многоходовая зеркальная система высокого пространственного разрешения

Формула изобретения

МНОГОХОДОВАЯ ЗЕРКАЛЬНАЯ СИСТЕМА ВЫСОКОГО ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАЗРЕШЕНИЯ, содержащая источник и приемник излучения, расположенные симметрично относительно плоскости, проходящей через оптическую ось, на которой установлены два противостоящих зеркальных объектива, а также два отражателя, оптически сопряженные между собой через соответствующий зеркальный объектив, отличающаяся тем, что, с целью повышения светосилы и упрощения конструкции, отражатели выполнены вогнутыми со сферическими поверхностями и расположены относительно зеркальных объективов на расстоянии, равном радиусам кривизны сферических поверхностей, при этом отражатели расположены противоположно друг другу относительно плоскости симметрии приемника и источника излучения вне зоны прохождения световых лучей между зеркальными объективами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптическим системам с отражающими поверхностями, и может быть использовано при исследовании физических и химических свойств микропроб веществ, а также при исследовании плазменных образований.

Известна многоходовая оптическая система, содержащая источник и три вогнутых зеркала равной кривизны, из которых первое и второе установлены рядом и выполняют функцию объективов, а третье, противолежащее на расстоянии радиуса кривизны, является коллективом, на котором формируются промежуточные изображения источника [1].

Пространственное разрешение такой системы определяется размерами зеркал-объективов и падает с увеличением числа прохождений излучения.

Наиболее близким решением к изобретению является многоходовая зеркальная система, содержащая два противостоящих объектива и два плоских отражателя, установленных на оптической оси между ними, а также источник и приемник излучения, при этом сфокусированный пучок излучения от источника последовательно отражается от объективов и отражателей, многократно собираясь в точке концентрации энергии [2].

Однако эта система имеет недостаточную светосилу из-за неполного использования поверхности зеркальных объективов. При этом светосила резко падает при неточной установке объективов и отражателей из-за высокой чувствительности системы к разъюстировке. Кроме того, система имеет сложную конструкцию юстировочных креплений отражателей, обусловленную необходимостью их точной установки и поворота одного из них для изменения числа прохождений в пространстве, ограниченном со всех сторон проходящими пучками лучей.

Целью изобретения является повышение светосилы и упрощение конструкции системы.

Цель достигается тем, что в многоходовой зеркальной системе высокого пространственного разрешения, содержащей источник и приемник излучения, расположенные симметрично относительно плоскости, проходящей через оптическую ось, на которой установлены два противостоящих зеркальных объектива, а также два отражателя, оптически сопряженных между собой через соответствующий зеркальный объектив, отражатели выполнены вогнутыми со сферическими поверхностями и расположены относительно зеркальных объективов на расстоянии, равном радиусам кривизны сферических поверхностей, при этом отражатели расположены противоположно друг другу относительно плоскости симметрии приемника и источника излучения вне зоны прохождения световых лучей между зеркальными объективами.

Отражатели в данной зеркальной системе не перекрывают пучки света к объективам, что позволяет полностью использовать поверхность объективов, и, следовательно, система имеет максимально возможную светосилу. Кроме этого при таком расположении отражателей упрощается конструкция крепления и юстировки отражателей.

Выполнение отражателей вогнутыми, сферическими снижает чувствительность системы к разъюстировкам по сравнению с плоскими отражателями. При неизбежных разъюстировках и смещениях плоских отражателей световые пятна по мере увеличения числа ходов увеличиваются в размерах, а световые пучки, падающие на объективы, обрезаются оправами этих объективов, что приводит к снижению светосилы системы.

На чертеже показана оптическая схема зеркальной системы и ход лучей при 10-кратном прохождении их в зеркальной системе.

