290580

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ 290580 Союз Советскил СоцналнстическилРеспуолик К ЛАТ Завозимый от патентаПК 6 02 Ь 514 1013644(18-10 аявлено 17 Х.1965 (Ле Номнтет по делам зооретений н открцтн ори Совете Министров СССР. Бюллетень2 за 1971 Опубликовано 22.Х Дата опубликован 197 ания 8.1 Ч.197 о Авторизобретени 1 но ьер (Фр ранец Мал ифо нция)аявител КОНЦЕНТРАТОР Л Ч И ЭНЕРГ Известны конц содержащие опти стему первичной концентратор, вы конуса, за которь чения. ентраторы лучиетой энергии, ческую фокусирующую сиконцентрации и вторичный полненный,в виде усеченного м размещен приемник излуВ настоящее время для повышения эффективности приемника излучения необходимо концентрировать на его чувствительной поверхности возможно большую долю энергии этого излученияв особенности, когда интенсивность излучения источника мала, например, в системах дистанционного обнаружения естественного инфракрасного излучения, исходящего от предметов или людей, в системах ночного или сучтеречного видения или фотографии, в системах электронных преобразователей изобракений или усилителей яркости, используемых в военном деле, в конструкциях сол не нных печей и т. д,Используемые для улавливания и концентрации потока излучения источника собира тельные системы из ли(нз и зеркал накладывают ограничение на получаемую на приемнике величину концентрации, зависящее от относительной апертуры этих систем, их размеров. Кроме того, эти системы плохо поддаются оптическому погрукению, являющемуся классическим средством для усиления эффекта сходихтоспи. Поэтому получаемые результаты остактпся намного, ниже тех максимальны, возможностей, на которые можно теоретически рассчитывать на оснствании законов оптики и термодинамики.Эти максимальные возможности зависят в 5 конечном счете от соотношения Клаузиуса осохранении геометрического фактора элементарного пучка излучения при любых оптических преобразованиях, требующего сохранение светимости. Исходя из этого соотношения, 1 О имея источник излучения со светностью У, находящийся в воздухе, освещенность Е, которую можно получить, концентрируя излучение источника на чувствительном элементе приемника, находящегося в среде с показателем преломления гг, равнаЕ -гР Я.Интегрируя соотношение Клаузиуса в условиях, обеспечивающих максимальность фокусировки потока излучения, получают, что максимальная предельная облученность зависит от хорошо известного соотношения Абое, которое определяет апланатизм в оптике. Это объясняет, почему нестигматические системы 25 (в особенности конические поглотители излучения) дают неудовлетворительные результаты. Они увеличивают геометрический фактор уловленных пучков и вызывают таким образом систематическую потерю фокусировки, ко" ЗО торая может быть значительной.и. Харьк. фил. пред. Гатенг Заказ 43 ЦНИИПИ б Тираж 473Комитета по делам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб. Подписное Совете Министров СССР(3) Таким образом применение традиционных стигматичесюих систем (с линзами, зеркалами) ограничивается их полезной апертурой, а нестигматичесюие, эмпирически применяемые системы (конуса, коллекторы излучений) дают неудовлетворительные, результаты.Изучение проблемы фокусировки лучистой энергии показало, что можно получить новый тип оптического концентратора, овободного от подчинения условиям Гаусса с незначительным отклонением от условия синусов Аббе. Такой концентратор, хотя и неститматичный, может передать чувствительному элементу приемника облученность, приближающуюся к предельной максимальной облученности.Описываемый концентратор отличается от известных тем, что в нем относительное опверстие 1/У фокусирующей системы, создающей сходящийся пучок с максимальным углом 8 к ее оптической оси, синус которого имеет значение порядка /,Уполуугол 1 при вершине конуса, максимальная величина которого не превышает 0,1 рад, диаметр И большего основания конуса, совпадающего с наименьшим сечением пучка, сформированного фокусирующей системой, диаметр И меньшего сюнования конуса, показатели преломления и, ореды внутри конуса и и, иммврсионной среды, образующей оптический,контакт конуса и приемника, связаны соотношением зи + (2 р - 1) тД,. яп ( - 7) где максимальное число р отражений