно, соединенное с передатчиком, приемное оптическое волокно, соединенное с приемником, объединенные через волоконно-оптический дуплексер, торец выходного волокна которого размещен вблизи фокальной плоскости моностатической оптической системы.

Компонент спектрального разделения имеет две стороны – плоскую переднюю сторону, содержащую дихроичное покрытие, и заднюю сторону. Задняя сторона является выпуклой и формирует цилиндрическую поверхность, задаваемую образующей фиксированного направления, перемещающейся перпендикулярно по дуге круга, содержащей два конца.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается бортового широкодиапазонного спектрометра рассеянных или вынужденных излучений. Спектрометр включает в себя входной объектив, щель, коллимирующий объектив, спектроделитель, проекционный объектив, фотоприемную матрицу, малогабаритный цифровой блок и цифровой видеомонитор.

Изобретение относится к технологии изготовления оптических волноводов. Способ изготовления волновода в объеме пластины из пористого оптического материала, прозрачного для длины волны лазерного излучения, заключается в перемещении сфокусированного пучка лазерного излучения относительно пластины или пластины относительно сфокусированного лазерного пучка в плоскости формирования волновода до окончания формирования волновода.

Двухспектральная оптическая система содержит главное вогнутое асферическое зеркало с центральным отверстием, вторичное выпуклое асферическое зеркало, спектроделитель, тепловизионный канал с первым, вторым и третьим объективами, а также фотоприемным устройством и устройством переключения потоков излучения, два телевизионных канала с объективом и фотоприемным устройством в каждом из каналов и устройство управления и обработки информации.

Группа изобретений относится к технологиям калибровки камеры посредством вычислительного устройства. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств, направленных на калибровку камеры.

Устройство содержит зеркально-призменную систему и светоделитель 4. Зеркально-призменная система содержит составленную из отдельных элементов призму-крышу 3 с внешними отражающими поверхностями и монопластину 1, которые объединены посредством дополнительной призмы 2. Отражающие поверхности призмы-крыши обращены в сторону светоделителя 4, выполненного на монопластине 1. Все элементы зеркально-призменной системы образуют между собой полый трехгранный прямой угол и последовательно соединены друг с другом по участкам вне зон прохождения оптического излучения. Составная призма-крыша 3 выполнена так, что та ее часть, которая контактирует с дополнительной призмой 2, составляет прямые двугранные углы с каждой из двух ее отражающих поверхностей. Технический результат - улучшение энергетических характеристик и повышение стабильности расположения осей излучения за счет соединения отдельных элементов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх