RU2044332C1

RU2044332C1 - Optical reflector

Info

Publication number: RU2044332C1
Application number: RU93015168A
Authority: RU
Inventors: Петр Тимофеевич Добрынин; Тимофей Петрович Старцев
Original assignee: Петр Тимофеевич Добрынин; Тимофей Петрович Старцев
Priority date: 1993-03-23
Filing date: 1993-03-23
Publication date: 1995-09-20

Abstract

FIELD: optical instrument engineering. SUBSTANCE: optical reflector has substrate and prismatic elements attached to the substrate. There is mirror coating onto flat external faces of the prismatic elements. Ancillary flat surface is made at some angle to mirror surface and is connected with flat surface of the substrate. Ancillary surfaces of prismatic elements and surface of the substrate should be made spherical for connecting with the substrate of the prismatic elements of hollow reflectors. These spherical surfaces should have identical radiuses of curvature, which are different in sign. Optically transparent material is offered for the purpose. Errors may be corrected, which take place when making double-side angles of prismatic elements due to sliding of spherical surfaces one along the other when fastening prisms together. EFFECT: improved precision. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при создании многоапертурных адаптивных систем и отражателей для светодальномерных систем. The invention relates to optical instrumentation and can be used to create multi-aperture adaptive systems and reflectors for light-ranging systems.

Известен оптический рефлектор [1] содержащий оптические отражатели в виде трехгранного угла с отражением от внутренних поверхностей с одним прямым и двумя равными друг другу двугранными углами. Трехгранные отражатели могут быть выполнены в виде полых трехгранников с металлизированными отражающими поверхностями или в виде призм с тремя отражающими гранями. Технология изготовления из тонких пластин полых трехгранников освоена в США, но не обеспечивает вибропрочность склеенной конструкции. Known optical reflector [1] containing optical reflectors in the form of a trihedral angle with reflection from internal surfaces with one straight and two dihedral angles equal to each other. Trihedral reflectors can be made in the form of hollow trihedrons with metallized reflective surfaces or in the form of prisms with three reflective faces. The manufacturing technology of hollow trihedra from thin plates has been mastered in the USA, but does not provide vibration resistance of the glued structure.

Известно выполнение оптического отражателя в виде полого трехгранного угла [2] В нем оптический отражатель выполнен из трех пластин, каждая из которых имеет отражающую и вспомогательную плоские поверхности, причем каждая вспомогательная поверхность пластины соединена с отражающей поверхностью другой пластины. Соединение выполнено либо оптическим контактом, либо склейкой, либо глубоким оптическим контактом с нанесением на соединяемые поверхности специальных тонких пленок. It is known that the optical reflector is made in the form of a hollow trihedral angle [2]. In it, the optical reflector is made of three plates, each of which has a reflective and auxiliary flat surface, with each auxiliary surface of the plate connected to the reflective surface of another plate. The connection is made either by optical contact, or by gluing, or by deep optical contact with the application of special thin films on the surfaces to be connected.

Недостатком известного оптического отражателя являются чрезвычайно высокие требования к изготовлению двугранных углов между отражающей и вспомогательной поверхностями на трех пластинах. При отклонениях этих углов от номинала более, чем на 0,2 с дуги, соединение оптическим контактом не получается из-за возникающего воздушного клина при соединении третьей (последней по порядку соединения) пластины с первой. Хотя при этом отражатель может выполнять функцию обратного отражения света, волновой фронт разбивается на две части, идущие под углом друг к другу. При использовании склейки пластин клей заполняет клинообразный промежуток, но из-за усадки клея при полимеризации в широкой части промежутка между пластинами происходит искривление поверхностей пластин и происходит искривление отраженного волнового фронта. A disadvantage of the known optical reflector is the extremely high requirements for the manufacture of dihedral angles between the reflective and auxiliary surfaces on three plates. If these angles deviate from the nominal by more than 0.2 s from the arc, the optical contact connection is not obtained due to the air wedge when the third (last in the order of connection) plate is connected to the first. Although the reflector can perform the function of back reflection of light, the wavefront is divided into two parts, going at an angle to each other. When gluing plates, glue fills the wedge-shaped gap, but due to shrinkage of the adhesive during polymerization in a wide part of the gap between the plates, the surfaces of the plates become curved and the reflected wave front is curved.

