SU1695186A1

SU1695186A1 - Shadow device

Info

Publication number: SU1695186A1
Application number: SU894756345A
Authority: SU
Inventors: Ирина Наумовна Волова; Алексей Николаевич Корлев; Эдуард Иосифович Красовский; Борис Валентинович Наумов
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6681
Priority date: 1989-09-01
Filing date: 1989-09-01
Publication date: 1991-11-30

Abstract

Изобретение относитс ,к оптическим приборам, в частности к устройствам дл исследовани оптических неоднородностей в прозрачных газах и жидкост х. Целью изобретени вл етс увеличение чувствительности Устройство состоит из теневого автоколлимационного устройства, в которо дополнительно между коллимационным объективом 4 и автоколлимационным зеркалом 6 введен оптический клин 5 с нанесенным ма одной его грани светоделите ькым покрытием , рабоча поверхность визуализирующей диафрагмы 7 теневого устройства выполнена в виде зеркальной полоски, расположенной вдоль рабочей кромки диафрагмы , а на остальную часть ее поверхности нанесено черное матовое покрытие . Дл образовани теневой картины используетс одно из р да изображений световой диафрагмы 3, образованных в фокальной плоскости коллимационного объектива 4. 1 ил.The invention relates to optical devices, in particular, devices for studying optical inhomogeneities in transparent gases and liquids. The aim of the invention is to increase the sensitivity of the device. The device consists of a shadow autocollimation device, in which an optical wedge 5 is inserted between the collimation lens 4 and the autocollimation mirror 6 and an optical wedge 5 is applied with the coated one of its beams, which has a split surface, located along the working edge of the diaphragm, and on the rest of its surface a black matte coating is applied. To form a shadow pattern, one of a series of images of the light diaphragm 3, formed in the focal plane of the collimation lens 4, is used. 1 Il.

Description

0000

оabout

Изобретение относитс к технической физике, в частности к области приборостроени , и может быть использовано при изучении оптических неоднородностей в аэро- и гидродинамике.The invention relates to technical physics, in particular to the field of instrumentation, and can be used in the study of optical inhomogeneities in aero- and hydrodynamics.

Цель изобретени - увеличение чувствительности .The purpose of the invention is to increase the sensitivity.

На чертеже приведен призер конкретного выполнени оптической схемы предложенного устройства,The drawing shows the prize winner of a specific optical design of the proposed device,

Теневое устройство содержит источник 1 света, конденсатор 2, световую диафрагму (СД) 3, коллимационный объектив 4, оптический клин 5, автоколлимационное (АК) зеркало 6, визуализирующую диафрагму 7 и проекционный объектив 8. Ребро клина параллельно рабочей кромке визуализирующей диафрагмы, одна из его граней, обращенна к автоколлимационному зеркалу , параллельна зеркалу, на второй грани нанесено светоделительное покрытие со средним коэффициентом зеркального отражени в рабочей области спектра /э-0,6, рабочий участок поверхности визуализирующей диафрагмы в форме полоски с нанесенным на нее зеркальным покрытием расположен вдоль ее рабочей кромки, на остальной части поверхности нанесено черное матовое покрытие, преломл ющий угол клина а определ етс соотношением:The shadow device contains a light source 1, a condenser 2, a light diaphragm (SD) 3, a collimation lens 4, an optical wedge 5, an autocollimation (AK) mirror 6, a visualizing aperture 7 and a projection lens 8. The edge of the wedge is parallel to the working edge of the visualizing diaphragm, one of its faces facing the autocollimation mirror, parallel to the mirror, a second beam splitting is applied to the second face with an average specular reflection coefficient in the working spectral region / e-0.6, the working surface area is visualized conductive diaphragm in the form of a strip coated with a mirror coating is located along the working edge, the rest of the surface coated with a black matte coating, refractive yuschy wedge angle and is determined by the relation:

4п-Г4n-G

где с - проекци ширины зеркального участка визуализирующей диафрагмы на фокальную плоскость коллимационного объектива, равна ширине изображени световой диафрагмы с учетом кружка рассе ни коллимационного объектива;where c is the projection of the width of the mirror portion of the imaging diaphragm onto the focal plane of the collimation lens, equal to the width of the image of the light diaphragm, taking into account the scattering circle of the collimation lens;

f - фокусное рассто ние коллимационного объектива;f is the focal distance of the collimation lens;

п - показатель преломлени стекла кли на.n is the refractive index of the Kli glass.

