Usmjereni optički sustav. Geometrijska optika
Pošaljite svoje dobro djelo u bazu znanja je jednostavno. Koristite donji obrazac.
Studenti, diplomski studenti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u studiranju i radu bit će vam vrlo zahvalni.
Objavljeno na http://www.allbest.ru/
centered optički sustav
Usmjereni optički sustav je optički sustav koji ima os simetrije (optička os) i zadržava sva svoja svojstva kada se rotira oko te osi.
Za centrirani optički sustav moraju biti ispunjeni sljedeći uvjeti:
· Sve ravne površine su okomite na os,
· Centri svih sfernih površina pripadaju osi,
· Sve su dijafragme okrugle, središta svih dijafragmi pripadaju osi,
· Svi mediji su ili homogeni ili je raspodjela indeksa loma simetrična oko osi.
Centrirani optički sustavi mogu uključivati ravna zrcala i reflektirajuće prizme koje prekidaju optičku os, ali zapravo ne utječu na simetriju sustava (slika 1.).
Slika 1. Usmjereni optički sustav s prekidom optičke osi.
žarišna duljina objektiva usredotočenog optičkog sustava
Leća za koju se pretpostavlja da je debljina nula naziva se tanka u optici. Za takvu leću ne pokazuju dvostrane ravnine, već one u kojima se spajaju prednja i stražnja ravnina.
Razmotrite konstrukciju putanje snopa proizvoljnog smjera u tankoj leći za prikupljanje. Za to koristimo dva svojstva. tanke leće:
Zraka koja prolazi kroz optičko središte leće ne mijenja smjer;
Paralelne zrake koje prolaze kroz objektiv konvergiraju u žarišnoj ravnini.
Razmotrite snop SA proizvoljnog smjera koji pada na leću u točki A. Konstruirajte liniju njegovog širenja nakon prelamanja u leći. Da bismo to učinili, konstruiramo snop OB, paralelan sa SA i prolazeći kroz optičko središte leće. Prema prvom svojstvu leće, snop OB ne mijenja smjer i prelazi žarišnu ravninu u točki B. Prema drugom svojstvu leće, paralelni snop SA nakon prelamanja mora sjeći fokalnu ravninu u istoj točki. Dakle, nakon prolaska kroz leću, snop SA će slijediti put AB.
Slično tome, možete graditi i druge zrake, kao što je SPQ snop.
Označiti udaljenost SO od leće do izvora svjetlosti pomoću u, udaljenost OD od leće do žarišne točke zraka s v, žarišna duljina OF od f. Izvodimo formulu koja povezuje te veličine.
Razmotrimo dva para sličnih trokuta: 1) SOA i OFB; 2) DOA i DFB. Napišite proporcije
Dijelimo prvi udio s drugim, dobivamo
Nakon podjele oba dijela izraza v i preraspodjele članova, dolazimo do konačne formule
gdje - žarišna duljina tanke leće.
Snimanje tankom sakupljačkom lećom
Pri predstavljanju svojstava leća razmatrano je načelo konstruiranja slike svjetlosne točke u fokusu leće. Zrake koje padaju na leću na lijevoj strani prolaze kroz njegov stražnji fokus, a one koje padaju na desno kroz prednji fokus. Valja napomenuti da je kod difuznih leća, naprotiv, pozadinski fokus smješten ispred objektiva, a prednji dio iza.
Izgradnja slike objektiva objekata koji imaju određeni oblik i veličinu dobiva se na sljedeći način: na primjer, linija AB je objekt smješten na nekoj udaljenosti od leće, mnogo veći od njegove žarišne duljine. Iz svake točke predmeta kroz objektiv nalazi se beskonačan broj zraka, od kojih, radi jasnoće, slika pokazuje samo tijek triju zraka.
Tri zrake koje izlaze iz točke A proći će kroz leću i presjeći se na odgovarajućim točkama nestajanja na A 1 B 1, formirajući sliku. Dobivena slika je važeća i zrcaljeno.
U ovom slučaju, slika je dobivena u konjugiranom fokusu u žarišnoj ravnini FF, pomalo udaljenom od glavne žarišne ravnine F "F", prolazi paralelno s njom kroz glavni fokus.
Ako je objekt na udaljenosti koja je beskonačno daleko od leće, tada se njezina slika dobiva u pozadinskom fokusu leće F "stvarna, obrnuta i svedena na točnu sličnost.
Ako je objekt blizu objektiva i nalazi se na udaljenosti većoj od dvostruke žarišne duljine leće, tada će njezina slika biti stvarna, obrnuta i smanjena će se nalaziti iza glavnog fokusa na segmentu između njega i dvostruke žarišne duljine.
Ako je objekt postavljen na dvostruku žarišnu udaljenost od objektiva, tada je dobivena slika na drugoj strani objektiva s dvostrukom žarišnom udaljenosti. Slika se dobiva stvarna, obrnuta i jednaka veličini subjektu.
Ako je objekt smješten između prednjeg fokusa i dvostruke žarišne duljine, slika će biti snimljena iza dvostruke žarišne duljine i bit će stvarna, obrnuta i povećana.
Ako je objekt u ravnini prednjeg glavnog žarišta leće, zrake će, prolazeći kroz objektiv, ići paralelno, a slika se može dobiti samo u beskonačnosti.
Ako se objekt nalazi na udaljenosti manjoj od glavne žarišne duljinezrake će izaći iz leće u promjenjivoj gredi, nikada se ne presijecajući nigdje. Slika tako ispada imaginarna, izravna i povećana, tj. u ovom slučaju, objektiv radi kao povećalo.
Lako je uvidjeti da kada se objekt približava od beskonačnosti do prednjeg fokusa leće, slika se odmiče od pozadinskog fokusa i kada objekt dosegne prednju ravninu fokusiranja, on je beskonačan iz nje.
Ovaj uzorak je od velike važnosti u praksi različitih vrsta fotografskog rada, stoga je za određivanje odnosa između udaljenosti objekta od leće i od leće do ravnine slike potrebno poznavati osnovnu formulu objektiva.
Izračun žarišne duljine i optičke snage objektiva
Vrijednost žarišne duljine leće može se izračunati pomoću sljedeće formule:
Indeks loma materijala leće, indeks loma medija koji okružuje leću,
Udaljenost između sfernih površina leće duž optičke osi, također poznate kao debljina leće, i znakovi s radijusima smatraju se pozitivnima ako je središte sferne površine levo desno od leće i negativno ako je lijevo. Ako je zanemarivo mala u odnosu na žarišnu duljinu, tada se takva leća naziva tanka, a njezina žarišna duljina može se naći kao:
gdje je R\u003e 0 ako je središte zakrivljenosti desno od glavne optičke osi; R<0 если центр кривизны находится слева от главной оптической оси. Например, для двояковыпуклой линзы будет выполняться условие 1/F=(n-n_0)(1/R1+1/R2) (Эту формулу также называют формулой тонкой линзы.) Величина фокусного расстояния положительна для собирающих линз, и отрицательна для рассеивающих.
Vrijednost se naziva optička snaga objektiva. Optička snaga leće mjeri se u dioptrijama, čije su jedinice mjerenja? 1.
Te se formule mogu dobiti pažljivim razmatranjem procesa konstruiranja slike u objektivu pomoću Snellovog zakona, ako pređemo od općih trigonometrijskih formula do paraksijalne aproksimacije. Osim toga, da bi se dobila formula za tanke leće, prikladno je zamijeniti trokutastom prizmom i zatim koristiti formulu za kut otklona za tu prizmu.
Leće su simetrične, tj. Imaju istu žarišnu duljinu bez obzira na smjer svjetla - lijevo ili desno, što se, međutim, ne odnosi na druge karakteristike, kao što su aberacije, veličina kojih ovisi o tome koja je strana leće okrenuta prema svjetlu.
Objavljeno na Allbest.ru
Slični dokumenti
Suština leće, klasifikacija njezinih konveksnih (sakupljačkih) i konkavnih (raspršenih) oblika. Koncept fokusiranja objektiva i žarišne duljine. Značajke konstrukcije slike u leći, ovisno o putanji snopa nakon prelamanja i mjestu objekta.
prezentacija dodana 02/22/2012
Dimenzijski izračun optičke sheme. Određivanje kutnog polja okulara, promjera ulazne zjenice monokularnog, žarišne duljine leće, promjera polja dijafragme. Aberracijski proračun okulara i prizme. Ocjena kvalitete slike optičkog sustava.
seminarski rad, dodan 02.07.2013
Osnovna teorija tankih leća. Određivanje žarišne duljine magnitude objekta i njegove slike te udaljenost potonje od objektiva. Određivanje žarišne duljine magnitude pomaka leće. Omjer povećanja objektiva.
laboratorijski rad, dodan 07.03.2007
Savršen optički sustav. Izračun prizme, odabir okulara. Axisimetrični i prostorni optički sustav. Parametri dizajna, aberacija objektiva i prizma. Izračunavanje monokularnih aberacija. Otpustite crtanje rešetke. Triora svemirski objekti.
ispitivanje, dodano 10.02.2013
Lomni prizma kut. Kut najmanjeg odstupanja grede od izvornog smjera. Optička snaga kompozitne leće. Točkasti izvor s kosinusnom raspodjelom intenziteta svjetlosti. Formiranje interferencijskih vrpci. Intenzitet svjetlosti u smjeru svoje osi.
ispit, dodan 12.4.2010
Razmatranje mjerila elektromagnetskih valova. Zakon pravocrtnog širenja svjetla, neovisnost svjetlosnih zraka, refleksija i lom svjetlosti. Pojam i svojstva leće, definicija optičke snage. Značajke izrade slika u objektivima.
prezentacija je dodana dana 28.07.2015
Razvoj funkcionalnog dijagrama uređaja za mjerenje žarišne duljine fleksibilnog zrcala. Izbor i tehničke značajke fotodetektora, motora, napajanja i mikrokontrolera. Prikaz električnog koncepta uređaja.
seminarski rad, dodan 10.07.2014
Pregled loma i refleksije svjetlosti na sferne površine. Određivanje položaja glavnog fokusa lomne površine. Opisi tankih sfernih leća. Tanke leće. Snimanje objekata tankom lećom.
sažetak, dodan 04.10.2013
Suština zakona loma svjetlosti. Stanje maksimalne i minimalne smetnje. Omjer intenziteta incidentnih i reflektiranih valova. Određivanje brzine smanjenja debljine filma. Suština dužine optičkog puta i razlike optičkog puta.
ispitivanje, dodano 24.10.2013
Određivanje žarišne duljine skupljačkih i raspršujućih leća, povećanja i optičke duljine mikroskopske cijevi, indeksa loma i prosječne disperzije tekućine, intenziteta svjetlosti žarulje sa žarnom niti i njenog svjetlosnog polja. Proučavanje zakona fotometrije.
Literatura pokazuje da upotreba decentraliziranih leća uzrokuje zakrivljenost slike i promjenu astigmatizma, kromatizma, uvećanja i izobličenja, koji nisu isti za simetrične točke polja.
U izradi i montaži koriste se dva središnja mjesta: centriranje same leće i centriranje leće u okviru.
Suština leće za centriranje. Centriranje leće je operacija kombiniranja optičke osi leće s osi osnovne cilindrične površine (EB). Slika 1 O A O B - optička os. Podsjetimo se da je optička os ravna crta na kojoj leže centri zakrivljenosti sfernih površina leće; ako je jedna od površina leće ravna, tada optička os prolazi kroz središte zakrivljenosti kugle i okomita je na tu ravninu.
Sl. 1. Skica optičkog dijela
Ako se te dvije linije ne podudaraju, tada se zove leća decentered, Mjerenje decentriranja naznačeno je u crtežu objektiva. Decentričnost se javlja kao rezultat nakupljanja pogrešaka u svim prethodnim operacijama obrade mehaničkih leća. Važno je napomenuti da su optička os i os osnovnog elementa uvijek iskrivljavati redaka, tj. linije u različitim ravninama. Odnos križanja određen je kutom i razmakom između njih.
Veličina odstranjenog odstupanja tijekom brušenja ovisi o omjeru polumjera zakrivljenosti R leća i njezin promjer D, kao i znakove zakrivljenosti sfernih površina. Naknada se povećava s omjerom R: D.
Pri centriranju leća se postavlja na tri načina: na bljesak; u samonastavljivoj patroni; na uređaju.
4.1. Postavljanje leće na odsjaj, točnost centriranja na odsjaju
Postavljanje leće na odsjaj koristi se kada je moguće objektiv centrirati s točnošću koja nije preciznija od 0,04-0,1 mm (u nekim izvorima 0,02-0,2 mm). Instalacija se vrši lijepljenjem centrirane leće 3 sa smolom 2 na cjevasti metalni uložak 1 koji je fiksiran u vretenu stroja za centriranje (slika 2).
Sl.2. Shema usmjeravanja baklje:
1-uložak, 2-smola, 3-sočivo, 4-dijamantni brusni kotač,
- optička os do centriranja,
- optička os nakon centriranja
Leća se zagrijava na 60º, nanosi se na uložak i dok se smola ne smrzne, ona se pomiče duž kraja patrone, promatrajući golim okom položaj osvjetljenja na površini leće od izvora svjetlosti. S, U ovom slučaju, vreteno se ručno okreće i centriranje završava bez odsutnosti baklje.
Za centriranje koristi se cjevasti uložak (vidi Sl. 3), koji je montiran u navoj vretena stroja Mi orijentiran remen DH6. To znači da se osovine vretena i stezne glave ne podudaraju. Stoga se patrona, nakon ugradnje u vreteno, obrađuje kroz Ø d na duljinu od 10-15 mm (za izlaz iz brusnog kola). Zatim probuše stožac do točke i prednje platforme širine 0,2 mm.
Ova operacija se koristi za dobivanje referentnih rubova koji su strogo centrirani u odnosu na os rotacije vretena: vanjski rub za konkavne površine i unutarnji rub za konveksne površine.
Okomita strana čeone strane patrone se provjerava nanošenjem podmazane, polirane ploče na rotirajući uložak.
Za lijepljenje leće, uložak se zagrijava s alkoholnim ili plinskim plamenikom, podmazuje stožac i završnu stranu smole, nakon čega se pritisne topla leća (zagrijava se u toplom zraku preko plamena plamenika do 600) sa stranom manjeg radijusa zakrivljenosti. Pomicanjem leće duž kraja patrone, njegov položaj se postiže tako da kada se vreteno okrene, slika žarulje Sbiti će fiksna. Zatim se leća ohladi i preživi preko spužve tople vode.
Sl. 3. Spremnik za centriranje cjevastih leća
centriranje izvesti abrazivne kotače od silicijevog karbida; Tvrdoća raspona M2-CM2 i veličina zrna br. 3-12 odabiru se ovisno o vrsti stakla, veličini leće i toleranciji promjera.
Brzina rotacije set vretena ovisno o radnim uvjetima. Za leće malog promjera i mekog stakla brzina je veća.
Promjer leće periodički se provjerava (mjeri), dok se krug povlači, a vreteno se koči. Nakon centriranja, krug je presavijen i prednja površina je obrubljena ručnim pomicanjem čaše.
Točnost centriranja, Ova metoda centriranja koristi optički "sustav" koji radi s okom, tj. prijemnik energije zračenja je oko. Važna karakteristika oka je granica rezolucije (rezolucija) - kutna ili linearna veličina najmanje udaljenosti između dvije točke ili linije, pri čemu sustav formira zasebnu sliku pod određenim uvjetima ispitivanja.
Oko se može smatrati vrstom optičkog uređaja s nizom optičkih svojstava.
Optički sustav oka projicira sliku objekta na stražnju stijenku mrežnice. Oštrina slike preko mrežnice predmeta na različitim udaljenostima od oka postiže se promjenom žarišne duljine leće. Kada je prstenasti mišić pod stresom, zakrivljenost površine leće se povećava (žarišna duljina se smanjuje) i objekti bliže se prikazuju oštro. Svojstvo oka da daje oštru sliku objekata različitih udaljenosti naziva se smještaj. Točka prikazana okom u ostatku smještaja naziva se daleko, a pri maksimalnom naponu, u blizini.
Kada se gleda s okom 4 istog objekta
MN (Slika 4 i) na različitim udaljenostima
L i L’
veličina slike
l’
i l’’
također će biti različita, budući da će objekt biti promatran s okom pod kutom i
različitih veličina.
Kod oka bez ušiju (emmetropic), najudaljenija točka leži na beskonačnosti, a blizina na udaljenosti do 70 mm. Ispitivanje predmeta koji se nalazi u bližoj točki događa se, kao što je već spomenuto, pri maksimalnom naponu smještaja, što je za oči vrlo zamorno. udaljenost najbolji pogled kada gledate male objekte za emmetropično oko, to odgovara 250 mm. Jedan od čestih nedostataka oka je ametropija, koja se manifestira u obliku miopije (kratkovidnosti), hiperopije (hiperopije).
Sl. 4. Optičko djelovanje oka
Za kratkovidno oko, najudaljenija točka leži na konačnoj udaljenosti. Dakle, objekti koji leže u beskonačnosti nisu prikazani na mrežnici, nego ispred nje (sl. 4, u). Da bi se ispravila mijopija, negativna leća (naočale) postavlja se ispred oka.
Za dalekovidno oko, najudaljenija točka leži iza mrežnice (izvan očne jabučice). U tom slučaju, pozitivna leća nalazi se ispred oka. U slučaju male hiperopije, promatrač tijekom smještaja oka može dobiti oštru sliku udaljenih objekata. U slučaju kratkovidnosti, on to ne može učiniti, jer nema negativnog smještaja.
Pri izračunavanju optičke snage leće namijenjene za korekciju emmetropnog oka, potrebno je krenuti od položaja da se pozadinski fokus leće mora podudarati s udaljenom točkom. Paralelne zrake (ili njihov nastavak u suprotnom smjeru) koje padaju na leću moraju proći kroz fokus nakon prelamanja, a kako se fokus podudara s udaljenom točkom, zrake koje ulaze u oko izlaze (ili se skupljaju) s daleke točke oka i daju oštru sliku udaljenog objekta na mrežnici. Na primjer, ako je kratkovidost -2 dioptrija, onda je najdalja točka udaljena
dakle, leća se treba nanositi s žarišnom duljinom
, tj silom
dioptrija.
Isto tako i za dalekovidne oči; samo će znak snage objektiva biti pozitivan.
Navedeno treba uzeti u obzir pri razvoju i uporabi optičko-mehaničkih mjernih uređaja koji imaju okular. Okular bi trebao dopustiti na posao na bilo koje oko u stanju mira smještaja.
Pri razvoju optičko-mehaničkih mjernih uređaja potrebno je uzeti u obzir veličinu zjenice oka. Najbolji uvjeti promatranja bit će kada se izlazna zjenica uređaja podudara sa zjenicom oka u smislu lokacije i veličine. Položaj zjenica osigurava okular (posebna čahura ojačana na okularu).
Najvažniji parametar za mjerni proces je razlučivanje oka (oštrina vida), pri čemu su dvije točke zatvaranja vidljive odvojeno.
Rezolucija oka određena je promatranjem točaka, kontrastom K = 1 (crni udarci na bijeloj pozadini) i osvjetljenje 50-200 luksa.
Osim toga, rezolucija oka određena je strukturom mrežnice. Ako se slike dviju točaka nalaze na jednom elementu za primanje svjetla ili dva susjedna, tada takve točke neće biti riješene (za promatrača će se spojiti na jedno mjesto). Stošci (elementi oka koji primaju svjetlo) imaju dužinu od oko 0,035 mm i širinu od 0,006 mm. Nužan uvjet za razlučivanje je položaj slika dviju točaka na elementima, između kojih postoji slobodni element. Kutna udaljenost između dvije najveće točke koja se može riješiti određena je iz izraza
, (1)
gdje a- širine konusa, D - optička snaga oka (refrakcija oka).
dioptrija,
.
U mjernoj tehnologiji često je potrebno procijeniti pomicanje jednog dijela ravne linije u odnosu na drugi dio (nonijalno poravnanje) ili simetrični raspored ravne crte između dviju pravaca (bisektoralno poravnanje). U tim slučajevima granični kut rezolucije u sredini je šest puta manji (10 ”).
Kada se promatraju na najboljoj udaljenosti, dvije točke će se razriješiti ako se nalaze na udaljenosti jedna od druge
, (2)
gdje L - udaljenost najboljeg vida (250 mm), -odnosna moć oka ili zamjena numeričkih vrijednosti.
4.2. Instaliranje leće na autokollimator. metoda preciznost
Metoda je slična prethodnoj, samo se umjesto proizvoljnog izvora svjetlosti koristi autokolimator, a položaj baklje određuje se točnim očitanjem na mreži autokolimatora (slika 5).
Metoda je jednostavna i visokoučinkovita.
Sl. 5. Centriranje leća s autokolimacijskim ritmom kontrole baklje:
1-patrona, 2-šelak smola, 3-autokolimacijska cijev, 4-dijamantni alat, centri za zakrivljenost sfernih površina A i B leća
4.3. Ugradnja leće u samonastavljujući uložak, točnost metode
Najproduktivniji način je centriranje leća u samocentrirajući uložak na strojevima CA-100, CA-10A, CA-150B (slika 6).
b) Nespremni stupnjevi slobode: na bazi B - x, y, z, na bazi A -
Sl. 6. Shema centriranja leće u samocentrirajućem uređaju:
Uložak s 1 olovom, 2-leća, 3-podređeni spremnik, 4-osna rotacija vretena, 5-dijamantni alat (krug),
- središta zakrivljenosti sfernih površina A i B u dva položaja - prije i poslije ugradnje
Samoncentrirajući uložak sastoji se od dvije istodobno rotirajuće polovice - lijevog i desnog uloška. Oni se postavljaju na vretena stroja tako da se osi njihovih rubova podudaraju s osi rotacije vretena. Udaranje rubova patrone ne smije prelaziti 1-2 mikrona.
Leća smještena između patrona, pod djelovanjem opruge, kretat će se u smjeru od debelog do tankog ruba sve dok se optička os objektiva ne poravna s osi rotacije vretena.
Ugradnja leće je sljedeća: radnik lagano nanosi objektiv na lijevi uložak, oduzimajući mu tri pokreta - x, y, z (vidi sliku 6 za shemu baziranja). U ovom trenutku, optička os je pod kutom prema osi vretena (). Nakon toga radnik lagano otpusti oprugu desnog uloška, a optička os rotira i poravna se s osi vretena. Leća na bazi B koja se dobiva od nosača 3 gubi dva zavoja.
Za točnost ugradnje važan je kut pomaka leće. (vidi sl. 6), što je za bikonveksne i bikonkave leće zbroj kutova stezanja i površine leće, a za meniskus - pozitivna razlika ovih kutova.
Kut pomicanja leće formira se tangentama na radijuse zakrivljenosti površina leće, koje se provode kroz točku dodira s rubom patrone. Kutovi između navedenih radijusa zakrivljenosti i osi leće su kutovi stezanja i.
Eksperimentalno je utvrđeno [Sulim] da leće s kutom pomaka
dobro montiran i centriran s točnošću od 0,01 mm. Kutni objektivi
instaliran gore i centriran s točnošću od 0,02-0,03 mm. S daljnjim smanjenjem kuta pomaka manje
Ova metoda obično nije centrirana.
Nakon instalacije, leće uključuju vreteno i glatko donose dijamantski kotač. Brzina okretanja vretena i brzina pomaka ovise o tvrdoći stakla, debljini leće i abrazivnim svojstvima kotača. Načini obrade su odabrani empirijski.
Sila opruge valjnog vretena je 20-80 N (2-8 kg) i povećava se s povećanjem promjera leće na 295 N.
4.4. Instalacija na uređaj
Centriranje leća na uređaju (Sl. 7) omogućuje korištenje različitih mjernih sustava: ravnih, zakrivljenih, mikroskopi autokola, sa zaslonom CCD, koji značajno proširuje područje primjene.
Sl. 7. Centriranje na instrumentu
U ovoj metodi (slika 8), središte donje kugle dijela 6 uvijek je smješteno na osi patrone 5, stoga je potrebno instalirati samo centar O2 gornje površine, što uvelike pojednostavljuje postupak. Pokazano je da točnost procesa uglavnom ovisi o točnosti podizanja i očitavanju.
Razmotrimo detaljnije svaku od metoda.
