способ управления оптической системой и управляемая оптическая система

Формула изобретения

1. Способ управления оптической системой путем регулирования положения в пространстве ее фокуса, включающий изменение кривизны свободной параболической поверхности столба жидкости путем изменения частоты вращения столба жидкости вокруг вертикальной оси, отличающийся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик процесса управления, одновременно перемещают свободную параболическую поверхность столба жидкости вдоль оси вращения на величину, зависящую от величины и знака изменения частоты вращения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при увеличении частоты вращения свободную параболическую поверхность столба жидкости перемещают вниз, а при уменьшении частоты вращения - вверх.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что свободную параболическую поверхность перемещают путем изменения высоты столба жидкости.

4. Управляемая оптическая система, содержащая вертикально расположенный цилиндрический сосуд с оптически прозрачным основанием, частично заполненный жидкостью и установленный в роторе электродвигателя, выполненном полым с торцевыми отверстиями, соответствующими основанию сосуда, отличающаяся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик системы, нижняя часть сосуда, выступающая из ротора и полностью заполненная жидкостью, снабжена симметрично расположенными по цилиндрической поверхности сквозными одинаковыми отверстиями, закрытыми эластичным материалом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам, предназначенным для преобразования оптического изображения.

Известен способ управления оптической системой путем регулирования положения в пространстве ее фокуса, включающий измерение коэффициента преломления пористого оптического элемента в зависимости от изменения концентрации паров в среде размещения оптического элемента [1] .

Известна также управляемая оптическая система, содержащая по крайней мере один пористый оптический элемент, установленный в полом герметичном корпусе с прозрачными окнами, в котором размещен регулятор концентрации паров жидкости в полости корпуса.

Недостатком аналогов является низкое быстродействие при необходимости перестройки фокусного расстояния из-за медленных процессов диффузии паров в поры линзы и обратно.

Известен также способ управления оптической системой, выбранный за прототип, путем регулирования положения в пространстве ее фокуса, включающий изменение кривизны свободной параболической поверхности жидкости в сосуде в зависимости от изменения скорости вращения его вокруг вертикальной оси [2] .

Известна также управляемая оптическая система, выбранная за прототип, содержащая вертикально расположенный цилиндрический сосуд с жидкостью, установленный во вращающуюся обойму, приводимую во вращение электродвигателем, имеющим статор, ротор и, по крайней мере, один подшипник, причем сосуд выполнен из оптически прозрачного материала и установлен в роторе электродвигателя, выполненным полым с торцовыми отверстиями, соответствующими торцовым поверхностям сосуда, при этом опорой вращения полого ротора, установленного в подвижной части подшипника является его наружная поверхность.

Недостатками являются плохие динамические характеристики и прежде всего быстродействие при переходе с одного фокусного расстояния на другое, связанное с инерционностью вращающейся жидкости, а также большая динамическая ошибка при отслеживании системой заданного изменения положения фокуса в пространстве.

Целью изобретения является улучшение динамических характеристик.

С этой целью в известном способе управления оптической системы путем регулирования положения в пространстве ее фокуса, включающем изменение кривизны свободной параболической поверхности столба жидкости в зависимости от изменения скорости вращения его вокруг вертикальной оси, одновременно перемещают свободную параболическую поверхность столба жидкости вдоль оси вращения на величину, зависящую от величины и знака изменения скорости вращения.

С этой же целью при увеличении скорости вращения свободно параболическую поверхность столба жидкости перемещают вниз, а при уменьшении скорости вращения - вверх.

С этой же целью свободную параболическую поверхность перемещают путем изменения высоты столба жидкости.

Эта же цель достигается тем, что в известной управляемой оптической системе, содержащей вертикально расположенный цилиндрический сосуд с оптически прозрачными основаниями, частично заполненный жидкостью и установленный в роторе электродвигателя, выполненном полым с торцовыми отверстиями, соответствующими основаниям сосуда, нижняя часть сосуда, выступающая из ротора и полностью заполненная жидкостью снабжена симметрично расположенными по цилиндрической поверхности одинаковыми отверстиями, закрытыми эластичным материалом.

На чертеже изображена управляемая оптическая система, причем правая ее часть (от оси вращения) соответствует неподвижному состоянию, а левая часть - вращению. Система содержит полый вертикально установленный ротор 1 электродвигателя (не показан), в котором соосно и жестко закреплен цилиндрический сосуд 2 с оптически прозрачными крышками 3 и 4. Сосуд 2 частично заполнен жидкостью 5. В нижней части сосуда 2, полностью заполненной жидкостью и выступающей за кромку 6 ротора 1, имеются симметрично расположенные друг относительно друга и оси вращения 7 сквозные одинаковые отверстия 8, закрытые эластичным материалом 9.

Система работает следующим образом. В неподвижном состоянии свободная поверхность жидкости 5 в сосуде 2 горизонтальна, следовательно, имеет нулевую кривизну, а фокус ее находится в бесконечности. При включении электродвигателя ротор 1 начинает вращаться вокруг вертикальной оси, жидкость в сосуде 2 увлекается вращением, ее свободная поверхность начинает прогибаться вниз, приобретая форму параболоида вращения. Кривизна К параболы в ее вершине обратно пропорциональна фокусному расстоянию F, т. е. K = . Тогда при увеличении кривизны К фокусное расстояние свободной поверхности жидкости 5 уменьшается и фокус из бесконечности опускается по оси вращения вниз. Чем больше скорость, а следовательно, и кривизна, тем ниже опускается фокус. Одновременно с этим из-за действия центробежных сил на жидкость 5 в отверстиях 8 эластичный материал 9 в этих отверстиях начинает прогибаться в сторону от оси вращения. Чем больше скорость вращения, тем меньше высота столба вращающейся жидкости. Параболоид вращения опускается, увлекая за собой и свой фокус. Таким образом, одновременно происходят два движения фокуса вниз. При уменьшении скорости вращения ротора происходят аналогичные движения фокуса только вверх по оси вращения, поскольку из-за уменьшения центробежных сил кривизна параболоида уменьшается, а уровень свободной поверхности жидкости 5 повышается, поскольку эластичный материал 9 в отверстиях 8 возвращается ближе к исходному состоянию.

Таким образом, благодаpя синфазному действию двух движений, направленных на перемещение фокуса вдоль оптической оси, достигается высокое быстродействие системы управления и уменьшение динамических ошибок в режимах перемещения фокуса.

Оптическая система может работать как на отражение (зеркало), так и на пропускание (линза) лучистой энергии, что определяется степенью прозрачности жидкости.