Устройство работает следующим образом ,The device works as follows

Изображение свет щегос тела источника 1 света с помощью конденсатора 2 формируетс в плоскости СД 3, расположенной а фокальной плоскости кол лимаци- онного объектива 4. Световой пучок, исход щий из СД 3 и заполн ющий апертуру коллимационного объектива 4, проходит далее в виде коллимированного пучка и падает на светоделительное покрытие клина 5, где делитс на две части. Далее часть его, прошедша через клин, падает в виде коллимированного пучка на АК-зеркзло и, отразившись от него, возвращаетс на све- тоделительне покрытие, где снова делитс на две части. Часть пучка, прошедша черезThe image of the light of the light source of the source 1 of light with the help of a capacitor 2 is formed in the plane of LED 3, located in the focal plane of the collima- tion lens 4. The light beam emanating from LED 3 and filling the aperture of the collimation lens 4 is passed as a collimated beam. and falls on the beam splitting wedge 5, where it is divided into two parts. Then, a part of it, passing through the wedge, falls in the form of a collimated beam on the AK-mirror and, having reflected from it, the coating returns to the lightening, where it is again divided into two parts. Part of the beam that went through

светоделительное покрытие и объектив 4, образует в фокальной плоскости, где расположена кромка визуализирующей диафрагмы , изображение СД первого пор дка.The beam-splitting coating and the lens 4, in the focal plane, where the edge of the imaging diaphragm is located, forms the image of the DM of the first order.

Втора часть пучка, отраженна от зеркальной поверхности светоделительного покрыти в сторону АК-зеркала, в виде коллимированного пучка, составл ющего малый угол с распростран ющимс в том жеThe second part of the beam, reflected from the mirror surface of the beam-splitting coating towards the AK mirror, is in the form of a collimated beam that makes up a small angle propagating in the same

направлении первым пучком, падает на АК- зеркало и после отражени от него возвращаетс на светоделительное покрытие и т.д. При этом после каждого последующего падени коллимированного пучка наthe first beam, falls on the AC-mirror and after reflection from it returns to the beam-splitting coating, etc. Moreover, after each subsequent fall of the collimated beam on

светоделительное покрытие часть света проходит через него и далее через объектив 4, образу в его фокальной плоскости р д изображений СД с последовательно убывающей ркостью. Каждое N-фе изображение СД образуетс световым пучком 2N раз прошедшим через исследуемый объем, и каждое соответствующее теневое изображение , которое может быть ими образовано, отличаетс по контрасту визуализируемыхThe beam splitting part of the light passes through it and further through the lens 4, forming in its focal plane a series of SD images with a successively decreasing brightness. Each N-fe image of the DM is formed by a light beam 2N times passing through the volume under study, and each corresponding shadow image that can be formed by them differs in the contrast of the visualized

неоднородностей от аналогичных изображений , которые могут быть образованы пучками , прошедшими через исследуемый объем иное число раз.inhomogeneities from similar images that can be formed by beams that have passed through the volume under study a different number of times.

Яркость каждого теневого изображени The brightness of each shadow image

(в фоновой его части), образованного от пучка следующего пор дка, ниже предыдущего в К ( 7 Гср раз за счет уменьшени ркости светового пучка при отражении от светоделительного покрыти с коэффициентом отражени р и от АК-зеркала с коэффициентом отражени pi, а также из-за поглощени а клине с коэффициентом пропускани ги в исследуемой среде, наход щейс между клином и АК-зеркзлом с(in its background part) formed from a beam of the next order, lower than the previous one in K (7 Gp times due to a decrease in the brightness of the light beam when reflected from a beam-splitting coating with a reflection coefficient p and from an AK mirror with a reflection coefficient pi, and also from - due to absorption in the wedge with the transmittance in the test medium between the wedge and the AK mirror

коэффициентом пропускани гср.transmission coefficient gsr.