U autokolimacijskom mikroskopu (sl. 9), svjetlosni snop iz žarulje sa žarnom niti 1, koji prolazi kroz kondenzator 2, reflektira se od ploče za cijepanje snopa 3 i zrcala 4, osvjetljava rešetke 5 i 6, razmaknute duž osi do dubine polja leće kolimatora 7. Rešetke 5 i 6 predstavljaju križevi: jedan - proziran na tamnoj pozadini, drugi - neproziran na svijetloj pozadini. Slike tih rešetki se projiciraju pomoću leće 7, prizme 8, ravne paralelne ploče 9 i mikro-leće 10 u mikroskopsku plohu, u koju se sekvencijalno postavljaju ili središte zakrivljenosti ili vrh mjerene površine.
Reflektirani svjetlosni tok prolazi kroz mikro-leću 10, reflektira se od ploče 9 i dijagonalne površine prizme 11, prolazi leću 12, kocku 13 prizme, prizmu 14 i ulazi u okular 15, kroz koji operater vidi autokalnu sliku križa rešetke 5 i 6. U prednjem žarištu ravnina okulara postavljena je u rešetku 16, koja je označena s referentnim indeksom u obliku vodoravne linije i kontrolnim krugom malih dimenzija, koji obavlja funkciju referentne točke za centriranje mjerene leće.
Sl. 8.ja - kolimator; II - mikroskop; 1 - svjetiljka, 2 - kondenzator, 3 - ispitni objekt, 4 - leća, 5 - osovina, 6 - objektiv za ugradnju, 7 - leća, 8 - rešetka, 9 - okular, 10 - leća, 11 - rešetka, 12 - okular prizma, 13 - okular
Sl. 9. Shema autokolimacijskog mikroskopa
1 - osvjetljivač, 2 - kondenzator, 3 - ploča za cijepanje, 4 - zrcalo, 5 i 6 - rešetke, 7 - leća, 8 - prizma, 9 - ravna paralelna ploča, 10 - mikro leća, 11 - prizma, 12 - leća, 13 - kocka prizma, 14 - prizma, 15 - okular, 16 - mreža, 17 - ugradiva leća, 18 - osovina
Optička shema mikroskopa za mjerenje zaslona (slika 10) sastoji se od končanice i tri referentna dijela. Slike mjernog objekta, kao i glavne i referentne vage projiciraju se na ekrane. Optički mikrometri se koriste u sustavima čitanja.
Obrisi predmeta koji se mjere promatraju se na zaslonu za snimanje (pri slabom osvjetljenju) ili gledaju kroz binokularni priključak (pri visokom svjetlu). Odbrojavanje kretanja vagona napravljeno je prema slici glavne i referentne ljestvice.
Svjetlo iz lampe 17 konstantnim kondenzatorom 16 i izmjenjivim sustavom osvjetljenja 18, 19 ili 20 usmjereno je na izmjenjivi objektiv 10, 11, 12 ili 13 (uvećanja ,
, i respektivno), osvjetljavajući izmjereni predmet P. Slika objekta projicira objektiv kroz prizmu 3 i zaštitne naočale 9 u ravninu staklene ploče 5 isprekidanim linijama. Ploča se može okretati unutar zamašnjaka
, Zajednička slika objekta i rešetkastih linija kroz kolektiv 8 projicirana je objektivom 6 pomoću ogledala 7 i 1 na nišanskom zaslonu 2. Goniometrijski optički sustav očitanja prikazan je na istoj slici.
Svjetlo iz lampe 27 kroz kondenzator 26, svjetlosni filtar 25 i tim 24 šalju se u stakleni kraj 4 (cijena dijeljenja). a) glava kuta udara. Grana je čvrsto povezana s isprekidanom mrežicom i rotira se s njom. Lens 23 projicira osvijetljeni dio udova u ravninu fiksnog očitavanja (minute). Zajednička slika obje ljestvice projicira leća 22, kroz prizmu 21 i ogledalo 15 na ekranu 14 goniometra za očitavanje.
Sl. 10. Slika mjernog mikroskopa na zaslonu
4.5. Centriranje leće u okvir
Postoji nekoliko načina centriranja leća kada su spojeni na rub i jedan od njih je autokolimacija. Takav spoj se naziva skupom za autookolimaciju.
Automatsko centriranje .
Objektivi dizajnirani za montažu autokolimacije, u optičkom trgovačkom centru s niskom točnošću od 0,03 - 0,1 mm.
Okviri za leće izrađeni su u strojarnici s dopuštenjem za promjer baze i završetke podnožja. Zatim se leće učvršćuju u okvire valjanjem ili navojnim prstenom. O centriranju nije važno.
Primjerice, uzmite leću fotografskog objektiva u okvir, čiji crtež je prikazan na slici 11. Na crtežu se obično određuje tolerancija za decentriranje - sa znakovima ili tekstom u polju za crtanje. Primjerice, "neusklađenost osi."
i osi 20 ne više od 0,01 m. "
Sl. 11. Primjer leće u okviru za montažu autokolimacije.
Da bi se izvršilo centriranje, potreban je precizan tokarilica, čije vreteno ima otkucaje ne veće od 3-5 mikrona, optički uređaj koji se naziva cijev za autookolimaciju YuS-13 *, koja A.A. Zabelin i podesiva kazeta za centriranje.
4.5.1. Uređaj cijevi za automatsko usklađivanje YuS-13
Dijagram Zabelinove cijevi prikazan je na Sl. 12. Sadrži: pokretni objektiv 14, iluminator s izvorom 10, kondenzator 11 i ogledalo 12; objektiv i iluminator dijele zrcalo 13, imaju prozirni otvor (otvor) ili križ; Mikroskop M koji se sastoji od leće 4, mjerne mreže 6 i okulara 5. Zaslon 17 se koristi za bilježenje dubokog odstupanja.
Sl. 12. Cijev za automatsku automatizaciju uređaja YuS-13
4.5.2. Stezna glava uređaja
Uređaj uloška prikazan je shematski na sl. 13. Sastoji se od sljedećih glavnih dijelova. Spojka 1 se koristi za pričvršćivanje i usmjeravanje uloška na vretenu. Centriranje će biti točnije, točnije se stezna glava postavlja u odnosu na osovinu vretena. Najtočnija orijentacija je moguća s koničnom drškom, tj. umjesto slijetanja D treba biti drška. Spojka je opremljena s tijelom 2 patrone u obliku rukavca s četiri radijalna vijka 4, koji se koriste za pomicanje unutrašnjosti uloška kroz staklo 3 u XOY ravnini. Vijci 5 služe za okretanje sferne podloške 6 (konveksna ili konkavna) s okvirom montiranim na podlošku s lećom.
Glavni parametri uloška: stvarni polumjer
sferni podložak 6; stvarna udaljenost B od vrha podloške do kraja. Stvarni parametri i B se primjenjuju na patronu brendiranjem.
Izbor uloška za centriranje određen je radijusom zakrivljenosti površine centrirane leće, s kojim započinje postupak centriranja. Na primjer, negativni uložak se koristi samo za velike negativne radijuse zakrivljenosti prve površine centrirane leće.
Sl. 13. Dijagram stezne glave za centriranje.
Polumjer prve površine leće određuje duljinu prijelaznog trna do uloška za centriranje (vidi dolje).
4.5.3. Proces centriranja
Zabelinova cijev je postavljena u potporne bokove s dva vijka 9 (jedan od njih nije prikazan na slici 14) s nagibom cijevi u dva međusobno okomita pravca poravnavanjem osi cijevi s osi rotacije vretena. Okvir s lećom je ugrađen u uložak za centriranje (slika 14, a) tako da je središte O 1 njegove površinske zakrivljenosti najbliže cijevi u ravnini centra O kuglastog dijela uloška 1 (ova ravnina je okomita na os vretena). Ako duljina okvira ne dopušta kombiniranje O 1 i O, tada uzmite drugi uložak ili upotrijebite srednji trn (za izračun vretena, vidi dolje). Uključite iluminator. Zraka zraka iz izvora svjetlosti 10 projicira kondenzator 11 nakon refleksije od zrcala 12 na ravnini ogledala 13 koji ima prozirni otvor (otvor) ili križ. Objektiv 14 projicira zrake do točke na optičkoj osi autokollimatora.
Sl. 14. Centriranje na autokolimatoru
Pomičući pero 8 konjića stroja, u kojem je cijev 7 postavljena kroz konusnu dršku, dijafragma (točka) koju tvori leća 14 poravnana je s ravninom središta zakrivljenosti O 1 leće i središta zakrivljenosti O kuglastog čašice patrone. Trenutak podudaranja određen je oštrom slikom dijafragme, koja je vidljiva u okularu 5, budući da se zrake reflektirane od površine leće kreću u suprotnom smjeru (označene isprekidanom linijom sa strelicom) i projiciraju leća 14 na ravninu ogledala 13. Offset slika dijafragme gleda se pod mikroskopom M. njegova rešetka 6. Ako je pomak velik, slika pada na ekran 17 i ne gubi se tijekom procesa podešavanja. Pri rotaciji vretena ova slika će opisati krug promjera D.
Sada je točka O 1 poravnana s osi vretena. Da bi se to postiglo, okretanjem vijaka 15, koji se nalaze kroz 90 ° oko osi vretena, pomični dio stezne glave pomiče se duž osi Y i Z sve dok se točka O 1 ne poravna s osi vretena, pokretnim dijelom, tj. D = O (vidi Sliku 14, b) i premlaćivanje O 1 središta tijekom rotacije nije uočeno.
Zatim se leća 14 pomiče u autokolimatoru kako bi se dobila oštra slika dijafragme formirane snopom zraka koje se reflektiraju od druge površine leće sa središtem zakrivljenosti O2. Ako se promatra rotacija vretena pomicanjem slike dijafragme, okrećite vijke 16 (slika 14, c) okretanjem sfernog dijela uloška sve dok se ne ukloni otisak slike dijafragme na rešetki 6 mikroskopa. To znači da središte O2 leži na osi vretena. To će uzrokovati pomak središta O 1 od osi vretena, kao i koliko će biti prikazano ispod.
Objektiv 14 u tijelu autokollimatora može pomaknuti sliku dijafragme (točke) s kraja cijevi na udaljenosti od -15cm do
i do + 9cm, što omogućuje centriranje leća s radijusima radnih površina gotovo svake veličine. Međutim, pomicanje leće 14 mijenja linearno povećanje
koje se moraju uzeti u obzir pri mjerenju decentralizacije. Vrijednost decentralizacije C, nastala kada središta zakrivljenosti O 1 ili O 2 površine leće ne podudaraju s osi rotacije vretena, određuje se pomoću formule
, (3)
gdje je linearno povećanje autokolimatorske leće,
- linearno uvećanje mikroskopa, m - cijena dijeljenja mreže mikroskopa, D - promjer kruga, opisan slikom dijafragme u ravnini mreže mikroskopa, N - broj mrežnih dijelova koji odgovaraju promjeru D.
Kao rezultat, nosač objektiva će imati prijenos u odnosu na osovinu vretena, ali je optička osa O 1 O 2 (s pogreškom) poravnana s osi vretena (vidi Sl. 14, c). Deformacija naplatka nastala uslijed poravnanja eliminira se obradom temeljnih površina (vidi sliku 12, c i 13) bez uklanjanja oboda iz uloška za centriranje. Vanjska površina okvira s 20 se obrađuje do veličine jednake promjeru kućišta objektiva s minimalnim potrebnim zazorima (oko 0,01 mm). Kraj oboda se reže tako da može izdržati veličinu navedenu na crtežu 0.54 0,01 mm (vidi sl. 11). Udaljenost od leće do kraja kada se podrezivanje mjeri pomoću indikatorske naprave prikazane na sl. 15, a. tada se okvir uklanja iz stezne glave i ugrađuje se u stezna čahura tokarilice na obrađene temeljne površine (vidi Sl. 15, b). Izrežite drugi kraj ležaja okvira tako da izdrži veličinu od 3 0,01 mm do druge površine leće. Proces centriranja leće je gotov.
Sl. 15. Obrada ruba leće nakon centriranja
4.5.4. Određivanje metodološke pogreške metoda centriranja
Konstrukcije su napravljene na primjeru bikonveksne leće (sl. 16). O 1 O 2 je optička os do centriranja, O je središte kugle uloška, os patrone se podudara s osi vretena u XYZ koordinatnom sustavu, a osovina vretena podudara se s osi OX. Prvo pomaknemo spremnik u ravninu YOZ kako bismo spojili točku O 1 s točkom O. Osovina spremnika će zauzeti novi položaj. Središte kugle uloška za pomicanje do točke
, središte zakrivljenosti O 2 se pomiče do točke , Okrećući vijke, okrećite sferni dio uloška oko središta kako biste pomakli središte sfere O 2 od točke do osi vretena do točke
, Na ovom skretanju, prvo središte zakrivljenosti O 1 od točke prijeđite na točku
, Optička os O 1 O 2 ne podudara se s osi rotacije vretena, "pojavljuje se nespecificirana pogreška metode."