внутри конуса, которое испытывает луч, падающий на его входной торец под угломк оптической оси концентратора, имеет величину, рав- ную где Е - ближайшее наименьшее целое числоотносительно выражения в скобках, а причем пп 2 яп О и 1 ду связаны соотноше- нием 1/ 2 2 1 - , 1 ду и;/и. - 1) т (4)1 + 1 ф п зи Й - 1 где ч - отношение требуемой минимальн й ннтенсивности выходного потока концентратора к теореТической маюсимальной интенсив 22 ности, определяемой выражением п 2/зпО, представляющим собой отношение между площадью сечения входного потока конуса н площадью минимального сечения потока, концентрируемого идеальным зеркалом, имею. щим форму усеченного конуса, удовлетворяющим условию си 41 усов,Кроме того, конус вторичного концентратора может быть выполнен в виде конуса полного внутреннего отражения с максимальным числом су полных внутренних отражений 5 внутри него, равным х 1/Е 2 агсзи и +31 - 12 Т,где величины пь з 1 п 6 и у связаны соотношением с 2соз 2(+ яп 2( /п - 12г - ) г ,соз 2 т+ яппи 1яп" 6 Конус вторичного концентратора может бытьвыполнен также в виде пучка конусов, у которых входные и выходные основания лежатсоответственно в общих плоскостях, или в виде ряда последовательно расположенных конусов, совокупность которых удовлетворяетсоотношениям, заданным для одного конуса.Такие отличия позволяют получить заданное отношение интенсивностей выходного итеоретически максимального потоков.На фиг. 1 - 3 показаны возможные геометричесюие схемы описываемого концентратора;на фиг. 4 - 9 - примеры использования концентратора,в реальных устройствах.Концентратор на фиг. 1 содержит объектив 1, улавливающий поток излучения с кажущимся углом а от удаленного источника,находящегося в воздухе. Объектив 1, имею 1щий относительную апертуру . , образуетизображение источника в фокальной плоско.сти 2, при этом- максимальный наклон к40 оптической оси лучей, строящих это изображение. Усеченный конус 3 или бидиоптр с полууглом у при вершине выполнен из прозрачного для уловленного потока материала споказателем преломления в, Большой вход 45 ной торец конуса с диаметром гГ совпадает сплоскостью г.Таким образом, все лучи, вышедшие изобъектива 1, проникают внутрь конуса 3 и засчет отражений от его внутренней поверхно 50 сти направляются до малого выходного торца 4 с диаметром И соединяющегося с чувствительной поверхностью 5 приемника, погруженного в оптимическую,иммероионную среду б с показателем преломления п 2.55 Торец 4 с диаметром Ы определяемым нзвыражения (1), есть наименьшее из сечечийконуса, которое могут достигнуть все лучиуловленного пучка. Если усечь конус далееэтого сечения, часть лучей вернется к вход 60 ному торцу,Целое число р из выражения (1), определяемое из формулы (2), есть максимальноечисло внутренних отражений, которое можетиспытать, не возвращаясь, падающий под уг 65 лом О к оптической оси меридиональный луч(15) сХ в 1 и 3+ (2 р - 1) т 1ви О - т) 6 Зеркало в форме усеченного конуса, т. е. нестигматическая оптическая система, не сохраняет геометрический фактор уловленных пучков и, тем самым, создает систематические потери, которые могут быть вычислены при заданных , 1 Э, и И и 2. Действительная максимальная фокуоировака С== - ) . При тех же условиях предельная максимальная фокусировка9игС, = - , , та предельная фокусировкасоответствует минимальному сечению идеальюго били.оптра с сечением гго с т. е.С,С - . - , -. Отношение (1 характеризуО С,ет энергетический выход реального бидиоптра в форме усеченного конуса по отношению к теоретической предельной максимальной фокусировке. Если требуется, чтобыэто отношение оыло больше или равно заданной величине и, необходимо использовать соотношение (4), позволяющее построить конуссо значительным энергетическим выходом, асоотношения (1), (2) и (3) позволяют усечьэтот конус по наиболее выгодному малому се:ЕНИЮ,Если бидиоптр является конусом полного внутреннего отражения, то необходимо учитывать граничный угол полного внутреннего отражения среды с показателем преломления1 И, ЗНаЧЕниЕ кОтОРого, как известно, агсэП -- .