Электрооптическая линза

 

Свеа Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ ()ÿцо7

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 29.06.78 (2! ) 2378491/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 15.06.78 Бюллетень № 22 (51) М. Кл.

G 02 F 1/29

IIG 02 В 3/14

Государственкмй комвтет

Совета Мкккстроа СССР во делам азобретенкв

II откропкй (53) УДК 535.317.226 . (088.8) (4S) Дата опубликования описания 15.05.78 (72) Авторы изобретения

Э. М. Янин, В. А. Жаботинскнй, Н. Fl. Амельчаков и С. Г. Аракелян (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКАЯ ЛИНЗА

Изобретение относится к области устройств, управляющих оптическим излучением, и может быть использовано в качестве линзовой системы с изменяемым фокусным расстоянием, в частности, в фото-кинотехнике.

Известны электрооптические устройства для изменения размеров сфокусированного светового пятна, представляющие собой злектрооптическую среду с электродами, служащими для создания в этой среде неоднородного поля, приводящего к симметричному относительно оси пучка отклонению лучей, Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к описываемому изобретению является электрооптическое устройство для отклонения световых лучей, представляющее собой пластину иэ материала с линейным злектрооптическим эффектом, в которой под действием электрического поля наводится градиент показателя преломления; на этой пластине расположены прозрачные электроды, один иэ которых — высокоомный; снабжен контактными площадками.

Такое устройство предназначено лля отклонения оптического луи в одном направлении и не может выполнять фокусирование луча.

Цель изобретения — обеспечение фокусирования оптического луча с возможноспю перестройки фокусного расстояйия при отсутствии геометрических аберраций.

Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем пластину с прозрачными электродамн, один из которых, высокоомный, снабжен контактными площадками, на этом электроде последовательно размещены прозрачный изолирующий слой с круглым сквозным окном н ннзкоомный прозрачный электрод. В этом устройстве контактные площадки выполняются в виде кольца, oxBRTblBslo. щего края высокоомного электрода, а окно в изолирующем слое расположено в центре контактного кол ьца.

На чертеже схематически изображена описываемая электрооптическая линза.

Электрооптижская линза состоит из YoHKoN плоскопараллельной пластины 1, выполненной из материала с линейным электроопзическим эффектом. На одну главную плоскость пластины нанесен низкоомный прозрачный электрод 2. На другуа главную плоскость нанесен высоомный прозрач. ный электрод 3 с контактными площадками 4, выполненными в виде колыр, охватываюп его края

611167 электрода 3. На электрод 3 последовательно нанесены прозрачный изолирующий слой 5 со сквозным окном 6, расположенным в центре кольца 4, и в зкоомный прозрачный электрод 7. На электрод 3 подается управляющее напржение от источника 8 через регулировочное сопротивление 9, переключатель 10, электрод 7, окно 6 и кольцо 4. Электрод 2 также соединен с источником напряжения 8

Ось Х вЂ” направление распространения оптического луча. 1О . Градиент показателя преломления (n) в преломляющей среде линзы в плоскости, перпендикулярной оси Х, в радиальном направлении от окна 6 создается подачей управляющего электрического напряжения U от источника 8 на высокоомный электрод 3, При этом электрод 2 соединен с электродом 3 через сопротивление 9 и кольца 4 или через сопротивление 9, электрод 7 и окно 6.

По электроду 3 между кольцом 4 и пяпюм у окна б протекает ток J, определяемый величинами U 20 и сопротивлением электрода 3.

J

А !"ь d p где А — радиус кольцевого контакта 4;

d — топщш1а электрода 3; р — удельное сопротивление электрода 3 (размером окна 6 моною пренебречь).

1 аспределение электрического напряжения в радиальном направлении вдоль электрода 3 опре-. деляется выражением

0,=J ft. dр Я

25 кое поле Е, 1

Ц

У

)1R р где E — толщина пластины 1.