Očito, da bi se smanjila ta pogreška, treba početi centrirati s površine leće, koja je preciznije postavljena u odnosu na os osovine, ili ponoviti cijeli proces.
Sl. 16. Sheme do definicije metodičke pogreške
4.5.5. Matematički model
Za izračunavanje točnosti položaja osi prema shemi na sl. 17 razvio je matematički model.
Postavljene su dvije ravne linije koje se sijeku. i b. avion i dobiveni paralelnim prijenosom i b do raskrižja.
Sl.1 7. Shema za izradu matematičkog modela
, b
, i kolinearna;
Kanoničke jednadžbe:
direktna:
,
izravni b:
,
gdje
.
vektor
,
;
Skalarni proizvod:
Udaljenost između prekriženih:
Kut između križanja:
. (5)
4.6. Sheme za izračunavanje kuta i udaljenosti između optičke osi i osi okvira
Određivanje udaljenosti (Sl. 18)
Sl. 18. Shema za izračun udaljenosti između optičke osi i osi okvira
Osovina mjernog uređaja se podudara s OZ; oh 1
- pravo središta sfere, oh 2
središte lijeve kugle, segmenti
i
odrediti decentriranje desne i druge površine.
udaljenost između i OZ
u sljedećem redoslijedu. Ušli smo u avion XOYokomito OZ, tada je udaljenost definirana kao udaljenost između njihovih ortogonalnih projekcija na tu ravninu (tj. XOY). Ortogonalna projekcija OZ - To je poanta oh, konstruirat ćemo projekciju koja je dizajnirala točku oh 2
- To je poanta sredstva
- projekcija i okomica OH - željenu udaljenost. Izračunajte tu udaljenost.
Segmenti vektorizacije:
;
;
jednadžba: ili opća jednadžba pravca
.
Predstavljamo zapis; A onda - opća jednadžba pravca.
Udaljenost od točke do linije:
Određivanje kuta (Sl. 19)
Paralelno s vama OZ do točke, zatim - željenog kuta.
ili (7)
Paralelno s nama prenosimo segment na sjecište s at Hzatim pravi položaj udaljenosti između i OZ.
Sl. 19. Shema za izračun kuta između optičke osi i osi okvira
Provedena su istraživanja za deset tipova leća prikazanih na sl. 20.
Sl. 20. Vrste leća
Prema istraživanju, sastavljena je tablica mogućnosti metoda centriranja:
Tablica 1.
točnost |
Konstrukcija objektiva, br. |
Vrsta proizvodnje |
produktivnost |
Troškovi alata |
primjedba |
|
Odsjajem s okom osvjetljivača |
fino serijski |
|||||
Na bliještini s AK: na odsjaju okulara |
serijski |
|||||
Na bliještini s AK: cCD odsjaj |
||||||
U samocentrirajućoj steznoj glavi |
srednje serijski |
preostala decentralnost se ne mjeri |
||||
Centriranje u adaptaciji: mikroskop s okularom |
serijski |
|||||
Centriranje u uređaju: mikroskop sa zaslonom |
srednje serijski |
|||||
Centriranje u adaptaciji: mikroskop s |
srednje serijski |
|||||
Usmjeravanje obruča (okular) |
serijski |
|||||
Centriranje obruča (CCD, monitor) |
srednje serijski |
4.7. O izboru patrone i izračunu trna
Kao što je ranije spomenuto, centriranje leće, u pravilu, mora započeti uklanjanjem decentriranja površine najbliže mikroskopu. U iznimnim slučajevima, kada je središte zakrivljenosti sfernog dijela uloška poravnato s centrom zakrivljenosti površine leće koja nije najbliže mikroskopu, centriranje površina leće provodi se naizmjenično koristeći metodu uzastopnih aproksimacija.
Polumjer prve površine centrirane leće određuje duljinu prijelaznog trna prema ulošku za centriranje. Duljina trna jednaka je razmaku između krajeva nosača patrone za centriranje i okvira centriranog objektiva. Izračun duljine prijelaznog vretena prikazan je sa specifičnim primjerima.
Sl. 16. Sheme za izračun prijelaznih rukavaca s centriranjem
a - pozitivni uložak, b - negativni uložak
Primjer 1 Pozitivni uložak.
Ovisno o specifičnim podacima leće, postoje dvije mogućnosti za izračunavanje prijelaznog trna.
Opcija 1.
Za prvu površinu centrirane leće odabrana je površina s radijusom R / 1 i sa središtem u točki (slika 16, a)
Duljina trna L određena je formulom:
L = R / n-R / l-B-P-d
Opcija 2.
Za prvu površinu odabrana je površina s radijusom R / 1 i sa središtem u točki O / 1 (slika 16, a). Tada se dužina trna L odlučuje:
L = R / n-R / l-B-P
Primjer 2 Negativni uložak.
Određuje se duljina trna (slika 16, b)
L = Rn-R1-B-P-d
4. 8. Postavljanje optičkih elemenata tijekom montaže
Prilikom sastavljanja elementarne montažne jedinice povezuje se dva dijela izravnim mehaničkim dodirom njihovih površina. Veza je interakcija dijelova u skladu s njihovom funkcionalnom svrhom. Napominjemo da ovdje riječ "veza" ne znači proces stavljanja jednog dijela na drugi, već znači država. Obrazac za povezane dijelove kontaktni par.
Tako da par kontaktnih parova nije slomljen tijekom rada, podložan je zatvaranju silom, oblikom, učvršćenjem.Kada se stvaraju spojevi, koristi se terminologija proizvodnih procesa, tj. rečeno je da je dio baziran ili orijentiran, što znači da baziranje (usmjeravanje) davanja određenog položaja određenog crtežom dijela koji se spaja u odnosu na bazu. Potrebno je jasno razumjeti da su baziranje i konsolidacija dvije različite stvari. Ne možete reći "detalj je fiksan", prvo se temelji detalj, a zatim fiksno, ako je potrebno.
Postoje inicijalne (generalizirane) sheme za baziranje za tipična tijela: vidi tablicu. 2.
Razmotrite bazu u okviru najmasivnijeg optičkog dijela - objektiva. Temeljenje ne ovisi o konfiguraciji leće. Sjetite se da kada se temelji na postizanju određenog položaja optičke osi leće - kombinacija osi s geometrijskom osi osnovne površine okvira. Neusklađenost osi procijenjena je pomoću decentara 1. i 2. vrste. Decentrikcija 1. vrste je poprečni pomak leće duž osi X i Y (označen x i y) vidi tablicu. 2. Druga vrsta decentriranja su nagibi (zavoja) leće u odnosu na osovinu osnovne površine okvira.
Na sl. Slike 22a, b prikazuju tipičnu konstrukciju temeljenja i pričvršćenja ravnog konveksnog leća s navojnim prstenom.
Načela orijentacije optičkih dijelova u obliku kruga (leće, ravne-paralelne, staklene ploče, svjetovi, rešetke, itd.) Kada su spojeni s njihovim mehaničkim osnovnim dijelovima ovise o vrsti dijela (njegova konfiguracija), o zahtjevima za funkcionalnu točnost i pouzdanost veze.
Oštećeni stupnjevi slobode određuje dizajner na temelju stanja veze. Ako je više površina istog dijela uključeno u zglob, za njih se kaže da se temelje na skupu baza. U ovom slučaju, kako ne bi lišio dio “ekstra” stupnjeva slobode (to se naziva i prekomjernim zakupom), dizajner bi trebao koristiti sljedeća pravila.
Klasifikacija osnovnih kontaktnih parova
Tablica 2.
Kombinacije površina para |
Klase parova |
||||
Sfera i sfera |
|||||
Sfera i cilindar |
|||||
Sfera i ravnina |
|||||
Cilindar i cilindar |
|||||
Cilindar i ravnina |
|||||
Zrakoplov i ravnina |
Prvo pravilo. Prilikom baziranja uvijek treba biti glavna baza podataka (GB).
GB je površina koja lišava dio najvećeg broja stupnjeva slobode i odgovorna za glavnu funkciju veze.Kao GB može se upotrijebiti ravnina: ravnina lišava dio od tri stupnja slobode, zove se kontaktni par treće klase (P 3): “duga” cilindrična površina, lišava dio četiri stupnja slobode, naziva se kontaktni par.
četvrta klasa (P 4): i konačno, konusna površina - kontaktni peti peti razred (P 5).
Kada se bazira GB mora biti.
Prilikom dodjele drugih osnova, dizajner bi trebao koristiti
Drugo pravilo. Prilikom baziranja skupa baza, svaka sljedeća baza (nakon glavne baze) ne bi trebala duplicirati funkciju prethodne baze. Primjeri mogućih umnožavanja prikazani su na sl. 21. Na slici 21 i očigledno dupliciranje, koje se mora ukloniti promjenom dizajna, vidi Sliku 21, b.
Sl. 21. Primjer dupliciranja nepismenog dizajna veze.
Razmotrimo primjere ovih pravila za baziranje leća i određivanje dimenzija okvira - osnovnog dijela - vidi sliku .. U svim slučajevima, osnovni zadatak baze je kombiniranje optičke osi objektiva 00A (0 1 0 2) s geometrijskom osi osnovnog elementa veze (BAS).
Sl. 22. Tipične sheme za baziranje i učvršćivanje leća: a) GB-sfera leće, b) GB-ravnina, c) GB-sferne leće, d) i e) GB-sfera R 2 ; 1 - leća; 2 - okvir; 3 - pričvrsni prsten s navojem
Prema dijagramu na slici 22, a glavna baza je prstenasta linija leće, kugla. I dolazi u kontakt s okvirom na prstenastom rubu. To je kontaktni par klase P3 koji lišava leću tri stupnja slobode - pomake duž osi XYZ (sami pomaci označeni su malim slovima x, y, z). Okreti leće regulirani su dodatnom bazom - cilindričnom površinom leće. To je kontaktni par klase P2, koji lišava objektiv dva zavoja ω x i ω y. A kontakt u paru mora biti sa zajamčenom prazninom. Prema tome, ovo baziranje osigurava poprečni pomak leće (decentriranje druge vrste) nije više od polovice zbroja tolerancija na vanjski promjer leće i kontaktni promjer okvira.
Ako je točnost niti u prstenu manja od točnosti slijetanja na DN7 (što se obično događa), tada će kut nagiba osi 00a biti β = arctan (? / L), gdje? - maksimalni razmak prema D7 l - duljini kontaktnih površina.
Na temelju sheme sl. 22, b, ulogu glavne baze obavlja uski prstenasti pojas na površini B leće, čija se širina, jednaka polovici razlike između punog i svjetlosnog promjera leće, normalizira standardima. U tom slučaju dobiva se kontaktni par klase P3 (z, ω x, ω y). Dodatna baza - cilindrična površina - par klase P 2 x, y).
Usporedba shema pokazuje veliku razliku u funkcionalnoj izvedbi. Dakle, u drugom slučaju, P 2 par "kontrolira" decentriranje prve vrste, a P 3 par u prvom slučaju. U prvom, D St mora biti točan, au drugoj, običnoj točnosti.
Na sl. 22, g i d, prikazano je polaganje i pričvršćivanje prstenastog prstenastog prstena koji je poduprt sferičnom površinom na rubu grebena - to je kontaktni par R3 (x, y, z). Prilikom zavrtanja navojnog prstena, rotacija leće će uglavnom biti određena veličinom razmaka "S" u prianjanju, unutar kojeg je moguće okretati? X, y ≈? C / (R2 * Cosγ).
Razmotrite učinak sile učvršćenja s navojnog prstena na mjesto leće u okviru (vidi sliku 23).
Sl. 23. Dijagram za određivanje učinka sile s navojnog prstena na mjesto leće
Kao što se može vidjeti iz slike, sa strane ruba, reakcijska sila N djeluje na leću (zbog sile F na strani navojnog prstena) koja ima komponentu T, pomičući leću duž X osi (dok leća dodirne suprotnu stranu ruba) kada je ta komponenta veća od komponente T 'Sile trenja F Tr između objektiva, prstena i ruba. Dakle, ovaj kontakt, koji ograničava pomicanje leće duž Z-osi, također oduzima pomicanje leće duž osi Y i X.