гг 1 Тогда, если заменить максимальное число отражений р максимальным числом полных внутренних отражений д, выражение (4) принимает вид выражения (6). Показатель гг. иммсрсии чувствительного элемента приемника це входит в выражения (5) и (6). Услове полного отраже:ия требуег максималього значения для показателя иммерсии, равногог, и-,. Если все-таки необходимо погрузить чувствительный элемент в среду с покггзателем большим, чем указанная величина, требуется покрыть отражающим слоем крайнюю часть боковой поверхности конуса мекду наименьшим сечением, диаметр которого определяется выражением (5), и наименьшим сечением, диаметр которого определяется в зависимости от показателя и.мерсин и извыражения (1) .Наименьшее значение и, равно единице (чувствительная повсрхность приемника находится в воздухе). Наибольшее значение гг, равно и (чувствительная поверхность приемника расположена контактно к малому торцу конуса с диаметром Ы 2). Тогда выражения (1), (2) и (4) приооретают вид: ВЫЯ) ажения () - (8) можно за.,ецть приОлиженньми Выражениями, так как значеБИЯ И ДОСТИГЯ 10 Т ВЕЛИЧИН, ОГРЯНИЧИНаЕМЫХ значениями сотых долей еднциць.ДЛя СЛуЧяя, Когдя МЯКСИМа,ЬНОЕ ЧИСЛОзцутренних отражений велико (пол; угол при вершине конуса мал),ги 2 11 исов" - 1 1 - =,;. иТи, 1и; где Ю,. - приближенный диаме-.": - :апменьшего сечения бидиоптра.Для коцуса полного внутреннего отражения число д принимается равным неполномузначению выражения (5)9 в(1 1)сов( 1 - "Т)А 31 п (3 - ",) где г и, - угол полного внутрен;его ОтракеЗО ния среды с показателем гг 1,1А - приближенцое значение ц;именьшего сечения конуса.1 хогда чувствительная поверхность погружена в сам бидиоптр, число р можно прини мать равным неполной величине выражения (8) 40 где Ю, - приблцжеИное зна 11 е 11 и; наименьшегоо сечения. Прибликсцные вьраженпя (О) - (12)2даот относительную ошибку менее - так 4 Что Прн ПОЛууГЛЕ Прн ВЕРШИНЕ Когцуса, рян:ым О, радиана, эта ошиока составляет/200.Второе приближение может быть сделанодля случаев, когда значение пглуугла привершине ко уса стремится к нулю. где г А, А соответственно и: иблнженные значения минимального сечения бидиоптра в общем случае, в случае полного внутреннего отражения и в случае полного погружения.Эти выраиения соответствуют бесконечнодлинным бидиоптрам, например, коническим1 вол оинам.Во всех случаях длина Е бидиоптра в форме усеченного конуса с полууглом у при вершине, ограниченного прямьгми сечениями, с1 хдиаметрами с 1,и а равна2 тПо отношению к обычной собирающей оптике с апертурой, например Р/2,8, рассчитанная облученность, получавмая при помощиописываемого концентратора, в 25 - 30 разбольше (концентратор в воздухе), примернов 100 раз больше для стекла и в 400 - 500 раздля германия в инфракрасной части спектра.Уменьшить длину устройства можно засчет использования пучков конусов или пучков конических оптических волокон. Крометого, уменьшить длину бидиоптров, в особенности когда они изготавливаются из дорогостоящего или поглощающего материала, можно за счет последовательной установки конусов, выполненных из различных материалов,из которых лишь,последкий короткий выполняется из указанного дорогого материала,На фиг. 2 показана схема концентраторас фронтальным сферическим зеркалом. Фронтальная система может быть заменена афокальной системой, не образующей действительного изображения на выходе.Для любой фронтальной системы первичной концентрации максимальная теоретиче.ская фокусировка Со=4 Уа, (16), где М -относительная апертура фронтальной собира.ющей линзовой или зеркальной системы, и,днлействительная апертура системы, представляющей собой диоптр, или относительное отверстие собирающей системы, эквивалентнойафокальной, т. е. лающей то же сокращениезрачков,Отношение между действительной фокуси 2ровкой С; =;- и предельной фокусировкойСо равно энергетическому выходу 1 лействиС.,тельного бидиоптраСЕсли я - поле концентратора, т. е. уголнаибольшего пучка, который может передатьописываемая система, фронтальная оптика -бидиоптр, а а - видимый угол источника, излучение которого требуется сфокусировать, тодля того, чтобы фокусировка была максимальной, необходимо 1 и достаточно соблюдение условия =( а.Если -(а не улавливают максимальногопотока, то полученная облученность действительно максимальна, Если а)а улавливаютсамый, большой поток, то полученная облученность не максимальна, Ее теоретическаявеличина равна значению максимальной об 2лученности, деленной на - , Отношение сигнал/шум понижено. Наилучший результат получают при а=а.