Наиболее близким по своей технической сущности и эффекту является полый оптический отражатель [3] В нем оптический отражатель выполнен в виде трехгранного угла с внутренними отражающими поверхностями. Он состоит из плоской подложки и трех наклеенных на нее призматических элементов, каждый из которых имеет плоскую отражающую и расположенную под углом к ней плоскую вспомогательную поверхность, соединенную с подложкой. Призматические элементы обращены основаниями в три стороны от оси полого трехгранного угла. The closest in its technical essence and effect is a hollow optical reflector [3] In it, the optical reflector is made in the form of a trihedral angle with internal reflective surfaces. It consists of a flat substrate and three prismatic elements glued onto it, each of which has a flat reflecting surface and a flat auxiliary surface located at an angle to it, connected to the substrate. The prismatic elements face the bases in three directions from the axis of the hollow trihedral angle.

Недостатком известном полого отражателя является необходимость высокоточного изготовления углов между отражающей и вспомогательной поверхностями призматических элементов, при отступлении которых от номинала происходит разделение отраженного волнового фронта на части, идущие под углами друг к другу. A disadvantage of the known hollow reflector is the need for high-precision manufacturing of angles between the reflective and auxiliary surfaces of the prismatic elements, when they deviate from the nominal value, the reflected wave front is divided into parts going at angles to each other.

Целью изобретения является уменьшение углов между частями волнового фронта, возникающих при отступлении углов призматических элементов от номинала. The aim of the invention is to reduce the angles between the parts of the wavefront that occur when the angles of the prismatic elements deviate from the nominal value.

Цель достигается за счет усовершенствования оптического отражателя в виде трехгранного угла с внутренними отражающими поверхностями, выполненного из подложки и трех скрепленных с ней призматических элементов, каждый из которых имеет одну плоскую отражающую поверхность и расположенную под углом к ней вспомогательную поверхность, соединенную с подложкой, причем призматические элементы обращены основаниями в три стороны от оси трехгранного угла. The goal is achieved by improving the optical reflector in the form of a trihedral angle with internal reflective surfaces made of a substrate and three prismatic elements attached to it, each of which has one flat reflective surface and an auxiliary surface located at an angle to it, connected to the substrate, and prismatic the elements are turned with their bases in three directions from the axis of the trihedral angle.

Отличительными признаками заявляемого оптического отражателя является то, что вспомогательные поверхности призматических элементов и поверхность подложки выполнены сферическими с равными, но противоположными по знаку радиусами кривизны. Кроме того, у двух призматических элементов углы между плоской отражающей поверхностью и вспомогательной поверхностью могут быть выполнены равными, а третий призматический элемент может быть выполнен из оптически прозрачного материала в виде усеченной призмы с одной отражающей и двумя преломляющими поверхностями. При этом усеченная поверхность является вспомогательной и составляет с отражающей поверхностью угол, превышающий 90^о, усеченная катетная грань обращена к оси трехгранного угла, а главное сечение третьего призматического элемента проходит между первым и вторым призматическими элементами.Distinctive features of the claimed optical reflector is that the auxiliary surfaces of the prismatic elements and the surface of the substrate are made spherical with equal but opposite sign of curvature radii. In addition, for two prismatic elements, the angles between the flat reflective surface and the auxiliary surface can be made equal, and the third prismatic element can be made of optically transparent material in the form of a truncated prism with one reflective and two refractive surfaces. When this is the truncated surface and the auxiliary reflection surface makes with an angle exceeding ⁹⁰ °, truncated leg lateral side faces the axis of the trihedral angle, and the main section of the third prism element extends between the first and second prism elements.

На фиг. 1-2 и фиг. 3-4 показаны два возможных варианта исполнения оптического отражателя, причем на фиг. 1, 3 вид сверху; на фиг. 2, 4 вид спереди. In FIG. 1-2 and FIG. 3-4, two possible embodiments of an optical reflector are shown, with FIG. 1, 3 top view; in FIG. 2, 4 front view.

