Устройство автоматического управления положением фокуса световых пучков

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ ФОКУСА СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники НАН Беларуси(72) Авторы Конойко Алексей Иванович Поляков Владимир Иванович Ярмолицкий Вячеслав Феликсович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники НАН Беларуси(57) Устройство автоматического управления положением фокуса световых пучков, содержащее оптически связанные первый фокусирующий объектив, исполнительный механизм, отличающееся тем, что содержит оптически связанный с исполнительным механизмом второй фокусирующий объектив, причем исполнительный механизм расположен между первым и вторым фокусирующими объективами и выполнен в виде оптически связанных каскадов, каждый из которых содержит переключатель плоскости поляризации, выполненный с возможностью приложения управляющего электрического поля, и анализатор поляризации, причем толщина анализаторов последовательно удвоена от каскада к каскаду, а оси наведенной анизотропии переключателей плоскости поляризации ориентированы под углом 45 к плоскости поляризации входного светового пучка и к осям анизотропии анализаторов поляризации.(56) Кокоулин Ф.И., Полещук А.Г. Исполнительные устройства автоматической фокусировки, 1979. - С. 21-24.2092882 1, 1997.2029977 1, 1995.0455249 2, 1991.515770 , 1992.63115130 , 1988. Изобретение относится к технике управления оптическим излучением, в частности может применяться в оптических системах с адресуемым в цифровом коде высокоточным положением фокуса. Известна электрооптическая линза 1 с управляемым электрическим полем фокусным расстоянием, содержащая рабочее тело, выполненное из электрооптического материала, и сложную систему электродов, представляющую собой набор боковых электродов, окаймляющих рабочее тело линзы и двух прозрачных торцевых электродов в виде поверхности вращения вокруг оси устройства. Устройство не может обеспечить высокую точность фокусировки, тем более в воспроизводимом режиме, поскольку относится к так называемым аналоговым электрооптическим устройствам, в которых функциональные параметры определяются величиной управляющих напряжений, и поэтому чувствительны к флуктуациям этих напряжений и зависят от изменения оптических характеристик рабочего тела (оптического материала) в процессе эксплуатации, связанных с внешним и внутренним термическим, механическим и т.п. воздействиями, а также от точности ориентации и изготовления сложной системы электродов. Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство автоматической фокусировки 2, основанное на использовании электродинамического или пьезоэлектрического исполнительных механизмов и механического перемещения фокусирующего объектива. Устройство не может обеспечить высокую точность фокусировки, тем более в воспроизводимом режиме, поскольку предполагает механическое перемещение фокусирующего объектива и связанный с ним перекос, а также с недостаточной временной стабильностью характеристик исполнительного механизма. Технической задачей изобретения является увеличение точности фокусировки в воспроизводимом режиме. Поставленная техническая задача решается тем, что устройство автоматического управления положением фокуса световых пучков, содержащее оптически связанные первый фокусирующий объектив, исполнительный механизм, дополнительно содержит оптически связанный с исполнительным механизмом второй фокусирующий объектив, причем исполнительный механизм расположен между первым и вторым фокусирующими объективами и выполнен в виде оптически связанных каскадов, каждый из которых содержит переключатель плоскости поляризации, выполненный с возможностью приложения управляющего электрического поля, и анализатор поляризации, причем толщина анализаторов последовательно удвоена от каскада к каскаду, а оси наведенной анизотропии переключателей плоскости поляризации ориентированы под углом 45 к плоскости поляризации входного светового пучка и к осям анизотропии анализаторов поляризации. Увеличение точности фокусировки в воспроизводимом режиме достигается за счет оригинального решения вопроса немеханического дискретного переключения местоположением плоскости фокусировки за счет ступенчатого, практически, идеально воспроизводимого изменения местоположения предметной плоскости второго фокусирующего объектива при помощи использования в качестве исполнительного механизма совокупности каска 2 5736 1 дов, состоящих из переключателей плоскостей поляризации и анализаторов плоскости поляризации. Сущность изобретения поясняется на фигуре, где 1 - первый фокусирующий объектив 2 - исполнительный механизм 3 - переключатель плоскости поляризации 4 - анализатор плоскости поляризации 5 - второй фокусирующий объектив 6 - исходное положение плоскости фокусировки 7 - конечное положение плоскости фокусировки. Устройство содержит первый фокусирующий объектив 1 исполнительный механизм 2, состоящий из оптически связанных каскадов, каждый из которых содержит переключатель плоскости поляризации 3 и анализатор плоскости поляризации 4, причем толщина анализаторов плоскости поляризации 4 последовательно удваивается от каскада к каскаду второй фокусирующий объектив 5. Переключатели плоскости поляризации 3 выполнены в виде поляризационных электрооптических модуляторов с кристаллами-среза на продольном электрооптическом эффекте Поккельса, приложение управляющего электрического поля в которых осуществляется при помощи кольцевых электродов, расположенных на торцевых гранях кристаллов. Анализаторы плоскости поляризации 4 световых пучков выполнены в виде плоскопараллельных пластин из кристалла СаСО 3, оптическая ось которых параллельна входной и выходной грани. Устройство автоматического управления положением фокуса световых пучков работает следующим образом. В исходном состоянии падающий плоскополяризованный световой пучок, пройдя через первый фокусирующий объектив 1 и исполнительный механизм 2 как обыкновенный световой пучок, фокусируется вторым фокусирующим объективом 5 в исходном положении плоскости фокусировки 6. При подаче в зависимости от управляющего параллельного адресного цифрового кода на электроды переключателей плоскости поляризации 3 исполнительного механизма 2 управляющего напряжения световая волна распространяется через последующий анализатор плоскости поляризации 4 как обыкновенная или необыкновенная. Последнее и определяет изменение длины оптического пути светового пучка, обусловливающее смещение предметной плоскости (2) второго фокусирующего объектива 5, величину которого можно определить из выражения 2(1) 2(21) 2 ,где- число позиций переключения, которое можно получить при помощи исполнительного механизма 2, которое определяется соотношением 2, - число каскадов, состоящих из переключателей плоскости поляризации 3 и анализаторов плоскости поляризации 4 2 - минимальная величина смещения предметной плоскости второго фокусирующего объектива 5, которая может быть определена из выражения 2 2 222222, где ,- показатели преломления, соответственно, обыкновенной и необыкновенной световых волн- показатель преломления окружающей среды 2 - апертурный угол светового пучка, падающего на второй фокусирующий объектив- толщина анализатора 3 5736 1 поляризации, задающего шаг дискретного переключения предметной плоскости второго фокусирующего объектива 5. Следствием смещения предметной плоскости (2) второго фокусирующего объектива 5 является смещение его плоскости изображения, то есть плоскости фокусировки, (2) из исходного положения 6 в конечное 7, которое определяется продольным увеличением второго фокусирующего объектива. Источники информации 1. А.с. СССР 938237, МПК 02 1/03. 2. Кокоулин Ф.И., Полещук А.Г. Исполнительные устройства автоматической фокусировки // ОМП. - 1979. -8. - С. 21-24. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4