Соблюдение этого условия обеспечивает улавливание,наибольшего количества потока и сохранение наилучшего отно 1 шения сигнал/шум.Оно,легко доспигается для случае)в, когдаположение,и диаметр источника излучения известны, например, пр 1 и лабораторных исследованиях (элементы, болометры и т.,п.), для концентраторов оолвечной энергии (в этом случае достаточно снабдить концентратор системой слежения); во всех случаях активного дещитировании, когда используют излучающий маяк, контролирующий некоторое пространство фокусированным пучком излучения (обычно в инфракрасном или в очень коротких волнах Герца), Тогда достаточно дат., концентратору угол поля, равный углу контролирующего пучка, и дать этому концентратору дв 1 ижение самой,развертки, чтобы его оптическая ось оставалась параллельной оси излучателя.Чаще всего излучающие истонники множественны, различны по направлению и видимому углу, и поле концентратора должно быть меньше, чем общее поле Г, в котором работает приемник.Если требуется сохранить отношение сигнал/шум, то выбирают концентратор с малым полем я, оснащают его приспособлением механической или оптической развертки (пассивного типа), позволяющим осуществить исследование полкого поля Г приемника. В таком случае полученная максимальная облученность в самом маленьком сечении бидиоптра в форме усеченного конуса изменяется во,времени в зависимости от светности области - элементарното объекта слежения, и можно получить изображение на экране, мо О дулируя яркость точек этого экрана в зависимости от изменений облученности, полученных бидиоптром.Это может быть осуществлено средствами,применяемыми в телевидении, в особенности 45 при помощи единственного фотоэлемента (безкинескопа) как камера Нипкова или при помощи устройств с вращающимися призмами.Кроме того, множно использовать пучокбидиоптров. Полное поле тогда увеличивает ся без нарушения отношения сигнал/шум длякаждого элементарного бидиоптра, с условием, что поле я каждого из них было бы меньше или равным наименьшему видимому углу детектируемых источников. Таким обра зом, получают постоянное изображение илипостоянную локализацию излучающих источников в полном поле Г приемничка. Пучок бидиоптров может представлять собой пучок оптических конических волокон (фиг. 3), ко нусность и длина, которых определяются зсоответствиями с приведенными выше соотношениями, что позволяет сократить длину волокон и уменьшить поглощение.Объектив 8 с полем Г праизводит первич ную концентрацию потока в плоскости 9 вход 290580 10ного торца с диаметром е пучка 10 коничесиих волокон с элементар(ным большим диаметром о и элементарным полем я.я ЙТогда1 еЕсли а - наблюдаемый диаметр источника, то, приняв я . а, можно рассчитать концентратор с разрешающей способностью я,полное поле которого равно Г, дающий наилучшее соотношение сигнал/шум и максимальную облученность в сечении с диаметром е,Очевидно, что чувствительная площадьприемника должна,совпадать с площадьюминимального сечения бидиоптра в формеусеченного конуса, в которой получают максимальную фокусировку ло форме, кривизнеи размераи. 1 огда чувствительная поверхность является плоским кругом, его диаметрравен диаметру д наименьшего сечения бидиоптра, Если чувствительная поверхность некруглая или даже не плоская, минимальноесечение бидиоптра должно быть разделенотак, чтобы эго совпадение было как можноболее полным. Чувствительная поверхностьможет непосредственно примыкать к минимальному сечению бидиоптра или к тонкомуслою промежуточного аещества, что иногданеобходимо, например, в случае болометратермистором, погруженным в германий, который должен быть электрически изолирюван оттермистора тонким слоем селена, а также может быть отделен от указанного сечения воз.можно более тонким воздушным промежутком.При расчете концентратора необходимоучитывать тип чувствительной поверхнол иприемника.Приемники первого типа (Л) реагируютна облученность в каждой нз их точек, какбудто они являются независимыми (имеюпредел разрешения, связанный с их прерывистой структурой), например, зоачок глаза.фотопластинки, фосфоресцентные и флюоресцирующие экраны, фотокатоды, мозаичныефотоэлементы и т. л.