Отражатель содержит призматические элементы 1-3 с наружным отражающим покрытием, зазоры 4 между призматическими элементами, подложку 5, призматический элемент 6 из оптически прозрачного материала, 7 излучение от источника света (не показанного на чертеже), падающее на отражатель, А-А, Б-Б сечение отражателя через зазор между элементами 2 и 3. The reflector contains prismatic elements 1-3 with an external reflective coating, gaps 4 between the prismatic elements, the substrate 5, the prismatic element 6 of an optically transparent material, 7 radiation from a light source (not shown in the drawing), incident on the reflector, A-A, B -B section of the reflector through the gap between elements 2 and 3.

Изображенный на фиг. 1 вариант исполнения оптического отражателя показан со стороны падающего на него света (фиг. 1) и в сечении А-А, проходящем через ось симметрии отражателя (фиг. 2). Сплошной линией показана отражающая поверхность призматического элемента 1 для случая трех прямых двугранных углов между отражающими поверхностями, а пунктирная линия соответствует отклонению от этого случая. Подложка 5 показана с вогнутой поверхностью (кривизна для наглядности сильно преувеличена). Depicted in FIG. 1, an embodiment of the optical reflector is shown from the side of the incident light (Fig. 1) and in section AA, passing through the axis of symmetry of the reflector (Fig. 2). The solid line shows the reflective surface of the prismatic element 1 for the case of three straight dihedral angles between the reflective surfaces, and the dashed line corresponds to the deviation from this case. Substrate 5 is shown with a concave surface (curvature is greatly exaggerated for clarity).

Изображенный на фиг. 3 вариант исполнения соответствует случаю, когда взамен элемента 1 установлен призматический элемент 6 из оптически прозрачного материала. На фиг. 3 показан оптический отражатель со стороны падающего на него света, а на фиг. 4 сечение Б-Б, проходящее через ось симметрии отражателя. Сплошной линией показана отражающая поверхность призматического элемента 6 для случая трех прямых двугранных углов между отражающими поверхностями, а пунктирная линия соответствует отклонению от этого случая. Подложка 5 показана с выпуклой поверхностью (кривизна сильно преувеличена, как фиг. 1). Depicted in FIG. 3, the embodiment corresponds to the case when a prismatic element 6 of optically transparent material is installed instead of element 1. In FIG. 3 shows an optical reflector from the side of the incident light, and in FIG. 4 section BB passing through the axis of symmetry of the reflector. The solid line shows the reflective surface of the prismatic element 6 for the case of three straight dihedral angles between the reflective surfaces, and the dashed line corresponds to the deviation from this case. The substrate 5 is shown with a convex surface (curvature is greatly exaggerated, as in Fig. 1).

Оптический отражатель работает следующим образом. The optical reflector operates as follows.

Излучение 7 от источника света, не показанного на чертеже, попадает на двугранный угол, образованный отражающими поверхностями призматических элементов 2 и 3. Если они образуют прямой угол, то излучения далее попадает на отражающую поверхность призматического элемента 1. При условии, что двугранные углы между отражающими поверхностями элементов 1 и 2, а также 1 и 3 прямые, излучение отражается строго в обратном направлении. Если двугранные углы отличаются от прямых, например, на одинаковые угловые величины, то излучение отклоняется от строго обратного направления, как это показано на фиг. 2. Для того, чтобы изменить направление излучения, например, на строго обратное, при скреплении призматических элементов 1-3 с подложкой 5 можно изменить двугранные углы за счет скольжения сферических вспомогательных поверхностей призматических элементов 1-3 по сферической поверхности подложки 5. После получения нужного направления отраженного излучения призматические элементы 1-3 скрепляются с подложкой 5. Radiation 7 from a light source not shown in the drawing falls on a dihedral angle formed by the reflective surfaces of the prismatic elements 2 and 3. If they form a right angle, then the radiation then falls on the reflective surface of the prismatic element 1. Provided that the dihedral angles between the reflective the surfaces of elements 1 and 2, as well as 1 and 3 are straight, the radiation is reflected strictly in the opposite direction. If the dihedral angles differ from the straight lines, for example, by the same angular values, then the radiation deviates from the strictly opposite direction, as shown in FIG. 2. In order to change the direction of radiation, for example, to exactly the opposite, when bonding the prismatic elements 1-3 with the substrate 5, you can change the dihedral angles by sliding the spherical auxiliary surfaces of the prismatic elements 1-3 on the spherical surface of the substrate 5. After receiving the desired the directions of the reflected radiation prismatic elements 1-3 are attached to the substrate 5.

