Призма для вращения изображения

 

(72) Авторы изобретения

А.Я.Муретов и С.Я.1<орниенко

1, (7t) Заявнтель (54). ПРИЗМА ДЛЯ ВРАЩЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Изобретение относится к оптическим устройствам, используемым для вращения или компенсации вращения изображения в визуальных приборах.

Известна призма Дове, предназна1 ченная для вращения изображения, выполненная в виде монолитного блока, главное сечение которой представляет равнобочную трапецию, с углом наклона боковых граней к основанию 45

Вращение призмы осуществляется вок" руг оси, параллельной основанию и совпадающей с осью пучка (1) .

Недостатками укаэанной призмы являются большие вес и габарит вдоль оси вращения, а также большая стоимость призмы.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретеwe является призма для вращения иэображения, устанавливаемая с возможностью поворота вокруг оси, совпадающей с осью пучка, выполненная в виде трехгранной призмы, две грани которой расположены под углом полного внутреннего отражения по отношению к падающему на них с внутренней стороны пучку лучей, а третья грань расположена параллельно оси пучка $2).

Недостатком известной призмы являются большие вес и габарит вдоль оси вращения, обусловленные неоптимальным выбором угла между входной и выходной гранями.

Кроме того, призма виньетирует наклонные лучи пучка, поскольку полное внутреннее отражение выполняет« ся только для пучка, параллельного оси вращения призмы.

Цель иэображения - минимизация веса и габарита вдоль оси вращения и устранение виньетирования наклонных лучей в пределах поля зрения призмы.

Укаэанная цель достигается тем, что в призме для вращения иэображе3 93

35

55 ния, установленной с возможностью поворота вокруг оси, совпадающей с осью пучка, выполненной в виде трехгранной призмы, две грани которой расположены под углом полного внутреннего отражения по отношению и падающему на них с внутренней стороны пучку лучей,а третья грань расположе" йа параллельно оси пучка, ее входная часть и выходная грани расположены параллельно полевому лучу после его полного внутреннего отражения на этих гранях, угол между которыми определяется из вы акения

О=3,031--6,353-(n-2,597) (рад), а

=1,6Я3+0,02У Е, где и — показатель преломления стекла призмы, 6,-(0-7) град - половина угла поля зрения призмы.

На фиг.1 изображено главное сечение призмы для вращения изображения расположенной в пучке с полем зрения 2, на фиг.2 - графоаналитический способ.

Необходимым условием для работы призмы и минимизации ее габарита вдоль оси вращения является одновременное выполнение как условия полного внутреннего отражения для луча 1, так и условия параллельности луча 2 после его отражения от выходной грани.

Из фиг.1 следует

t„+ =2с где 20(. - угол при вершине призмы.

Принимая во внимание, что должен быть равен углу полного внутреннего отражения, а также с учетом закона преломления на входной грани призмы и после некоторых преобразова ний, уравнение полного внутреннего отражения для луча 1 имеет вид

5 l и Ы-+Е)+cos3L Г 2 (1)

5in2 cL

Дпя получения минимального габарита призмы вдоль оси вращения необ" ходимо, чтобы луч 2, имеющий минимальный угол падения, на входную грань i< после первого отражения шел параллельно входной грани призме, т.е:

Для луча 2 можно получить выражение

P = goL-4q.Учитывая закон преломления на входной грани и то, что о -(01Я6 ф условие минимизации габарита призмы вдоль оси вращения примет вид

s in И- 8) (2) со54 +

Одновременное выполнение условия полного внутреннего отражения и условия минимизации габарита призмы вдоль оси вращения должно описываться математическим выражением, являющим10 ся результатом совместного решения (1) и (2), Поскольку последнее, ввиду слокности приведения его к виду с .= (п,Е), дает неявную зависимость угла -от и и Я, был использован графоаналитический способ, проиллюстрированный на фиг.2.

На фиг.2 группы кривых 3 и 4, полученные соответственно на основании уравнений (1) и (2), показывают зависимость угла при вершине призмы 2d от показателя преломления стекла и при фиксированных значениях угла поля зрения призмы.

Точки пересечения семейств кривых

3 и 4, соответствующие одинаковым уточнялись аналитически по методу итераций с целью определения точного значения показателя преломления и, при котором для фиксированного угла поля зрения формулы (1) и (2) давали бы одинаковое значение угла при вершине призмы. По найденным таким образом значениям и для всех

Я была определена зависимость n=F(Г), которая аппроксимируется линейной зависимостью п=0,653 0,02576 (3) где 6 - половина угла поля зрения призмы в градусах.

Кривая 5, проходящая через точки пересечения графиков 3 и 4 при одних и тех же значениях Я с точностью до третьего знака, аппроксимируется дугой окружности, имеющей после преобразования ви

2 (=3,831- 9, 353- (п-2, 597) (4) где 2с . - угол между входной и выходной гранями в радианах; и - показатель преломления стекла призмы, определяемый выражением (3)

Таким образом, призма для вращения изображения, удовлетворяющая выражению (4), имеет минимальные вес и габарит вдоль оси вращения, а также позволяет пропустить без виньетирования световой пучок в пределах своего поля зрения, что позволяет при изготовлении снизить материалоемкость и стоимость призм, особенно для серийно выпускаемых приборов, Формула изобретения

Призма для вращения изображения, устанавливаемая с. воэможностью пово° рота вокруг оси, совпадающей с осью пучка, выполненная в виде трех« гранной призмы, две грани которой расположены под углом полного внутреннего отражения по отношению к падающему на них с внутренней стороны пучку лучей, а третья грань расположена параллельно оси пучка, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью минимизации веса и габарита вдоль оси оси вращения и устранения виньетирования наклонных лучей в пределах поля. зрения призмы, ее входная и выходная грани расположены параллельно

0196 6 полевому лучу после его полного внутреннего отражения на этих гранях, угол между которыми определяется из выражения

Id-I,81 9 35! (., Ю) (), п-l,653+0,02578, где Я =(0-7) град - половина угла поля зрения призмы, n " показатель преломления стекла

1в призмы.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Справочник конструктора оптикомеханических приборов под ред. Круг1 гера И.Я. Л., "Машиностроение", 1967, с.227, 2.. Авторское свидетельство CCCP 198724, кл. а 02 В 5/04, 19.08.65 (прототип).

930196

Составитель И.Остащенко

Техред Т. фанта Корректор А. / зятко

Редактор B.Лазаренко

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4>

Заказ 3462/59 Тираж 516

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4!5