Приемники второго типа (В) реагируюта сумму получаемых облучений, а не на облучения каждой из их точек отдельно, например, фотоэлементы, металлические ленты итермисторы болометров. Поэтому, в частности, пучок бидиоптрюв может быть правильносоединен только с чувствительной поверхностью первого типа. Иначе отношение сигнал/шум будет снижено.Таким образом, чтобы фокусировать поток излучения от источника с наблюдаемым углом а, охватывая полное поле Г, соединяют фронтальную оптическую систему поля Г с1относительной апертурой - и фокуснымЛ/расстоянием / по крайией,мере с одним бидиоптром или одним зеркалом в форме усеченного конуса поляс углом, меньшим или равным а. Во всех случаях, является ли этот бидиоптр в форме усеченного конуса частью одного лучка или он является одиночным и используется с разверткой, диаметр И его 5 входной поверхности всегда равен:ДОбозначая /о и 1 о соответственно минимальный диаметр элементарного идеального 1 О бидиоптра, соответствующего предельной фокусировке Со, и длину этого теоретического бидиоптра с диаметрами торцов д и до, составляют таблицы, по которым, установив минимальное значение ц, можно выбирать 15 величину т в зависимости от отверстия фронтальной оптической системы.Табл. рассчитана для пг=1 (чувствительная поверхность приемника находится в воздухе) и для п=1,5 (конус выполнен из обык новенного стекла).На фиг. 4 показан пример примененияконцентратора в болометре с погруженным термистором, Этот болометр имеет два входных сферических диоптра 11 и 12, оптические 25 оси 13 и 14 которых направлены на инфракрасный источник, находящийся на расстоянии, предполагаемом известным. Показатель этих диолтров равен 1,8. Их входные поверхности 15 и 1 б, покрытые антиотражающим ЗО слоем, имеют диаметр отверст, я, равный12 мл, и радиус кривизны, равный 19,2 лм.Отражающие плоскости 17 и 18 наклоненык оптической оси 19,на угол, близкий 45.Эти фронтальные диоптры создают изображение З 5 источника в плоскостях 20 и 21, Присоединенные передние бидиоптры 22 и 28 имеют большой входной диаметр 2,4 лм, длину 1000 лм и малый диаметр (24 и 25) 0,43 мм.Выходные бидиоптры 26 и 27 нз кремния (заштрихованные черным на чертеже) имеют длину 3,04 мм и малый выходной торец 28 и 29 с диаметром, равным 0,23 мм.Малые выходные торцы соединены соответственно с двумя сторонами полупроводниковой чувствительной ленты (термистор) 80 и изолированы от нее тонкими пленками 81 и 2 (например из селена, мышьяка). Пропорции этих конечных элементов на чертеже увеличены, в действительности торцы 28 и 29 приближены к чувспвительной ленте 80, Последняя соединена с электрической частью на фиг, 4 не представлена) болометра.Расчеты показывают, что в болометре соптической системой концентратора. выполненного по найденным соотношениям, имеет место энергетическая концентрация входного потока, на несколько порядков превосходящая концентрацию в болометрах со входом в 60виде сферического диоптра или простого окна с параллельными гранями.На фиг. 5 показан второй пример выполнения концентратора, применяемого,в активном детекторе сантиметрового диапазона (например, детектор противовоздушной обороны 65 с радаром нли мазером).-й 25 175 0,9 о, 0,92, 0,89, 0,85.,0,73 0,80,100 Еоад,о 350 516 50 92 150 35 40 45 0,97, 0,96,0,99, ) 0,98,0,99,0,99,10110 Е) ад,го 9140 1500 2328 500 3500 5160 Относительнье отверстия фронтального концентратора10 ( 18 30 4670 104 Здесь узствительный элемент - антепнадиполь .33. минимальный полезный диаметр которои порядка 0,5 ся. Диполь установлен в воздухе п:==1. Фронтальная собирающая система - параболическое зеркало 34 с отверстием г,Л. Зеркало 35 в виде полого усеченного ко,са (и=1), напризер, пз алюминия.Болыпое сечсгиие сЕ хетагли еского зеркала б в ф;рме усеченного конуса располагается в фокальной плоскости параболического зеркала. 1,овец антенны-диполя 83 располагается как можно ближе от минимального сс.ченсия сЕ и соединяется с радаром (или мазером) посредством волноводной трубы Зб.Такой -етсктор:имеет эффективность прпблизительно в семь раз больше, чем пр. использован.и только одного параболического зеркала.Третий .ример относится к применениоконцентратора в пусковых устройствах инфракрасных головок самонаведения, Как показывают расчеты, в этих устроствах для со крагцения продольных размеров концентратора, неоохо.