Treba napomenuti da će se pomak leće pojaviti kada je zadovoljen uvjet α\u003e 2ρ ili približno
D / 2R\u003e = 2≈0,3 (*),
gdje je ρ kut trenja, R je polumjer leće, je koeficijent trenja klizanja materijala okvira i leće.
Sada je potrebno shvatiti koje osnove ograničavaju okretanje leće.
Postoje dvije mogućnosti. Prvo, preciznost navoja je mala, a točnost u slijetanju poi Ø D l je visoka, tada će rotacija leće biti ograničena kontaktom leće na Ø D l, a kut β nagiba osi jednak je arctg (? / L).
Druga mogućnost je preciznost navoja veća od prikladnosti za Ø D l, zatim za kut
β = arctg (l / l) (**),
gdje? - razmak u navoju, l - duljina navoja.
Kada uvjet (*) nije zadovoljen, leća se ne pomiče duž osi X i uloga glavne baze preuzima prsten s navojem, lišavajući leću pomicanje duž Z i okrećući ω x, ω y. Točnost ovog "uskraćivanja" može se odrediti izrazom (**).
Analiza razmatranih uvjeta baziranja omogućuje nam da zaključimo da će zahtjevi (tolerancije) za parametre okvira, navojnog prstena i priključne leće biti različiti i ovisiti o konfiguraciji spoja i stanju (*).
Na primjer, ako je uvjet (*) ispunjen u spoju prikazanom na Sl. 21, a otvor Ø Ø okvira treba biti koaksijalan s osi otvora Ø Db, au spoju prikazanom na sl. 21, b ovog poravnanja nije potrebno, ali je potrebno poravnanje Ø D b i Ø DN7. Tolerancija na promjeru leće mora biti čvrsta, a tolerancije na navojnom prstenu su slobodne.
Pozornost treba posvetiti takvim "sitnicama", koje često padaju iz vidnog polja dizajnera i tehnologa. Tako, na primjer, potporni rub ruba okvira ne bi trebao imati rupice i oštrice, stoga bi smjer kretanja rezača trebao biti od ruba u "tijelo" dijela (Sl. 24, a) za vrijeme njegove obrade, a kada da se smanji deformacija ruba okvira i leće pri pričvršćivanju posljednji rub izvedite pod kutom od 135 °, ili pod kutem tangenta na sferičnu površinu leće (Sl. 24, b, c). Potrebno je osigurati mjesto vrhova konusne površine ruba na osnovnoj osi okvira.
Sl.24 , Položaj ruba na bazi naplatka
Strogo govoreći, takav se sustav ne bi trebao zvati autokolimator, jer kolimacija u izvornom značenju znači paralelni tijek zraka. Međutim, široka praksa korištenja metoda autokolimacije proširila je to ime na sustave koji djeluju s neparalelnim snopovima.
Optički instrumenti- uređaje u kojima je zračenje bilo kojeg spektralnog područja(ultraljubičasto, vidljivo, infracrveno) pretvaraju (preskočeno, reflektirano, lomljeno, polarizirano).
Odavanje počasti povijesnoj tradiciji, optički uređaji koji se obično nazivaju vidljivim svjetlom.
U početnoj procjeni kvalitete uređaja smatraju se samo one glavninjegov značajke:
- omjer otvor- sposobnost koncentriranja zračenja;
- razlučivost - mogućnost razlikovanja susjednih detalja slike;
- povećanje - Omjer veličine objekta i njegove slike.
- Za mnoge uređaje, definicijska karakteristika je vidno polje- kut pod kojim su ekstremne točke objekta vidljive iz središta uređaja.
Rješavanje snage- karakterizira sposobnost optički instrumenti dati zasebne slike dviju bliskih točaka objekta.
Naziva se najmanja linearna ili kutna udaljenost između dvije točke, počevši od koje se spajaju njihove slikeograničenje linearne ili kutne rezolucije.
Sposobnost uređaja da razlikuje dvije bliske točke ili linije je zbog valne prirode svjetla. Numerička vrijednost snage razdvajanja, primjerice sustava leća, ovisi o sposobnosti dizajnera da se nosi s odstupanjima objektiva i pažljivo centrira te leće na istoj optičkoj osi. Teorijska granica rezolucije dviju susjednih točaka slike definirana je kao jednakost udaljenosti između njihovih središta i polumjera prvog tamnog prstena njihove difrakcijske slike.
Povećanje. Ako je objekt duljine H okomit na optičku os sustava, a duljina njegove slike je h, tada je povećanje m određeno formulom:
m = h / H .
Povećanje ovisi o žarišnoj duljini i relativnom položaju leća; Da bi izrazili ovu ovisnost, postoje odgovarajuće formule.
Važna karakteristika uređaja za vizualno promatranje je vidljivo povećanje M, Određuje se iz omjera veličine slike objekta, koje se formiraju na mrežnici oka s izravnim promatranjem objekta i gledanjem kroz uređaj. Obično je vidljivo povećanje M izraženo omjerom M = tgb / tgagdje je a kut pod kojim promatrač vidi objekt golim okom, a b je kut pod kojim oko promatrača vidi predmet kroz uređaj.
Glavni dio bilo kojeg optičkog sustava je leća. Objektivi su dio gotovo svih optičkih uređaja.
leća – optički prozirno tijelo ograničeno s dvije sferične površine.
Ako je debljina same leće mala u usporedbi s polumjerima zakrivljenosti sfernih površina, tada se leća naziva tanka.
Leće su prikupljanje i raspršenje, Sakupljajuća leća u sredini je deblja nego na rubovima, a raspršujuća leća je u srednjem dijelu tanja.
Vrste leća:
- konveksan:
- bikonveksni (1)
- plosnati konveksni (2)
- konkavno-konveksni (3)
- konkavan:
- bikonkava (4)
- ravna konkavna (5)
- konveksno-konkavno (6)
Osnovne oznake u objektivu:
Naziva se pravac koji prolazi kroz središta zakrivljenosti sferičnih površina O 1 i O 2 glavna optička osa leće.
U slučaju tankih leća, možemo približno pretpostaviti da se glavna optička osa presijeca s lećom u jednoj točki, što se obično naziva optički središnji objektiv O. Snop svjetlosti prolazi kroz optičko središte leće, ne odstupajući od izvornog smjera.
Centar optičkih leća- točka kroz koju zrake svjetlosti prolaze bez prelamanja u leći.
Glavna optička os - Ravna crta koja prolazi kroz optičko središte leće, okomito na leću.
Pozivaju se sve linije koje prolaze kroz optički centar bočne optičke osi.
Ako je snop zraka paralelan glavnoj optičkoj osi usmjeren prema objektivu, nakon prolaska kroz leću, zrake (ili njihovi nastavci) će se okupiti u jednoj točki F, koja se zove glavni fokus leće. Tanki objektiv ima dva glavna fokusa smještena simetrično na glavnoj optičkoj osi u odnosu na leću. Pri sakupljanju trikova leća su stvarni, u raspršujućim su oni imaginarni.
Zrake zraka paralelne s jednom od sekundarnih optičkih osi, nakon prolaska kroz leću, također su fokusirane na točku F ', koja se nalazi na sjecištu sekundarne osi s žarišnom ravninom F, odnosno ravninom okomitom na glavnu optičku os i prolazi kroz glavni fokus.
Žarišna ravnina- ravna, okomita na glavnu optičku os objektiva i prolazi kroz fokus leće.
Naziva se udaljenost između optičkog središta objektiva O i glavnog fokusa F žarišne duljine, Označeno je istim slovom F.
Refrakcija paralelnog snopa zraka u sabirnoj leći.
Refrakcija paralelnog snopa zraka u difuznom objektivu.
Točke O 1 i O 2 su centri sfernih površina, O 1 O 2 je glavna optička os, O je optičko središte, F je glavni fokus, F "je bočni fokus, OF" je bočna optička osi, a F je fokalna ravnina.
Na crtežima su tanke leće prikazane u obliku segmenta sa strelicama:
skupljanje: difuzor:
Glavno svojstvo leća– sposobnost davanja slika objekata, Slike su direktan i naopako, pravi i imaginaran, povećan i smanjen.
Položaj slike i njezin karakter može se odrediti geometrijskim konstrukcijama. Da biste to učinili, koristite svojstva nekih standardnih greda, čiji je tijek poznat. To su zrake koje prolaze kroz optički centar ili jedan od žarišta leće, kao i zrake paralelne glavnoj ili jednoj od sekundarnih optičkih osi. Za izradu slike u objektivu upotrijebite bilo koje dvije od tri zrake:
Zraka koja pada na leću paralelno s optičkom osi, nakon prelamanja, prolazi kroz fokus leće.
Zraka koja prolazi kroz optičko središte leće se ne lomi.
Zraka koja prolazi kroz fokus leće nakon loma je paralelna s optičkom osi.
Položaj slike i njezina priroda (stvarna ili imaginarna) također se može izračunati pomoću formule za tanke leće. Ako je udaljenost od objekta do objektiva označena s, a udaljenost od objektiva do slike kroz f, tada se formula tanke leće može napisati u obliku:
Naziva se vrijednost D, obrnuta žarišna duljina leće optičke snage.
Jedinica moći je dioptrija (dioptrija), Dioptrija - optička snaga leće s žarišnom duljinom od 1 m: 1 dioptrija = m –1
Žarišne duljine leća obično se dodjeljuju određenim znakovima: za kolektor F\u003e 0, za difuzni F< 0 .
Vrijednosti d i f također podliježu određenom pravilu znakova:
d\u003e 0 i f\u003e 0 za stvarne objekte (tj. stvarne izvore svjetlosti, a ne nastavke zraka koji se slijeću iza leće) i slike;
d< 0 и f < 0 – для мнимых источников и изображений.
Tanki objektivi imaju brojne nedostatke koji ne omogućuju kvalitetne slike. Nazivaju se izobličenja koja se pojavljuju tijekom formiranja slike aberacije, Glavne su sferne i kromatske aberacije.
Sferna aberacijaočituje se u činjenici da se u slučaju širokih svjetlosnih zraka, zrake daleko od optičke osi, sijeku ne u fokusu. Formula tanke leće vrijedi samo za zrake blizu optičke osi. Slika izvora udaljene točke, stvorena širokim snopom zraka koje se prelama objektivom, ispada da je mutna.
Kromatska aberacijaproizlazi iz činjenice da indeks loma materijala leće ovisi o valnoj duljini svjetlosti λ. Ovo svojstvo prozirnog medija naziva se disperzija. Žarišna duljina leće je različita za svjetlo s različitim valnim duljinama, što dovodi do zamućenja slike kada se koristi ne-monokromatsko svjetlo.
U suvremenim optičkim uređajima koriste se ne tanke leće, već složeni sustavi s više leća, u kojima je moguće približno eliminirati različite aberacije.
Stvaranje objektiva za skupljanje važeća slika Stavka se koristi u mnogim optičkim uređajima, kao što su fotoaparat, projektor itd.
Želite li stvoriti kvalitetan optički uređaj, trebali biste optimizirati skup njegovih glavnih značajki - osvjetljenje, rezoluciju i povećanje. Ne možete napraviti dobar, na primjer, teleskop, postižući samo veliko vidljivo povećanje i ostavljajući mali otvor (otvor blende). Ima slabu razlučivost, budući da je izravno ovisan o otvoru. Dizajn optičkih uređaja vrlo je raznolik, a njihove značajke diktira namjena određenih uređaja. No, kada se utjelovljuje bilo koji dizajnirani optički sustav, potrebno je sve optičke elemente urediti u strogom skladu s prihvaćenom shemom, sigurno ih učvrstiti, osigurati precizno podešavanje položaja pokretnih dijelova, postaviti ploče otvora kako bi se uklonilo neželjeno pozadinsko raspršeno zračenje. Često je potrebno izdržati specificirane vrijednosti temperature i vlažnosti unutar uređaja, smanjiti vibracije, normalizirati raspodjelu težine, osigurati odvođenje topline iz lampe i druge pomoćne električne opreme. Dodana vrijednost izgled uređaja i jednostavnost rukovanja.
Mikroskop, povećalo, povećalo.
Ako promatramo objekt koji se nalazi iza leće ne dalje od svoje žarišne točke kroz pozitivnu (skupljačku) leću, tada se vidi povećana imaginarna slika predmeta. Ovaj objektiv je jednostavan mikroskop i zove se povećalo ili povećalo.
