RU2621217C1

RU2621217C1 - Focusing lensed object-glass

Info

Publication number: RU2621217C1
Application number: RU2016113064A
Authority: RU
Inventors: Виктор Васильевич Шевченко
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2017-06-01

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: object-glass can be used to concentrate the energy of the electromagnetic field, as well as to create an image of the object in the ranges from superhighwave (microwave) and to optical inclusive. The object-glass contains focusing lens, an extra second lens and lens holder tube at its ends. The additional lens is designed so that the radiation from the electromagnetic wave source transformed by the first lens into a converging spherical wave passes without changing its structure through both boundaries of the additional lens and the material medium boundary adjacent to it and the direction of the front of the converging spherical wave is orthogonal to the upper edge of the additional lens, The radius of curvature of the upper boundary of which is equal to R_B= (r²+a²)^1/2, where r is the inner radius of the lens holder tube, a - the distance from the center of the lower end of the tube along its axis to the point of focusing of radiation in the medium. Equality of the curvature radii of the lower boundary of the lens and the surrounding boundary of the medium is fulfilled, and the refractive indices of the additional lens and medium materials are equal.

EFFECT: saving the focusing of electromagnetic radiation passing through the boundary and the shape of the object in the image.

3 dwg

Description

Изобретение относится к микроволновой технике, к устройствам, осуществляющим концентрацию энергии электромагнитного поля в свободном пространстве или в материальных средах, а также создающим изображения объектов (радиовидение) в частотных диапазонах от сверхвысокочастотного (СВЧ) далее КВЧ, ГВЧ до оптического включительно (Радиовидение. Российский энциклопедический словарь. М.: Большая Российская энциклопедия. 2001, книга 2, стр. 1288).The invention relates to microwave technology, to devices that carry out the concentration of electromagnetic field energy in free space or in material media, and also create images of objects (radio) in the frequency ranges from microwave (microwave), then UHF, UHF to optical inclusive (Radio. Russian encyclopedic Dictionary, Moscow: Big Russian Encyclopedia. 2001, Book 2, p. 1288).

Аналогами патентуемого устройства являются фокусирующие линзы и линзовые объективы, выполненные из соответствующих материалов, прозрачных в указанных частотных диапазонах, при распространении электромагнитных волн в свободном пространстве или в однородных средах (Линза. Физическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1990, том 2, стр. 591-592. Объектив. Физическая энциклопедия. М.: Большая Российская энциклопедия, 1992, том 3, стр. 392-393).Analogs of a patented device are focusing lenses and lenses made of appropriate materials that are transparent in the indicated frequency ranges when electromagnetic waves propagate in free space or in homogeneous media (Lens. Physical Encyclopedia. M .: Soviet Encyclopedia, 1990, Volume 2, p. 591-592, Objective, Physical Encyclopedia, Moscow: Big Russian Encyclopedia, 1992, Volume 3, pp. 392-393).

Наиболее близким к патентуемому устройству является фокусирующий линзовый объектив, который может служить прототипом, содержащий фокусирующую линзу и вспомогательную линзу, улучшающую фокусирующие свойства основной линзы, например уменьшение аберрации, при распространении электромагнитных волн в свободном пространстве или в однородной среде (см. ссылку выше: Объектив …).Closest to the patented device is a focusing lens, which can serve as a prototype, containing a focusing lens and an auxiliary lens that improves the focusing properties of the main lens, for example, reducing aberration when electromagnetic waves propagate in free space or in a homogeneous environment (see link above: Lens ...).

Недостаток такого объектива, однако, состоит в том, что при переходе сфокусированного им излучения из свободного пространства в материальную среду через ее границу происходит расфокусировка и, следовательно, существенное уменьшение концентрации поля в области локализации излучения, при этом имеет место искажение в изображении формы объекта при применении указанного объектива в радиовидении (Шевченко В.В. О локализации сходящейся сферической волны, проходящей через плоскую границу среды. Радиотехника и электроника. 2016. Том 61. №5, стр. 442-446).The disadvantage of this lens, however, is that when the radiation focused by it passes from free space to the material medium through its boundary, defocusing occurs and, therefore, a significant decrease in the field concentration in the radiation localization region occurs, and there is a distortion in the image of the object’s shape when the use of this lens in radio vision (V. Shevchenko, On the localization of a converging spherical wave passing through a flat medium boundary. Radio engineering and electronics. 2016. Volume 61. No. 5, p. 442-4 46).