-имо использовать чувствите ьньн 5 1 О 5 20 25 30 50 55 60 65 элемецг типа А, соединенный с пучком бидиоптров, как показано на фиг. 6, где концентратор состоит из фронтального объектива 37 : пучка 38 конических волокон.ГОловке самона ведеии 5 Поидают движение развертки, которое позволяет ей исследовать все поле, На фиг, 6 показана спираль 39, описанная оптической осью концентратора, гричем эта оптическая ось должна вращаться вокруг еподвижиой точки, находящейся в непосредственной близости к чувствительною элементу - фотокатоду 40. Развертка осуще ствляется любым известным способом. Л 1 окио также применить оптическуо развертку изображения,Фотокатод 40 вделан в фотоэмиссиоиный детектор 41 (вакуухный фотоэлемент со слоем серебро - цезий, газовый элемент ли динодный фотоумножитель), которь и ускорял и фокусирует электронь, исусиленные чувствительным элементом.Лвтоыати еское приспособление может удерживать изображение найденного исто - цика в центре чувствительной поверхности контролировать развертку, чтооы поддерживать концецтратор направлеиньгм и источнику.Такие головки самоцаве;ения, намного более чувствительные и точные, чем иыие известные детекторы, должны позволить определять ца большом расстоя ии люоую ракету и руководить ее перехватом.1 етвертый пример относится к применению конпентратора в фосфоресцентных трубках (по схеме, аналогичной фиг. 6), Л 1 агыс сечения золоксси, выполнени.х из стеке , пропускающего инфракрасныс лучи, в этом случае соприкасаются со слоем фосфорографического порошка (фосфорссцептного вещества, предварительно возбужденного ультрафиолетовыми лучами г люмицесцирующего при освещении инфракрасными лучами).Раосчитапиыи вариант концентратора позволяет получить трубку с исцтенсивностью свечения, в 70 раз превышаюшуо свечение фосфоресцецтной трубки обычного типа с фронтальным объективом с относительным отверстием, например г/2,8.Пятый пример относится к применению концентратора в метаскопе афпг. 7), предназначенном для обнарркения иа расстоянии малых источников инфракрасного излучения, лежащего;в узкой определенной,полосе частот, напримерс длиной волны 10 лкл, которая представляет особый интерес потому, что опа соответствует температуре абсолютно черного тела (приблизительно 310 К) и, следовательно, соответствует естественному излучению, характеризующему человеческое -ело и слабо нагретые обьекты 1310 К= 37 С) .Давный метаскоп спредназначец для определения естественного инфракраоного излуче ния источников, имеющих цаблюдаехый диа 13 2905801метр больше -- рад,1000Линзовы 111 ооъектив 42 с относительнымотверстием Рг 1,4 соединен с пучком 48 конических волокон из прозрачного стекла лляизбранной ллццы волны. Для 10 мклс используется стекло, содержащее селен и мышьяки имеющее показатель преломления ".,47,с 1 увствнтельная поверхность ооразоваца.как и для фосфоресцентной трубы, тонкимслоем фосфорографцческого порошка, нанесенного на плоскость 44 минимальных сечений волокон.Минимальное сечение каждого конического волокна имеет диаметр порядка 30 л 1 к,1.У =- 1,4; и, =- ,47; и: =- 6; С, = 48;с 1, =- 30,чкм; а = 210 мк.ч.Откуда, лля характеристик фронтальнооптики:11=210 мм так как я =- 10002 Я =-150 мм,Волокна, составляющие пучок, име 1 от следующие характеристики:1Т 100 Рад, ;:. - 0,88, 1.,. 300, 1,=:7,5 и.и,Пучок имеет 10 волокон на миллиметр,т. е, всего риблиз тельно 78 волокон. Большое сечение входа потока в пучке имеет диаметр е:1,47 .и.и, а малое выходное сеченис -диаметр е порядка 0,5 .им.Элементарное поле я пучка, соединенного с фронтальной оптикой, в десять раз больше, чем псле одцого волокна:1- 100 "адОкуляр 45, с линейным увеличением впятнадцать раз, лает возможность наблюдатьза элементарным световым сигналом, появляощимся цд торце 44 пучка волокон.Полное ноле аппарата 20 (то есть приблизительно 0,35 рад); так как элементарноепсле сссдвляет 0,01 1 ад, апп 1 рдт сдсжсцустройс 1 вом механической развертки, позволянццим цсслеловать все поле его действия.