Iz optičke sheme možete odrediti veličinu uvećane slike.
Kada je oko podešeno na paralelni snop svjetla (slika subjekta je na neodređeno vrijeme na velike udaljenosti, a to znači da se objekt nalazi u žarišnoj ravnini leće), prividni porast M može se odrediti iz odnosa: M = tgb / tga = (H / f) / (H / v) = v / f, gdje je f žarišna duljina leće , v je udaljenost najboljeg vida, tj. najmanja udaljenost na kojoj oko dobro vidi tijekom normalnog smještaja. M se povećava za jedan kada se oko prilagodi tako da je imaginarna slika objekta na udaljenosti najboljeg pogleda. Sposobnost smještaja za sve ljude je različita, s godinama se pogoršava; smatra se da je najveća udaljenost od 25 cm normalne oči, U vidnom polju jednog pozitivnog objektiva, dok se udaljavate od njegove osi, oštrina slike se naglo pogoršava zbog poprečnih aberacija. Iako postoje povećala s povećanjem od 20 puta, njihova tipična multiplicitet je od 5 do 10. Povećanje složenog mikroskopa, koji se obično naziva samo mikroskopom, doseže 2000 puta.
Teleskop.
Teleskop povećava prividnu veličinu udaljenih objekata. Shema najjednostavnijeg teleskopa uključuje dvije pozitivne leće.
Zrake udaljenog objekta, paralelne s osi teleskopa (zrake a i c u dijagramu), prikupljaju se u stražnjem fokusu prvog objektiva (objektiva). Druga leća (okular) je uklonjena iz žarišne ravnine leće pri svojoj žarišnoj duljini, a zrake a i c izlaze iz njega opet paralelno s osi sustava. Neki snop b, koji ne dolazi iz tih točaka objekta, odakle dolaze zrake a i c, pada pod kutom a prema osi teleskopa, prolazi kroz prednji fokus leće i zatim ide paralelno s osi sustava. Okular ga usmjerava prema pozadinskom fokusu pod kutom b. Budući da je udaljenost od prednjeg žarišta objektiva do oka promatrača zanemariva u odnosu na udaljenost do objekta, izraz za prividno povećanje M teleskopa može se dobiti iz sheme: M = -tgb / tga = -F / f "(ili F / f). Znak pokazuje da je slika obrnuta, u astronomskim teleskopima ona ostaje ista, u teleskopima se sustavom s invertingom promatraju zemaljski objekti kako bi se vidjele normalne, a ne invertirane slike. s ili, u dalekozor, prizme.
dvogled.
Binokularni teleskop, koji se često naziva dvogled, kompaktan je instrument za promatranje s oba oka u isto vrijeme; povećanje je obično od 6 do 10 puta. U dvogledu se koristi par sustava za omatanje (najčešće - Porro), od kojih se svaki sastoji od dvije pravokutne prizme (s podnožjem od 45 °), usmjerene prema pravokutnim rubovima.
Da bi se postiglo veliko uvećanje u širokom vidnom polju, bez aberacija objektiva, a time i značajnog kuta gledanja (6-9 °), dalekozor treba vrlo kvalitetan okular, napredniji od teleskopa s uskim kutom gledanja. Fokus slike pruža se u okularu dvogleda, s korekcijom vida, a skala je označena u dioptriji. Osim toga, u dvogledu se položaj okulara prilagođava udaljenosti između očiju promatrača. Obično su dvogledi označeni u skladu s njihovim povećanjem (u sanducima) i promjerom leće (u milimetrima), na primjer, 8 * 40 ili 7 * 50.
Optički nišan.
Kao optički prizor, bilo koji teleskop može se koristiti za promatranja na zemlji, ako u bilo kojoj ravnini prostora slike primjenjuje jasne oznake (rešetke, oznake), koje odgovaraju određenoj svrsi. Tipičan uređaj mnogih vojnih optičkih instalacija je takav da leća teleskopa otvoreno gleda u metu, a okular je u skloništu. Takva shema zahtijeva razbijanje optičke osi vida i korištenje prizmi za pomicanje; te iste prizme pretvaraju obrnutu sliku u izravnu. Sustavi s pomakom optičke osi nazivaju se periskopski. Obično se optički nišan izračunava tako da se zjenica njegovog izlaza ukloni s posljednje površine okulara na dovoljnoj udaljenosti kako bi se zaštitilo oko topnika od udarca po rubu teleskopa kada se oružje oporavi.
Mjerač dometa
Optički daljinomjeri, pomoću kojih mjere udaljenosti do objekata, su dva tipa: monokularni i stereoskopski. Iako se razlikuju po strukturalnim detaljima, glavni dio optičke sheme za njih je isti, a princip rada je isti: na poznatoj strani (bazi) i dva poznata kuta trokuta određuje se nepoznata strana. Dva paralelno orijentirana teleskopa, razmaknuta razmakom b (baza), grade slike istog udaljenog objekta na takav način da se čini da ih se može vidjeti u različitim smjerovima (veličina meta također može poslužiti kao baza). Ako koristite bilo koje prihvatljivo optički uređaj kombinirati polja slike oba teleskopa tako da ih se može istovremeno promatrati, ispada da su odgovarajuće slike objekta prostorno odvojene. Postoje daljinomjeri ne samo s potpunim preklapanjem polja, već is pola: gornja polovica prostora slike jednog teleskopa je kombinirana s donjom polovicom prostora slike druge. U takvim uređajima koristite odgovarajući optički element provodi se kombinacija prostorno odvojenih slika i izmjerena vrijednost se određuje relativnim pomakom slika. Često prizma ili kombinacija prizmi služi kao posmični element.
MONOCULAR DALNOMER. A je pravokutna prizma; B - pentaprizam; C - leće objektiva; D - okular; E - oko; P1 i P2 su fiksne prizme; P3 - pomična prizma; I 1 i I 2 - slike pola vidnog polja
U monokularnom krugu daljinomjera prikazanom na slici, ova funkcija se izvodi pomoću prizme P3; to je povezano sa skalom koja se mjeri na izmjerenim udaljenostima od objekta. Pentaprizme B se koriste kao reflektori svjetlosti pod pravim kutom, budući da takve prizme uvijek skreću snop svjetla upada na 90 °, bez obzira na točnost njihove instalacije u horizontalnoj ravnini uređaja. Slike stvorene pomoću dva teleskopa u stereoskopskom daljincu koje promatrač vidi s oba oka odjednom. Osnova takvog daljinomjera omogućuje promatraču uočavanje položaja volumetrijskog objekta na određenoj dubini u prostoru. Svaki teleskop ima rešetku s oznakama koje odgovaraju vrijednostima udaljenosti. Promatrač vidi razmak skale koji ide duboko u prikazani prostor i određuje udaljenost objekta od njega.
Uređaji za rasvjetu i projekciju. Reflektora.
U optičkoj shemi reflektora, izvor svjetla, kao što je električni krater za pražnjenje, nalazi se u fokusu paraboličnog reflektora. Zrake koje zrače iz svih točaka luka se reflektiraju paraboličnim zrcalom gotovo paralelnim jedna s drugom. Zraka zraka se lagano divergira jer izvor nije svjetlosna točka, već volumen konačne veličine.
Dijaskopiji.
Optička shema ovog uređaja, dizajnirana za gledanje prozirnih i prozirnih okvira u boji, uključuje dva sustava leća: kondenzator i projekcijsku leću. Kondenzator ravnomjerno osvjetljava prozirni izvornik, usmjeravajući zrake u projekcijsku leću koja gradi sliku originala na zaslonu. Objektiv za projekciju omogućuje fokusiranje i zamjenu leća, što vam omogućuje da promijenite udaljenost do zaslona i veličinu slike na njemu. Optička shema filmskog projektora je ista.
SHEMA DIASKOPA. A je slajd; B - kondenzator sočiva; C - projekcijska leća; D - zaslon; S - izvor svjetlosti
Spektralni instrumenti.
Glavni element spektralnog instrumenta može biti disperzijska prizma ili difrakcijska rešetka. U takvom instrumentu, svjetlo se prvo kolimira, tj. se formira u snop paralelnih zraka, zatim se raspada u spektar, i, konačno, slika ulaznog proreza instrumenta je fokusirana na njegov izlazni prorez uz svaku valnu duljinu spektra.
Spektrometar.
U ovom manje ili više univerzalnom laboratorijskom instrumentu, sustavi za kolimiranje i fokusiranje mogu se rotirati u odnosu na središte tablice na kojoj se nalazi element koji razlaže svjetlo u spektar. Uređaj ima skale za brojanje kuteva rotacije, na primjer, disperzivnu prizmu, i kutove odstupanja nakon nje različitih komponenti boje spektra. Rezultati takvih očitanja mjere, na primjer, indekse loma prozirnih krutina.
Spektrograf.
To je naziv uređaja u kojem je snimljeni spektar ili njegov dio snimljen na fotografskom materijalu. Možete dobiti spektar od prizme iz kvarca (raspon 210-800 nm), stakla (360-2500 nm) ili kamene soli (2500-16000 nm). U onim spektralnim područjima gdje prizme slabo apsorbiraju svjetlost, slike spektralnih linija u spektrografu su svijetle. U spektrografima s difrakcijske rešetke potonji obavljaju dvije funkcije: razgrađuju zračenje u spektar i fokusiraju komponente boje na fotografski materijal; takvi se uređaji koriste u ultraljubičastom području.
kamerato je zatvorena svjetlosna komora. Slika snimljenih objekata nastaje na fotografskom filmu pomoću objektivnog sustava koji se naziva objektiv. Posebni zatvarač omogućuje otvaranje objektiva u vrijeme ekspozicije.
Značajka kamere je da se na ravnom filmu trebaju dobiti prilično oštre slike objekata na različitim udaljenostima.
U filmskoj ravnini oštre su samo slike objekata na određenoj udaljenosti. Fokusiranje se postiže pomicanjem leće u odnosu na film. Slike točaka koje ne leže u ravnini oštrog vodstva, zamagljene su u obliku krugova raspršenja. Veličina d tih krugova može se smanjiti dijafragmom leće, tj. smanjuje otvor a / f. To dovodi do povećanja dubinske oštrine.
Objektiv moderne kamere sastoji se od nekoliko leća kombiniranih u optičke sustave (na primjer, Tessarova optička shema). Broj leća u objektivima najjednostavnijih fotoaparata varira od jedne do tri, au modernim skupim kamerama ima ih do deset ili čak osamnaest.
Optička shema Tessar
Optički sustavi u leći mogu biti od dva do pet. Gotovo sve optičke sheme su raspoređene i rade na isti način - fokusiraju zrake svjetlosti koje prolaze kroz leće na fotosenzitivnu matricu.
Samo kvaliteta slike na fotografiji ovisi o leći, hoće li fotografija biti oštra, bez obzira na to hoće li slika izobličiti oblik i liniju, hoće li prenijeti boju - sve ovisi o svojstvima objektiva, pa je leća jedan od najvažnijih elemenata modernog fotoaparata.
Objektivi objektiva izrađeni su od posebnih vrsta optičkog stakla ili optičke plastike. Stvaranje objektiva jedna je od najskupljih operacija stvaranja fotoaparata. Uspoređujući staklene i plastične leće, vrijedi napomenuti da su plastične leće jeftinije i lakše. Trenutno, većina objektiva jeftinih amaterskih kompaktnih fotoaparata izrađena je od plastike. No, takve leće su sklone ogrebotinama i nisu tako izdržljive, nakon otprilike dvije ili tri godine postaju mutne, a kvaliteta fotografija ostavlja puno toga za željenom. Optičke kamere su skuplje od optičkog stakla.
Trenutno, većina kompaktnih objektiva fotoaparata izrađena je od plastike.
Između njih, leća leće ljepilo ili povezati s vrlo točno izračunati metalni okviri. Leće za lijepljenje mogu se naći mnogo češće od metalnih okvira.
Projekcijski uređajidizajniran za izradu velikih slika. Objektiv O projektora fokusira sliku ravnog objekta (slajd D) na udaljeni zaslon E. Sustav leća K, nazvan kondenzator, dizajniran je da koncentrira svjetlo izvora S na klizaču. Na zaslonu E stvara se stvarna uvećana obrnuta slika. Povećanje aparata za projiciranje može se promijeniti zumiranjem ili uklanjanjem zaslona E dok se istovremeno mijenja udaljenost između klizača D i leće O.