Целью предлагаемого устройства - фокусирующего линзового объектива - является реализация возможности сохранения фокусировки проходящего через границу среды излучения. Предлагаемое устройство содержит для этого дополнительную линзу, которая обеспечивает сохранение фокусировки сходящейся сферической волны, созданной основной линзой, при прохождении этой волны в материальную среду через ее границу.The purpose of the proposed device is a focusing lens lens is the realization of the possibility of maintaining the focus of radiation passing through the boundary of the medium. The proposed device contains an additional lens for this, which ensures that the focusing of the converging spherical wave created by the main lens is maintained when this wave passes into the material medium through its boundary.

Существо изобретения поясняется на чертежах, где: фиг. 1 - структурная схема устройства при применении к плоской границы среды; фиг. 2 - описание формы дополнительной линзы при прохождении излучения через выпуклую по отношению к среде границу; фиг. 3 - описание формы дополнительной линзы при прохождении излучения через вогнутую границу среды.The invention is illustrated in the drawings, where: FIG. 1 is a block diagram of a device when applied to a flat boundary of a medium; FIG. 2 - a description of the shape of an additional lens when radiation passes through a boundary convex with respect to the medium; FIG. 3 - description of the shape of an additional lens when radiation passes through a concave boundary of the medium.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, иллюстрирующая его применение при прохождении излучения через плоскую границу среды. Устройство содержит две линзы: обычную фокусирующую линзу 1 и дополнительную линзу 2, расположенные соответственно на верхнем и нижнем торцах трубки 3 - механического держателя линз. Устройство нижним торцом непосредственно прилегает к границе среды 4.In FIG. 1 is a block diagram of a device illustrating its use in the passage of radiation through a plane boundary of a medium. The device contains two lenses: a conventional focusing lens 1 and an additional lens 2 located respectively on the upper and lower ends of the tube 3 - a mechanical lens holder. The bottom end device is directly adjacent to the boundary of the medium 4.

В качестве концентратора электромагнитного поля в среде устройство работает следующим образом. Расходящаяся сферическая волна от излучающей точки источника поля на высоте a₀ от границы среды преобразуется линзой 1 в сходящуюся сферическую волну, которая проходит без изменения структуры поля сначала через верхнюю границу дополнительной линзы 2, при этом направление прохождения фронта волны ортогонально верхней границе линзы, затем через нижнюю границу линзы 2 и одновременно через прилегающую к ней границу среды 4. При этом показатель преломления материала дополнительной линзы должен быть равным или близким к показателю преломления среды 4. В результате прошедшая сходящаяся волна фокусируется в среде на глубине -а.As a concentrator of the electromagnetic field in the medium, the device operates as follows. A diverging spherical wave from the emitting point of the field source at a height a ₀ from the boundary of the medium is converted by lens 1 into a converging spherical wave, which passes without changing the field structure first through the upper boundary of the additional lens 2, while the direction of the wave front is orthogonal to the upper boundary of the lens, then through the lower boundary of the lens 2 and simultaneously through the adjacent boundary of the medium 4. The refractive index of the material of the additional lens should be equal to or close to the refractive index I am medium 4. As a result, the transmitted converging wave is focused in the medium at a depth - a .

Как уже сказано, на фиг. 1 нижняя граница дополнительной линзы и прилегающая к ней граница среды показаны плоскими. Фиг. 2 и фиг. 3 иллюстрируют случаи, когда граница среды оказывается выпуклой и вогнутой, соответственно, по отношению к среде.As already mentioned, in FIG. 1, the lower boundary of the additional lens and the adjacent medium boundary are shown flat. FIG. 2 and FIG. 3 illustrate cases when the boundary of the medium is convex and concave, respectively, with respect to the medium.