Используя волокна из стекла с селеном и смышьяком, можно, устанавливая тонкийфИЛЬГР ИЗ СУРЫ 51 ИСТОГО ИНДИЯ (ПОКРЫТОГОцротивоотрджающим слоем с РЬС 12), довольно тОчнО Ограничить полосу пяоцускаци 51 11 нтсрвалом 0- 12,На фи. 8 изображен шестой пример использования концентратора в конструкцИисолнечной печи.,цва,параболическ 1 х зеркала 46 и 47, каждое из которых имеет диаметр отверстия 2 ми фокусНос расстояние 2,83 м (относительноеотверстие: Е(1,4), улавливают солнечное излучение и лают лва действительных изображения солнца в плоскостях 48 и 49 с помощью двух плоских отклоняющих зеркал 50и 51, установленных под углом 45 к оптическим осям параболических зеркал.125 - радООт, - 0,8741., - : 46й, - 46 смТочное вычисление лает:с 1=-.2,831 з=1,07 (обозначение 4, так как речьидет об установке в воздухе)1 = 41э,35 Во изсежание плавки стекла на краях Отверстия солнечной печи кажлый из бцлиоптров 52 и 58 усекается ло минимального сечения с 1 з и оказывается таким ооразом сокращенным.40 Его действительная ллицд 1., например;1 40 си.Выходная часть каждого из билиоцтров заменяется коротким зеркалом 54 и 55 в форме 45 усеченного конуса из металла, могущего выносить высокую температуру и обладающего по возможности большои отражательной способностью, 1 хромс того чтобы изолировать стекло, устдцавливдот на концах билиоптров 50 52 и 58 тонкие усеченные конусы 59 и 60 изпериклаза МдО, веществдпрозрачного лля длин волн от 0,25 ло 8 мк.и и имеющего точку плавления 2800 С.Таким образом, каждый билиоптр состоит 55 из стеклянного бидиоптра длиной 3),5 с.и, соединенного с коротким бплиоптром из периклаза ллиной 0,5 см, и короткого металлического зеркала в форме усеченного конуса длиной 1,25 см.50 Значение 1,07, полученное лля минимального диаметра д; - это значение лцаметра малого основания конечного зеркала в форме усеченного конува.Для кажлого из лвух билиоптров, связац ных с параболическими зеркалами, фокуси 00,."1 ва билиоптра 52 и 53 в форме усеченного конуса из стекла расположены так, что ихмаксимальные сечения совпадают соответственно с каждым изображением солнца.5 Прололжением этих бцлиоптров являютсяметаллические конические полые зеркала 54и 55, минимальные сечения 56 и 57 которыхсовпадают с плоскостями входных отверстийпечи 58. Имеем:1 О 1рад (наолюлаемьй угол солцца)и, .в 1Л=-1,41 - =283 см2 й - 200 см2,83 смС,. - .= 4 Х 1 Х (1,4) 8с 1- Билцоптры из стекла из боросиликатного 20крона с показателем 1,50 (лля / =1,6 .кл) ипрозрачного от 0,3 ло 3 икз.Из тдблицы выбирдОт возможные значения Т ,НЕ.,:5 10 15 20 25 35 40 45 50 55 бО 65 ровка в воздухе (1 г=1) равна, максимальной фокусировке собирательной системы с относительным отверстием Р/0,5, умноженной на энергетический выход и, присущий бидиоптру.Для солнца 46140 Х 0,874=40326.Так как описанная оптическая аистема обладает фокуснрующим устройством, общий эффект фокусировки достигает теоретической величины порядка 80000, в то время как в самых лучших солнечных печах, созданных до сих пар, фокусировка доспигает порядка величины в 20000,На фиг. 9 изображен пример применения концентратора в казачестве зажигалки, Солнечные лучи улавливаются сферическим диоптром б 1, диаметр отверстия которого 35 мм, фокусное расстояние 1=105 мм, показатель преломления 1,5, эквиваленгное фокусное расстояние =105/1,5=70 мм, относительное отверстие диоптра Р/2. Этот диоптр создает в фокальной плоскости б 2 действителыное изображение солнца.Бидиоптр бЗ в форме усеченного конуса расположен на оптической оси сферического диоптра. Предмет, который требуется поджечь, например папироса, вводится внутрь гильзы б 4.Концентратор лучистой энергии, удовлетворяющий указанным соотношениям, может применятыся в любом из успройств, в которых необходимо на чувствительной поверхности ириемника иметь максимальную фокусировку уловленного потока, К таиим устройствам могут опноситыся приборы, построенные по схеме фиг. 4: термические детекторы, болометры с металлической лентой, с термистором, с свврхпроводниковой лентой нитрида ниобия, термоэлектрические элементы типа Горнинга или Роесса и Дакуса или Шварца (с полупроводником), пневматические детекторы, детекторы с фотосопротивлением, фото- диоды с германцем, точечные фотодиоды, детекторы с фотоэлементом, фотомагнитоэлектрические детекторы, фотоэмиссионные детекторы, динодные фотоумножители, люксмегры с элементами, спектрографы (в особенности диффузионные, использующие эффект Рамана)сцинтилляционные счетчики, детекторы частици т. д.