Instrumenti i pribor:
biološki mikroskop, iluminator, mikrometar, milimetarski ravnalo, klizač s tankom žicom, klizač s kosom, histološki uzorak ispruženog mišića, stoje za skiciranje slike.
Svrha rada:
ispitajte mikroskop, odredite povećanje mikroskopa i linearnu veličinu malog objekta.
Pojmovi optike koji se koriste u priručniku:
1. leća - prozirno tijelo ograničeno s dvije sferične površine, jedna od površina može biti ravna.
Tanki objektiv - leća čija je debljina mala u usporedbi s radijusom njegove zakrivljenosti.
Optički sustav - sustav od nekoliko leća.
Glavna optička osa leće - ravna crta koja prolazi kroz središta svih sfernih površina.
Glavna optička osi sustava - pravac na kojem leže središta svih njegovih sfernih površina.
Skupljajući objektiv - leća koja pretvara snop paralelnih zraka koji padaju na njega u konvergirajući zrak.
Optičko središte tanke leće - točka smještena na glavnoj optičkoj osi kroz koju prolazi svjetlosni snop bez promjene smjera. Obično se podudara s geometrijskim središtem leće.
Optičko središte oka - uvjetna točka modela oka, pri prolasku kroz koje snop ne mijenja smjer.
Objektiv glavnog fokusa - točka na kojoj se, nakon prelamanja, presijecaju zrake koje padaju na leću paralelno s glavnom optičkom osi. U skladu s smjerom širenja snopa razlikovati prednje i stražnje glavne žarišta
Žarišna ravnina - ravnine koje prolaze kroz glavne fokuse leće okomito na njegovu glavnu optičku os. Paralelne zrake koje se nalaze na objektivu pod bilo kojim kutom do glavne optičke osi sijeku se u žarišnoj ravnini.
Žarišna duljina - udaljenost od optičkog središta tanke leće do njegovog glavnog fokusa.
Najbolja udaljenost vida - najmanju udaljenost od objekta do oka, pri čemu oko daje oštru sliku s minimalnim naponom smještaja. Za normalno oko je 25 cm.
Kut gledanja - kut koji čine zrake koje dolaze iz ekstremnih točaka objekta kroz optičko središte oka.
Sustav za uranjanje - leća mikroskopa, u kojoj je prostor između prve leće i promatranog objekta ispunjen tekućinom s velikim indeksom loma, nazvanim uranjanje.
Optički sustav i princip mikroskopa
Mikroskop je kombinacija dva optička sustava kratkog fokusa - objektiva i okulara.
Žarišna duljina
leća - nekoliko milimetara,
okular - nekoliko centimetara.
Shema optičkog sustava mikroskopa i tijek zraka u njoj prikazani su na slici 1. Omjer između žarišnih duljina i optičke duljine cijevi je proizvoljan.
Objektiv i okular prikazani su u obliku dvaju leća za prikupljanje On i Ok. Mali objekt AB postavljen je na pozornicu ispred leće na udaljenosti nešto višoj od žarišne duljine.
Slika na slici 1 izgrađena je prema pravilima za izradu slike u tankim lećama za najjednostavniji slučaj. Kada se objekt nalazi na glavnoj optičkoj osi. Zrak 1 ide od točke B paralelne s glavnom optičkom osi OO 1 i nakon prelamanja u leći prolazi kroz stražnji glavni fokus F oko. Zraka 2 ide od točke B bez prelamanja kroz optičko središte leće O. Na sjecištu tih zraka leži točka B 1 - slika točke B. Spustite okomicu iz te točke na glavnu optičku os i dođite do točke A 1 srednje slike A 1 B 1.
Dakle, pomoću leće dobivamo pravu, uvećanu, obrnutu srednju sliku u ravnini koja nužno leži iza prednjeg glavnog fokusa okulara F cca.
Slično tome, koristeći 1 'i 2' grede, konstruiramo konačnu sliku koju je stvorio okular. Nakon prelamanja u okularu, te zrake tvore divergirajuću zraku i stoga se ne sijeku. Produžite ih u suprotnom smjeru, točka presjeka B 2 je imaginarna slika točke B 1, a segment A 2 B 2 je konačna slika objekta AB, uvećana, imaginarna i obrnuta u odnosu na objekt koji leži na udaljenosti od najboljeg pogleda S. Ova slika gleda u oko: divergirajuća zraka zraka 1 'i 2' iz okulara ulazi u oko, lomi se svojim optičkim sustavom i formira stvarnu sliku na mrežnici. Prilikom rada s mikroskopom, oko je postavljeno tako da se njegov optički centar podudara sa stražnjim glavnim fokusom okulara Fock. Stoga se udaljenost najboljeg pogleda konvencionalno mjeri od te točke.
Povećanje koje daje mikroskop pokazuje koliko je puta veličina slike objekta veća od veličine samog objekta (Slika 1)
K = A 2 2 / AB (1)
Ako uzmemo u obzir da je K on = A 1 B 1 / AB, a K on = A 2 B 2 / A 1 B 1, dobivamo
K = K oko K oko (2)
Iz sličnosti trokuta OCF 'oko i A 1 B 1 F' oko i jednakosti AB = OS, F 'oko A 1 dobivamo
, (3)
i iz sličnosti trokuta S 1 O 1 F 'ok i A 2 V 2 F ok i jednakosti A 1 V 1 = O 1 S 1 dobivamo
(4)
gdje je length optička duljina cijevi - udaljenost između stražnjeg fokusa leće i prednjeg fokusa okulara; S je udaljenost najboljeg vida; f on, f ok - žarišne duljine leće i okulara. Nakon zamjene formule (3) i (4) u izraz (2), dobivamo
(5)
Povećanje leće i okulara naznačeno je na njihovom rubu, na primjer, na leći: 8,20,40,60; na okularu: 7x, 10x, 15x.
MICROSCOPE RESOLUTION
Tehnički je moguće izraditi optičke mikroskope, čije će leće i okulari dati ukupno povećanje od 1500-2000 i više. Međutim, to je neumjesno, budući da je mogućnost razlikovanja malih detalja nekog objekta ograničena difrakcijskim fenomenima. Kao rezultat toga, slika najsitnijih detalja objekta gubi oštrinu, može doći do kršenja geometrijske sličnosti slike i objekta, susjedne točke će se spojiti u jednu, slika može potpuno nestati. Dakle, u optici postoje sljedeće koncepte koji karakteriziraju kvalitetu mikroskopa : rezolucija, granica rezolucije i korisno povećanje .
Razlučivost mikroskopa - svojstvo mikroskopa dati odvojeno sliku malih dijelova ispitanika
Granica razlučivosti - to je najmanja udaljenost između dvije točke koje su vidljive u mikroskopu zasebno.
Što je niža razlučivost, veća je razlučivost mikroskop . Granica rezolucije određuje najmanju veličinu dijelova koji se mogu mijenjati mikroskopom u pripremi.
Predstavljamo koncept kut otvora je kut između ekstremnih zraka konusnog svjetlosnog snopa koji dolazi iz središta objekta u leću (sl. 3a).
Da bi se stvorila slika, tj. Za razlučivanje objekta, dovoljno je da zrake koje tvore maksimum od samo nule i prvog reda barem na jednoj strani padaju u leću (Sl. 2 i 3b). Sudjelovanje u oblikovanju slike zraka iz većeg broja vrhunaca poboljšava kvalitetu slike, njezin kontrast. Dakle, zrake koje tvore maksimum trebaju biti u kutu otvora objektiva.
Dakle, ako je objekt difrakcijska rešetka s razdobljem d i svjetlo pada na njega normalno (Sl. 2 i 3b), tada zrake koje tvore maksume nule i prvog reda na obje strane moraju biti uključene u formiranje slike, a kut 1 je kut progib zraci koji tvore maksimum prvog reda, kao posljednji izbor, trebao bi biti jednak kutu U / 2. Ako uzmemo rešetku s manjim razdobljem d ’, kut 1 će biti veći od kuta U / 2 i slika se neće pojaviti. Stoga se razdoblje drobljenja d može uzeti kao granica rezolucije mikroskopa Z. Zatim, koristeći formulu difrakcijske rešetke, pišemo za k = 1 :. Zamijenimo d sa Z, a by 1 pomoću U / 2, dobivamo (6)
Tijekom mikroskopije, zrake svjetlosti padaju na objekt pod različitim kutovima. Uz kosu incidenciju zraka (sl. 3d) granica rezolucije se smanjuje, budući da će u stvaranju slike biti uključene samo zrake koje tvore nulti red i maksimum prvog reda, a kut will 1 jednak je kutu otvora U. Izračuni pokazuju da formula za granica rezolucije u ovom slučaju poprima sljedeći oblik
(7)
a) b) c) d)
1 - prednji objektiv, 2 - objektiv.
Slika 3
Ako je prostor između objekta i leće ispunjen uranjanjem medija s indeksom loma n, koji je veći od indeksa loma zraka, valna duljina svjetla bit će jednaka n = n , Zamjenjujući taj izraz u formulu za granicu rezolucije (7), dobivamo
ili (8)
Tako formula (7) određuje granicu rezolucije za mikroskop sa suhom lećom i formulu (8) za mikroskop s potopnom lećom. vrijednost grijeh 0.5 U i n grijeh 0.5 U ove formule nazivaju se numeričkim otvorom objektiva i označene su slovom , S obzirom na to, formula za granicu rezolucije mikroskopa u općem obliku piše se kako slijedi: (9).
Kao što se može vidjeti iz formula (8) i (9), razlučivost mikroskopa ovisi o valnoj duljini svjetlosti, veličini ugla otvora, indeksu loma medija između leće i objekta, kutu upada svjetlosnih zraka na objekt, ali ne ovisi o parametru okulara. Okular ne daje nikakve dodatne informacije o strukturi objekta, ne poboljšava kvalitetu slike, već samo povećava srednju sliku.
Razlučivost mikroskopa može se povećati uporabom uranjanja i smanjenjem valne duljine svjetlosti..
Povećanje rezolucije pri korištenju uranjanja može se objasniti na sljedeći način. Ako je između objektiva i objekta prisutan zrak (suha leća), svjetlosni snop, kada se kreće od pokrovnog stakla do zraka, okruženje s nižim indeksom loma, značajno mijenja smjer kao rezultat prelamanja, stoga manje zraka pada u leću. Kada se koristi potopni medij, čiji je indeks loma približno jednak indeksu loma stakla, ne promatra se promjena tijeka zraka u mediju i velik broj zraka pada u leću.
Voda se uzima kao potopna tekućina (n = 1,33), ulje cedra (n = 1,515), itd. Ako maksimalni kut otvora modernih leća dosegne 140 0, tada A = 0,94 za suhu leću, i uranjanje A = 1,43. Ako se za izračun koristi valna duljina svjetlosti = 555 nm, kojoj je oko najosjetljivije, granica rezolucije suhe leće bit će 0,30 μm, a kod uranjanja u ulje 0,19 μm. Vrijednost numeričkog otvora je označena na nosaču objektiva: 0,20; 0,40; 0.65 i drugi
Povećanjem rezolucije optičkog mikroskopa smanjenjem valne duljine svjetla postiže se ultraljubičasto zračenje. U tu svrhu postoje posebni ultraljubičasti mikroskopi s kvarcnom optikom i uređaji za promatranje i fotografiranje objekata. Budući da ovi mikroskopi koriste svjetlo s valnom duljinom od približno dva puta manjom od svjetlosti vidljive svjetlosti, sposobni su razlučiti strukturu pripravka dimenzijama od oko 0,1 μm. Ultraljubičasta mikroskopija ima još jednu prednost - može se koristiti za istraživanje neobojenih lijekova. Većina bioloških objekata je transparentna u vidljivoj svjetlosti, jer je ne apsorbiraju. Međutim, oni imaju selektivnu apsorpciju u ultraljubičastom području i stoga se lako razlikuju u ultraljubičastim zrakama.
Najviša razlučivost elektronskog mikroskopa. Kako je valna duljina gibanja elektrona 1000 puta manja od duljine svjetlosnog vala.
I ionski mikroskopi.
Povijest
Starost najstarije leće stara je više od 3000 godina, tzv. Nimrud leća. Pronađen je tijekom iskapanja jednog od drevnih glavnih gradova Asirije u Nimrudu Austina Henryja Layarda 1853. godine. Objektiv ima oblik blizak ovalnom, grubo uzemljenom, jedna strana je konveksna, a druga ravna, ima 3-struko povećanje. Lens Nimrud zastupljen u Britanskom muzeju.