Многоходовая зеркальная система содержит два противостоящих зеркальных сферических объектива 1 и 2, расположенных таким образом, что их сагиттальные сечения симметричны относительно точки О концентрации световой энергии, а оптические оси меридиальных сечений параллельны друг другу. Выше и ниже сагиттальной плоскости системы расположены вогнутые сферические отражатели 3 и 4, обращенные отражающими поверхностями к объективам 1 и 2 соответственно. Зеркальные сферические объективы 1 и 2 и вогнутые отражатели 3 и 4 установлены таким образом по отношению к точке О, что центры О₃ и О₄ отражателей 3 и 4 оптически сопряжены с точкой О с помощью объективов 1 и 2 соответственно. Центры кривизны С₃ и С₄ отражателей 3 и 4 расположены на поверхности объективов 1 и 2 соответственно. При этом центр С₄ совпадает с вершиной Р₂ объектива 2, а центр С₃ смещен относительно вершины Р₁ объектива 1 на величину Р₁С₃. Сбоку, вплотную к объективу 1, установлен источник 5 излучения с оптической системой 6 перед ним и приемник 7 излучения, установленный над источником 5, с оптической системой 8 перед ним. Для изменения числа прохождений излучения в системе отражатель 3 установлен с возможностью углового перемещения вокруг оси КL, которая перпендикулярна плоскости С₃O₃P₁.

Система работает следующим образом.

Пучок излучения от источника 5 проходит оптическую систему 6, которая формирует сходящийся к отражателю 3 пучок. Отразившись от него, пучок попадает на объектив 1, где образуется световое пятно М₁, расположенное симметрично выходному зрачку оптической системы 6 относительно точки С₃. Поскольку центр О₃ отражателя 3 с помощью объектива 1 оптически сопряжен с точкой О, то, отразившись от объектива 1, пучок собирается в точке О и далее в расходящемся пучке направляется на объектив 2, где образуется световое пятно М₂. Так как точка О с помощью объектива 2 оптически сопряжена с центом О₄ зеркала 4, то, отразившись от объектива 2, пучок собирается на отражателе 4 и далее снова попадает на объектив 2, образуя на нем световое пятно М₃, расположенное симметрично пятну М₂ относительно точки О₄. Затем с помощью объектива 2 пучок собирается в точке О, далее вновь расходится и направляется на объектив 1, образуя на нем световое пятно М₄. Затем пучок снова собирается на отражателе 3, отразившись, расходится и образует на объективе 1 пятно М₅, расположенное симметрично пятну М₄ относительно точки О₃. Отразившись от объектива 1, пучок снова собирается в точке О и направляется на объектив 2.

В результате ряда аналогичных прохождений пучок совершает многократные отражения от сферических объективов 1, 2 и плоских отражателей 3, 4, а на объективах 1 и 2 в местах падения световых пучков последовательно образуется по два ряда равноотстоящих пятен. И так до тех пор, пока пучок не выйдет за пределы поверхности объектива 1 и последнее пятно не попадает на площадку приемника 7.

Проходя между объективами 1 и 2, пучок каждый раз собирается в точке О, что позволяет достичь высокого пространственного разрешения. Количество световых пятен на каждом из объективов 1 и 2 равно числу прохождений пучка через точку О. Расстояния между световыми пятнами в ряду одинаковы и равны удвоенному отрезку Р₁С₃. Увеличение числа прохождений в системе производится поворотом отражателя 3 вокруг оси KL, при этом центр С₃ скользит по поверхности объектива 1 в сторону точки Р₁, уменьшая расстояние Р₁С₃ и, следовательно, расстояние между пятнами.

Данная конструкция с вогнутыми сферическими отражателями допускает значительно большие продольные и поперечные смещения и разъюстировки без заметного уменьшения светосилы системы. Кроме этого снижение требований к точности установки отражателей приводит к упрощению конструкции юстировочных приспособлений, а значит, и всей системы в целом.

Система позволяет исследовать оптические свойства (поглощение, пропускание и рассеяние излучения) микропроб веществ и может найти применение, например, в газовой хроматографии. При этом микрокювета с исследуемым веществом помещается в область точки концентрации световой энергии. Система позволяет также исследовать свойства плазменных образований, разрядов и пламен, также как рассеяние излучения на свободных электронах (рассеяние Томсона).