Образованные в фокальной плоскости объектива 4 раздельно расположенные изображени СД наход тс на рассто ни х друг от друга, определ емых величиной угла «клина 5. С уменьшением а изображени сближаютс . При этом теневое устройство приобретает большую разрешающую способность, приближающуюс к максимально возможной. Поэтому оптимальным значением угла « вл етс така наименьша его величина, при которой при любом положении визуализирующей диафрагмы относительно изображени СД N-ro пор дка в теневом изображении неSeparately arranged images of the LEDs formed in the focal plane of the lens 4 are spaced from each other, defined by the angle of the "wedge 5." With decreasing a, the images approach each other. At the same time, the shadow device acquires a high resolution approaching the maximum possible. Therefore, the optimal angle is the smallest of all, at which, at any position of the imaging diaphragm relative to the image of the LED, the N-ro order in the shadow image is not

присутствует излучение от N-1-го и N+1-го пучков. Дл реализации в устройстве максимальной разрешающей способно.сти проекци d ширины зеркального участка визуализирующей диафрагмы на фокальную плоскость объектива 4 должна быть выбрана минимальной, равной размеру изображени СД. При этом зеркальный рабочий участок визуализирующей диафрагмы в форме полоски расположен вдоль ее рабочей кромки, на остальной части поверхности визуализирующей диафрагмы наноситс черное матовое покрытие.there is radiation from the N-1st and N + 1th beams. To realize the maximum resolution in the device. The projection d of the width of the mirror portion of the visualizing diaphragm onto the focal plane of the lens 4 must be chosen to be the minimum equal to the size of the SD image. In this case, the mirror working area of the visualizing diaphragm in the form of a strip is located along its working edge, and a black matte coating is applied on the rest of the surface of the visualizing diaphragm.

Величина угла а клина при таких требовани х определена выражениемThe magnitude of the wedge angle a under these requirements is determined by the expression

«Агде f - фокусное рассто ние объектива 4;“Agde f is the focal length of lens 4;

п - показатель преломлени стекла клина ,n is the refractive index of the wedge glass,

Грань клина, обращенна кАК-зеркалу, параллельна плоскости зеркала, чтобы при изменении среднего показател преломлени исследуемой среды, котора располагаетс между клином и АК-зеркалом, не происходило бы изменение режима работы устройства за счет смещени изображени СД относительно кромки визуализирующей диафрагмы.The face of the wedge facing the KAK mirror is parallel to the plane of the mirror so that when the refractive index of the medium under study changes, which is located between the wedge and the AK mirror, the device does not change its mode of operation due to the shift of the image of the LED to the edge of the imaging aperture.

Коэффициент отражени светодели- тельного покрыти рассчитываетс с учетом требовани получени максимального светового потока в N-м пучке.The reflection coefficient of the beam splitter is calculated taking into account the requirement of obtaining the maximum luminous flux in the Nth beam.

Дл образовани теневой картины используетс оптимально выбранный пучок световых лучей, выделенный из р да пучков , образованных клином 5 с полупрозрачным покрытием. Этот пучок имеет повышенный контраст в изображении нео- днородностей за счет многократного про- хождени света через исследуемый объем и, следовательно, повышенную чувствительность по сравнению с пучком 1-го пор дка. Выбор конкретного N-ro пучка св зан с учетом существенного убывани освещенности To form a shadow pattern, an optimally selected beam of light rays is used, separated from a series of beams formed by a wedge 5 with a translucent coating. This beam has an increased contrast in the image of inhomogeneities due to the repeated passage of light through the volume under study and, consequently, increased sensitivity compared with the 1st order beam. The choice of a specific N-ro beam is associated with a significant decrease in light intensity.

теневого изображени при увеличении N на единицу и определ етс достаточностью уровн освещенности дл работы со свето- преобразователем. который сочлен етс с предложенным устройством или дл визуального наблюдени .the shadow image at magnification N per unit and is determined by the sufficiency of the level of illumination for working with the transducer. which is associated with the proposed device or for visual observation.

Claims

The Shadow Device, which contains a light source and a condenser, an optical diaphragm, a collimation lens, an autocollimation mirror, a visualizing diaphragm and a projection lens along the beam path, characterized in that, in order to increase the sensitivity, an optical wedge between a collimation lens and an autocollimation mirror so that the edge of the click is parallel to the working edge of the imaging diaphragm, one face of the wedge faces the autocollimation On the other side, a beam-splitting coating with a reflectance in the work area of the spectrum of p 0.06 is applied to the other facets. The reflecting surface area of the imaging diaphragm in the form of a strip is located along its working edge. A black matte coating is applied to the rest of the surface. wedge selected according to ratio

n f

the irradiation area of the imaging diaphragm on the focal plane of the collimation lens is equal to the width of the image of the light diaphragm, f is the focal distance of the collimation lens, and n is the refractive index of the wedge material.

om a

where d is the projection width from