Фронтальная оптическая оистема может быть собирательиым объективом (из линз и зеркал) или афокальной системой. Устройство может содержать два параллельных концентратора или один, Можно также отнести к этой категории применение концентратора для непрерывного возбуждения, лазера (через одно из его прямых сечений).Ко второму примеру (детектор радар или мазе 1 р) относятся все аппараты активной детекции: детекторы, соедииенные с прожектором, излучающим в иинфракрасном диапазоне, детекторы, соединенные с лазерами,Сюда же относятся также несколько других видов устройств; телевизионные камеры с одним элементом (например, камеры с диском Нипкова), медицинокие аппараты, исследуюгцие прои помощи рентгеновских лучей,К третьему примеру огносятся все виды головок самонаведения, какая бы ни была используем ая дл иона вол ны. Мож 1 но также отнести к этому же примеру устройства, исследующие малое поле: например, астрономическую грубу или специальный телескоп для поисков звезд или небесных тел.К четвертому примеру (фосфоресцентная трубка) относятся; метаскопы, грубы. преобразующие изображение, усилители яркостями, электронные телескопы, фотоаппараты и камеры для видимого или инфракрасного излучения, телевизионные камеры с передающей телевизионной трубкой, рентгеновские аппараты лучей (для медицинского наблюдения),К этой группе принадлежат вообще все приборы, дающие изображения отдаленных предметов без механической или оптической развертки,К пятому примеру относятся все узкоселекгивные приемники излучений и некоторые спектрографичесиие устройства.Шестой и седьмой примеры касаются всех устройспв, концентрирующих солнечную энергию. Пр едмет,и зоб р етени я 1, Концентратор лучистой энергии, содержащий оптимическую фокусирующую систему первичной концентрации, вторичный концентрагор, выполненный в виде усеченного конуса, за которым размещен приемник излучения, отличающийся тем, что, с целью получения задаяного отношения интенсивностей выходного и теоретичеоии:макоималыного потоков, в 1 нем относительное отверстие 1/Ж фокусирующей системы, создающей сходящийся пучок с максимальным угловом О к ее оптической оси, синус которого имеет значение порядка 1/2 У, полуугол т при вершине конуса, максимальная величина которого не превышает 0,1 рад, авиаметр И большего основания конуса, совпадающего с наименьшим сечением пучка, сформированного фокусирующей системой, диаметр с,. меньшего основания конуса, показатели преломления г среды внутри конуса и п, иммерсионной среды, образующей оптический контакт конуса и приемника, связаны соотношениема зи Р - Лр - 1) т 4с 1 зп (3 - 1)где максимальное число р отражений внутри конуса, которое испытывает луч, падающий на его входной торец под углом О к оптической оси концентратора, имеет величину, равную гг 1 агс з 1 п -- 3где Е - ближайшее наименьшее целое число относительно выражения в скобках, а290580 17 З 1 П й= агсз 1 п -- 2 Т,и,1 О Фиг 1 причем и и з 1 п Й и 1 д", связаны соотно- шением 1+ 1 дф п 1/й - 11 + 1 дД п(з 1 п 2 6 - 1 где 21 - отношение требуемой минимальной интвнсивности выходного потока концентратора к теоретической максимальной интенсивности, определяемой выражением п 2/з 1 пО,ение между представляющим собой отношение площадью сечения входного потока конуса и площадью минимального сечения потока, концентрируемого идеалвным зеркалом, имеющим форму усеченного конуса, удювлетворяющим условию синусов.2, Концентратор по п. 1, отличающийся тем, что конус вторичного концентратора выполнен в виде конуса полного внутреннего отражения с макоомальным числом д полных внутренних отражений внутри него, равным 2 1Е - агсз 1 п - +ЗТ -/2 Т, 2 а,ГДЕ ВЕЛИЧИНЫ Пв З 1 ПО И ", СВЯЗаНЫ СООтНОШЕ 5 нием2сап 2 п+ пп 2 1и - 1) 2сов 2 Т+ з 1 п Т 1ц 1з 1 п 2 9 3. Концентратор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что конус вторичного концентратора 15 выполнвн в виде пучка конусов, у которыхвходные и выходные основания лежат соответственно в общих плоскостях. 4. Концентратор по пп, 1 - 3, отличающий ся тем, что конус вторичного концентраторавыполнен в виде ряда последовательно расположенных конусов, совокупность которых удовлетворяет соотношениям, заданным для одного конуса,