За счет линейного электрооптического эффек- 45 та в пластине 1 в направле1ши оси Х под действием Е возбуждается приращение показателя преломления

Э Я ñ1 p шаг„„=в, р

Р где Ьпхр — пРиРащение и, соответствУющее радиальной координате,  — постоянная, определяемая величиной и и линейным электрооптическим коэффициентом.

Таким образом в радиальном направлении от оптической оси линзы коэффициент преломления и преломляюшей среды меняется пропорционально квадрату радиальной координаты. Если градиент и

5S где U< - электрический потенциал, соответствующий значению радиальной координаты; 35

R — радиальная координата.

Эквипотенциальные линии — концентрические окружности вокруг центра окна 6. Поскольку электрод 2 соединен с кольцом 4 или окном 6 в пластине 1 вдоль оси Х существует электричес- 40 направлен к оптической оси, линза — собирающая, если градиент направлен от оптической оси — рассеивающая. Изменяя U и величину регулировочного сопротивления 9 можно менять величину градиента и, т.е. перестраивать фокусное расстояние F линзы, Исходя из принципа Ферма и классической формулы линзы величина F с известной степенью точности определится выражением и

T = — / Е Г1хй

Конструкция описыпюй линзы проста, поскольку она состоит из простейшей по форме плоской оШюродной пластины и однородных слоев.

Толщина линзы фактически задаегся толщиной электрооптической пластины, которая выбирается из требований определенного F и возможного значения Лпх11 т.е, величина 8 и U. Так, для

F 50 см, R= см, при Ьп-10- величина (1 мм, т.е. достаточно мала. Управление фокусным расстоянием линзы несложно, так каг; требует лишь изменения величины U и регулировочного сопротивления. Возможно изменять Fот величины,,практически равной бесконечности (0=0), до величин порядка 1 см (U=max), если взять достаточно толстую электрооптическую пластину или использовать набор тонких пластин. Для управления линзой нужно только электрическое поле, поэтому можно увеличить р высокоомного слоя и существенно снизить величину !. Используя в качестве электрооптической среды сегнетоэлектрик с остаточной поляризацией, можно управлять не постоянным электрическим напряжением, а импульсным, В результате этого управляющая мощность уменьцп1тся в еще большей степени. Время перестроения F определяется временами релаксации и и заряда конденсатора, который представляет из себя описанная линза, и может быть меньше 1 мкс.

Условие пропорциональности Ьп квадрату радиальной координаты R для всех значений R является и условием отсутствия геометрических аберраций по всей апертуре линзы. В отличие от этого, например, для сферических линз аналогичное условие выполняется лишь вблизи оптической оси (параксиальное приближение).

Применение описанной линзы даст следующии положительный эффект: упрощение конструкции и уменьшение габаритов линз с управляемым фокусным расстоянием; упрощение управления в широком диапазоне фокусных расстояний; снижение мощности управления; увеличение скорости перестройки фокусного расстояния; устранение геометрических аберрацией, Формула изобретения

1. Электрооптическая линза, содержащая пла тину, в которой под действием электрического поля наводится градиент показателя л «ломления, и

611167

Составитель Н. Решетников

Редактор И. Шубина Техред Н. Андрейчук Корректор С. Гараснияк

Заказ 3151/37

Тираж 621 Подлисное

11НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открьгтий

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

Филиал П ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 прозрачные электроды, один из которых — высокоомный, снабжен контактными площадками, о т . л и ч а ю щ а s с я тем, что, с целью обеспечения фокусирования оптиа.ского луча, перестройки фокусного расстояния и устранения геометрич.ских 5 аберраций, на высокоомном электроде последовательно размещены прозрачный изолирующий слой с круглым сквозным окном н низкоомный прозрач ный электрод, 2. Линза по п 1, о т л н ч а ю щ а я с я тем, что контактные площадкн выполнены в вине кольца, охватывающего края высокоомного электрода, а окно в изолирующем слое расположено

l в центре контактнэго кольца.