Возможности цилиндрического зеркала

Для изменения кривизны при подборе параметров лазерных резонаторов использовалась упругая деформация зеркала, представлявшего собой тонкую платину, под действием распределенной по тыльной поверхности или сосредоточенной нагрузки. По очевидным причинам таким приемом можно получать точные оптические поверхности только сферической формы. В то же время, иногда бывают необходимы и цилиндрические зеркала. Для создания цилиндрических зеркал регулируемой кривизны использовалось явления упругой деформации зеркала по действием сил, приложенных определённым образом. Различие состоит в том, что для получение не сферической, а цилиндрической формы само зеркало изготавливается так, что его жесткость в одном направлении оказывается много меньше, чем в других. Практически это достигается тем, что в зеркале, имеющем сравнительно большую толщину, по всей тыльной поверхности выфрезеровываются регулярно расположенные и параллельные друг другу глубокие пазы. Их направление и определяет направление образующей цилиндрической поверхности. 

Из теории упругости следует, что при равномерно распределённой нагрузке и при пазах, имеющих равную глубину и частоту расположения по всей поверхности, форма большей части зеркала должна являться с высокой степенью точности параболическим цилиндром. Если нагрузка приложена иным способом (например, сосредоточена в центре зеркала), отличия от параболического (или круглого) цилиндра становятся существенными. В этом случае для получения нужной формы поверхности можно воспользоваться системой пазов, глубина которых (или частота расположения) варьируется по определённому закону, который легко рассчитывается методами теории упругости.

Общий вид одного из применявшихся устройств с цилиндрическим зеркалом переменной кривизны представлен на рис. 1. Само зеркало 1 размером 120х45 мм и толщиной 30 мм было изготовлено из стекла.

Его передняя рабочая поверхность была сделана плоской с достаточной точностью (отличия от плоскости не превышали 0,3 мкм) и имела покрытие из золота. Пазы имели ширину 1 мм, глубину 20 мм; период их повторения составлял 5 мм.

 Зеркало, опиравшееся на оправу двумя концами, служило боковой стенкой герметической камеры, заполненной маслом, и отделялось от масла гибкой мембраной 2. Давление масла регулировалось в пределах 0…3 атм с помощью сильфона 3, который сжимался микрометрическим винтом 4. Усилие, возникавшее в результате повышения давления, передавалось на зеркало, и его поверхность принимала форму параболического цилиндра.

Пример интерферограммы, полученной в схеме интерферометра Майкельсона и соответствующей радиусу кривизны зеркала 20 м, приведен на рис 2. Анализ интерферограмм показывает, что оптическое качество поверхности зеркала получается выше, чем при обычном способе изготовления цилиндрических зеркал, а форма поверхности практически точно соответствует параболе на большей части зеркала. 

Цилиндрические зеркала бывают как выпуклые, так и вогнутые. При использовании этих зеркал можно наблюдать  интересные эффекты.

Многие художники с давних времен пишут, так называемые, анаморфные картины. Анаморфоз — умышленно-уродливое изображение предмета, которое при известных условиях представляется правильным. Изображения на анаморфных картинах сильно  искажены, но если смотреть их с помощью зеркала, то можно увидть неискаженное изображение предмета. Анаморфные картины могут быть линейные, конические, цилиндрические и т.д.

Первым известным примером анаморфной картинки считается работа Леонардо да Винчи.

Цилиндрические зеркала в основном используются для изменения размера требований к дизайну изображений. Например, преобразуйте пятно пятна в пятно линии или измените высоту изображения без изменения требуемой ширины. 

Настоящее искусство — многоплановость, объединившая всё в смысловое полотно. Вот так выглядит сверху одна из картин венгерского художника в области оптического искусства — Иштвана Ороса:

Устанавливаем зеркальный цилиндр в рисованную «пивную кружку»…

Так же картина, вид сбоку. Как будто живой официант отражается в кружке. 

Особые оптические свойства цилиндрических зеркал, цилиндрические зеркала с быстрым развитием высоких технологий, его использование все более и более обширны. Например, система агрегации строк. Система приема фильмов. Сканирующая система визуализации для факсимильной и типографской типографии. И гастроскопия в медицинской области. В лапароскопических, автомобильных видеосистемах автомобильной отрасли участвуют цилиндрические зеркала.Одновременно в линейном детекторном освещении, штрих-кодах. Сканирование, голографическое освещение, оптическая обработка информации, компьютер, лазерная эмиссия. Так же как и в сильной лазерной системе, и линия пучка синхротронного излучения также имеет широкий диапазон применений. В то же время, с непрерывным совершенствованием технологии обработки цилиндрических зеркал, сформировалась зрелая и эффективная технология обработки, ее качественная воспроизводимость и повторяемость. 

Применение таких материалов, как сталь или медные сплавы, которые допускают значительно больше упругие деформации, чем стекло, позволяет реализовать зеркала с весьма широки диапазоном изменения кривизны.