Для выполнения работы предлагаемого устройства при заданных расстояниях расположения источника a₀ над границей среды и области фокусировки в среде на глубине а его параметры должны удовлетворять в параксиальном приближении следующим соотношениям: фокусное расстояние фокусирующей линзы (фиг. 1) F=(a ₀-b)(a+b)/(а ₀+а), где b - длина трубки-держателя линз; радиус кривизны верхней границы дополнительной линзы R_B=(а ²+r²)^1/2, где r - внутренний радиус трубки-держателя линз; наибольшая толщина в центре дополнительной линзы d=R_B-а±r²/(2R_C), где R_C - абсолютное значение радиуса кривизны границы среды, верхний знак для выпуклой границы, нижний - для вогнутой, в частности для плоской границы R_C=∞ и d=R_B-а; показатель преломления материала дополнительной линзы n_Л=n, где n - показатель преломления среды, внутри которой осуществляется фокусировка на соответствующей частоте электромагнитного поля. Радиус кривизны нижней границы дополнительной линзы R_H=±R_C.To perform the work of the proposed device at given distances of the source location a ₀ above the boundary of the medium and the focusing region in the medium at a depth a, its parameters must satisfy, in a paraxial approximation, the following relations: focal length of the focusing lens (Fig. 1) F = ( a ₀ -b) ( a + b) / ( a ₀ + a ), where b is the length of the lens holder tube; the radius of curvature of the upper boundary of the additional lens R _B = ( a ² + r ² ) ^1/2 , where r is the inner radius of the lens holder tube; the greatest thickness in the center of the additional lens is d = R _B - а ± r ² / (2R _C ), where R _C is the absolute value of the radius of curvature of the medium boundary, the upper sign for the convex boundary, the lower sign for the concave, in particular for the flat boundary R _C = ∞ and d = R _B - a ; the refractive index of the material of the additional lens is n _L = n, where n is the refractive index of the medium inside which is focused on the corresponding frequency of the electromagnetic field. The radius of curvature of the lower boundary of the additional lens R _H = ± R _C.

Указанные параметры сохраняются при использовании фокусирующего линзового объектива в качестве устройства радиовидения. Рассеянное от других источников объектом, расположенным в среде на глубине -а, излучение проходит через границу среды и границы дополнительной линзы, сохраняя свою структуру, и далее фокусируется верхней линзой в виде изображения объекта на высоте а ₀.The indicated parameters are saved when using a focusing lens as a radio-vision device. The scattered from other sources object located at a depth in the medium - and, the radiation passes through the boundary of the medium, and additional boundary lens retaining its structure, and further focuses upper lens as an image of the object at a height of a _0.

Таким образом, технический результат предлагаемого технического решения состоит в сохранении фокусировки проходящего через границу среды электромагнитного излучения и сохранение формы объекта в изображении объекта при использовании предлагаемого объектива в радиовидении.Thus, the technical result of the proposed technical solution consists in maintaining the focus of electromagnetic radiation passing through the medium boundary and maintaining the shape of the object in the image of the object when using the proposed lens in radio vision.

Claims

A focusing lens containing a focusing lens, an additional second lens and a lens holder tube at its ends, characterized in that the additional lens is shaped and inserted into the device so that the radiation from the source of electromagnetic waves transformed by the first lens into a converging spherical wave passes unchanged of its structure through both boundaries of the additional lens and the adjacent boundary of the material medium and the direction of passage of the front of the specified converging spherical wave was ortho which is gonal to the upper boundary of the additional lens, the radius of curvature of the upper boundary of which is R _B = (r ² + а ² ) ^1/2 , where r is the inner radius of the lens holder tube, and is the distance from the center of the lower end of the tube along its axis to the focus point radiation in the medium, while the equality of the radii of curvature of the lower boundary of the lens and the adjacent boundary of the medium and the equality of the refractive indices of the materials of the additional lens and the medium at the corresponding frequency of the radiation field are fulfilled.