Вариант исполнения, изображенный на фиг. 2, отличается тем, что излучение дополнительно проходит две плоские преломляющие поверхности на катетных гранях призматического элемента 6. Преломление на этих поверхностях несколько меняет ход лучей, но не принципиально. Введение призматического элемента 6 из оптически прозрачного материала позволяет использовать не только отражение от металлизированных поверхностей, но и полное внутреннее отражение от гипотенузной поверхности призматического элемента 6. Это, в свою очередь, позволяет не только повысить коэффициент отражения, но и использовать изменение поляризации света, падающего на границу воздух-диэлектрик. The embodiment depicted in FIG. 2, characterized in that the radiation additionally passes through two flat refractive surfaces on the leg faces of the prismatic element 6. Refraction on these surfaces somewhat changes the course of the rays, but not fundamentally. The introduction of the prismatic element 6 from an optically transparent material allows using not only reflection from metallized surfaces, but also total internal reflection from the hypotenous surface of the prismatic element 6. This, in turn, allows not only to increase the reflection coefficient, but also to use a change in the polarization of the light incident to the air-insulator interface.

Разные углы между отражающими поверхностями элементов и дополнительными поверхностями позволяют в широких пределах менять углы отклонения от направления падающего света при использовании оптических отражателей в разных устройствах. При определении величин двугранных углов у дополнительных сферических поверхностей за образующую принимается совокупность хорд этих поверхностей. Different angles between the reflecting surfaces of the elements and additional surfaces allow a wide range to change the deviation angles from the direction of incident light when using optical reflectors in different devices. When determining the dihedral angles of additional spherical surfaces, a set of chords of these surfaces is taken as a generatrix.

Соединение сферических поверхностей призматических элементов 1-3, 6 с подложкой 5 может быть механическим, иммерсионным, с использованием оптического, в том числе глубокого, контакта и склейкой. The connection of the spherical surfaces of the prismatic elements 1-3, 6 with the substrate 5 can be mechanical, immersion, using optical, including deep, contact and gluing.

Наиболее важной особенностью оптического отражателя является то, что при соединении сферических поверхностей за счет скольжения их друг по другу можно выбирать ошибки изготовления углов у призматических элементов. За счет этого уменьшаются углы между частями отраженного волнового фронта, т.е. повышается качество отраженного излучения. The most important feature of the optical reflector is that when connecting spherical surfaces due to their sliding on each other, it is possible to choose manufacturing errors for angles of prismatic elements. Due to this, the angles between the parts of the reflected wave front decrease, i.e. the quality of the reflected radiation increases.

Claims

1. OPTICAL REFLECTOR in the form of three orthogonal reflective surfaces made of a substrate and three prismatic elements connected to it, each of which has one flat reflective surface and an auxiliary surface located at an angle to it, in contact with the substrate, and the prismatic elements face three sides from the axis of the trihedral angle, characterized in that the auxiliary surfaces of the prismatic elements and the surface of the substrate are made spherical with equal but opposite sign radii of curvature.

2. The reflector according to claim 1, characterized in that one of the prismatic elements is made of an optically transparent material in the form of a truncated rectangular prism with one reflective and two refracting surfaces, the auxiliary being a truncated surface, which makes an angle exceeding 90 ^o with the reflecting surface while the truncated cathet face faces the axis of the trihedral angle, and the main section of this prismatic element passes between the remaining prismatic elements.