Prvi spomen leće može se naći u starogrčkoj Aristofanovoj predstavi “Oblaci” (424. pne), gdje je vatra izvađena uz pomoć konveksnog stakla i sunčeve svjetlosti.
Karakteristike jednostavnih leća
Ovisno o obliku razlikovati prikupljanje (pozitivno) i raspršivanje (negativne) leće. Skupina leća za skupljanje obično se pripisuje leći, u kojoj je sredina deblja od njihovih rubova, a skupina difuznih leća - leća čiji su rubovi deblji od sredine. Valja napomenuti da je to točno samo ako je indeks loma materijala leće veći od indeksa okoline. Ako je indeks loma objektiva manji, situacija će biti obrnuta. Na primjer, mjehurić zraka u vodi je bikonveksna difuzna leća.
Leće su u pravilu karakterizirane optičkom snagom (mjerenom u dioptriji) i žarišnom duljinom.
Za konstrukciju optičkih uređaja s ispravljenom optičkom aberacijom (prvenstveno kromatske, zbog disperzije svjetlosti, akromata i apokromata) važna su i druga svojstva leća i njihovih materijala, npr. Indeks refrakcije, koeficijent disperzije, koeficijent apsorpcije i indeks rasipanja materijala u odabranom optičkom rasponu ,
Ponekad su leće / optički sustavi leća (refraktori) posebno dizajnirani za uporabu u okruženjima s relativno visokim indeksima loma (vidi imerzijski mikroskop, uronjene tekućine).
Naziva se konveksno-konkavna leća meniskus i mogu biti kolektivni (zadebljati prema sredini), difuzno (zadebljati prema rubovima) ili teleskopski (žarišna duljina jednaka beskonačnosti). Tako, na primjer, naočale za leće za kratkovidne - u pravilu, negativne meniske.
Suprotno uobičajenom pogrešnom shvaćanju, optička snaga meniska s istim radijusom nije nula, već pozitivna i ovisi o indeksu loma stakla i debljini leće. Meniskus čiji su centri površinske zakrivljenosti u jednoj točki naziva se koncentrična leća (optička snaga je uvijek negativna).
Posebna svojstva kolektivna leća je sposobnost prikupljanja zraka koje padaju na njegovu površinu u jednoj točki koja se nalazi na drugoj strani leće.
Zrake koje padaju na difuzni objektiv, nakon što ga napuste, prelamaju se prema rubovima leće, tj. Rasipaju se. Ako se te zrake nastave u suprotnom smjeru, kao što je prikazano na slici isprekidanom linijom, one će konvergirati u jednoj točki F, koja će biti fokus ovog objektiva. Ovaj trik će imaginaran.
Ono što je rečeno o fokusu na optičkoj osi jednako se primjenjuje na one slučajeve gdje je slika točke na kosoj liniji koja prolazi kroz središte leće pod kutom u odnosu na optičku os. Naziva se ravnina okomita na optičku os, koja je smještena u fokusu leće fokalna ravnina.
Kolektivne leće mogu biti usmjerene na objekt bilo kojom stranom, zbog čega se zrake koje prolaze kroz objektiv mogu skupljati s jedne ili druge strane. Dakle, objektiv ima dva fokusa - prednji i stražnji, Nalaze se na optičkoj osi s obje strane objektiva na žarišnoj udaljenosti od glavnih točaka leće.
Često se u tehnici koristi koncept povećanja leće (povećala) i označen je kao 2 ×, 3 ×, itd. U ovom slučaju povećanje se određuje pomoću formule = D = F + d F = d F + 1 (prikazni stil Gama _ (d) = ((F + d) nad (F)) = ((d) nad (F)) + 1) (kada se gleda u blizini objektiva). gdje F (prikaz stila F) - žarišne duljine d (prikaz stila d) - udaljenost najboljeg vida (za sredovječne odrasle osobe oko 25 cm). Za objektiv s žarišnom duljinom od 25 cm, povećanje je 2 ×. Za objektiv s žarišnom duljinom od 10 cm, povećanje je 3,5 ×.
Tijek zraka u tankoj leći
Leća za koju se pretpostavlja da je debljina nula naziva se tanka u optici. Za takvu leću nisu prikazane dvije glavne ravnine, već jedna u kojoj se spajaju prednji i stražnji dio.
Razmotrite konstrukciju putanje snopa proizvoljnog smjera u tankoj leći za prikupljanje. Da bismo to učinili, koristimo dva svojstva tanke leće:
- - Greda koja prolazi kroz optičko središte leće ne mijenja smjer;
- - Paralelne zrake koje prolaze kroz objektiv konvergiraju u žarišnoj ravnini.
Razmotrite snop SA proizvoljnog smjera koji pada na leću u točki A. Konstruirajte liniju njegovog širenja nakon prelamanja u leći. Da bismo to učinili, konstruiramo snop OB, paralelan sa SA i prolazeći kroz optičko središte leće. Prema prvom svojstvu leće, snop OB ne mijenja smjer i prelazi žarišnu ravninu u točki B. Prema drugom svojstvu leće, paralelni snop SA nakon prelamanja mora sjeći fokalnu ravninu u istoj točki. Dakle, nakon prolaska kroz leću, snop SA će slijediti put AB.
Slično tome, možete graditi i druge zrake, kao što je SPQ snop.
Označiti udaljenost SO od leće do izvora svjetlosti pomoću u, udaljenost OD od leće do žarišne točke zraka s v, žarišna duljina OF od f. Izvodimo formulu koja povezuje te veličine.
Razmotrite dva para sličnih trokuta: O S O A (prikazni stil, trokut SOA) i F O F B (prikazni stil, trokut OFB), O D O A (prikazni stil, trokut DOA) i F D F B (prikazni stil, trokut DFB), Napišite proporcije
O A u = B F f; O A v = B F v - f. (prikazni stil (frakcija (OA) (u)) = (frak (BF) (f)), (frak (OA) (v)) = (frak (BF) (v-f)).Dijelimo prvi udio s drugim, dobivamo
v u = v - f f; vu = vf - 1. (fst (v) (u)) = (frac (vf) (f)) qquad (frac (v) (u)) = (frac (v)) (f)) - 1.)Nakon podjele oba dijela izraza v i preraspodjele članova, dolazimo do konačne formule
1 u + 1 v = 1 f (prikazni stil (frak (1) (u)) + (frak (1) (v)) = (frak (1) (f)))gdje f (prikazni stil f (frac () ())) - žarišne duljine tanke leće.
Moždani udar u sustavu leća
Tijek zraka u sustavu leća konstruiran je istim metodama kao i za jednu leću.
Razmotrimo sustav od dvije leće, od kojih jedna ima žarišnu duljinu OF, a drugu O2F2. Izgradite SAB putanju za prvu leću i nastavite segment AB dok ne uđete u drugu leću u točki C.
Iz točke O 2 gradimo snop O2E paralelno s AB. Na sjecištu s žarišnom ravninom druge leće, ovaj snop će dati točku E. Prema drugom svojstvu tanke leće, snop AB će proći duž staze CE nakon prolaska kroz drugu leću. Raskrižje ove crte s optičkom osi druge leće dat će točku D, gdje će se svi žari koji dolaze iz izvora S i prolaziti kroz obje leće fokusirati.
Snimanje tankom sakupljačkom lećom
Pri predstavljanju svojstava leća razmatrano je načelo konstruiranja slike svjetlosne točke u fokusu leće. Zrake koje padaju na leću na lijevoj strani prolaze kroz njegov stražnji fokus, a one koje padaju na desno prolaze kroz fokus. Valja napomenuti da je kod difuznih leća, naprotiv, pozadinski fokus smješten ispred objektiva, a prednji dio iza.
Izgradnja slike objektiva objekata koji imaju određeni oblik i veličinu dobiva se na sljedeći način: na primjer, linija AB je objekt smješten na nekoj udaljenosti od leće, mnogo veći od njegove žarišne duljine. Iz svake točke predmeta kroz objektiv nalazi se beskonačan broj zraka, od kojih, radi jasnoće, slika pokazuje samo tijek triju zraka.
Tri zrake koje izlaze iz točke A proći će kroz leću i presjeći se na odgovarajućim točkama nestajanja na A 1 B 1, formirajući sliku. Rezultat je slika pravi i preokrenut.
U ovom slučaju, slika je uzeta u konjugiranom fokusu u nekoj fokalnoj ravnini FF, nešto udaljena od glavne fokalne ravnine F 'F', koja prolazi paralelno s njom kroz glavni fokus.
Ove vrijednosti ovise jedna o drugoj i određuju se pomoću formule koju zovemo formula za tanke leće (prvi je primio Isaac Barrow):
1 u + 1 v = 1 f (prikazni stil (1 uu) + (1 v) = (1 \\ tgdje u ( - udaljenost od objektiva do objekta; v (prikaz stila v) f (prikaz stila f) - glavna žarišna duljina leće. U slučaju debele leće, formula ostaje nepromijenjena s jedinom razlikom što se udaljenosti ne mjere od središta leće, nego od glavnih ravnina.
Da biste pronašli nepoznatu vrijednost s dva poznata, koristite sljedeće jednadžbe:
f = v v u v + u (prikaz stila f = ((v \\ _ cdot u) \\ t u = f v v v - f (displaystyle u = ((f; cdot v) (v-f))) v = f u u u - f (displaystyle v = ((f) cdot u) nad (u-f)))Treba napomenuti da su znakovi u (, v (prikaz stila v), f (prikaz stila f) odabrane su na temelju sljedećih razmatranja - za stvarnu sliku stvarnog objekta u skupljačkoj leći - sve te vrijednosti su pozitivne. Ako je slika imaginarna - udaljenost do nje se uzima kao negativna, ako je objekt imaginarni - udaljenost do njega je negativna, ako se objektiv širi - žarišna duljina je negativna.
Slike crnih slova kroz tanku konveksnu leću s žarišnom duljinom f (crveno). Prikazivanje zraka za slova E, ja i K (plava, zelena i narančasta). Slikovna slova E (nalazi se na udaljenosti od 2 f) valjane i obrnute, iste veličine. slika ja (na f) - u beskonačnosti. slika K (na f/ 2) imaginarno, izravno, dvostruko
Linearno povećanje
Linearno povećanje m = a 2 b 2 a b (prikaz stila m = ((a_ (2) b_ (2)) nad (ab))) (za sliku iz prethodnog odjeljka) je omjer veličine slike i odgovarajuće veličine objekta. Taj omjer može se također izraziti kao frakcija. m = a 2 b 2 a b = v u (prikaz stila m = ((a_ (2) b_ (2)) nad (ab)) = (v) \\ tgdje v (prikaz stila v) - udaljenost od objektiva do slike; u ( - udaljenost od objektiva do objekta.
ovdje m (prikaz stila m) postoji faktor linearnog povećanja, tj. broj koji označava koliko puta su linearne dimenzije slike manje (veće) od stvarnih linearnih dimenzija objekta.
U praksi računanja, mnogo je prikladnije izraziti taj omjer u smislu u ( ili f (prikaz stila f)gdje f (prikaz stila f) - žarišne duljine leće.
M = f u - f; m = v - f f (prikazati stil m = (f nad (u-f)); m = ((v-f) na f)).
Izračun žarišne duljine i optičke snage objektiva
Vrijednost žarišne duljine leće može se izračunati pomoću sljedeće formule:
n 0 f = (n - n 0) (1 R 1 - 1 R 2 + (n - n 0) dn R 1 R 2) (prikaz stila (frac (n_ (0)) (f)) = (n) -n_ (0)) lijevo ((frac (1) (R_ (1))) - (frak (1) (R_ (2))) + (frac ((nnn_ (0)) d) (nR_ (1) R_ (2))) \\ tgdjeN (prikazni stil n) - indeks loma materijala leće, - indeks loma medija koji okružuje leću,
D (prikaz stila d) - udaljenost između sfernih površina leće duž optičke osi, također poznata kao debljine leće,
Radijus zakrivljenosti površine koja je bliže izvoru svjetla (dalje od žarišne ravnine),
Polumjer zakrivljenosti površine koja je udaljenija od izvora svjetlosti (bliže žarišnoj ravnini),
za R 1 (prikaz stila R_ (1)) u ovoj formuli znak radijusa je pozitivan ako je površina konveksna, a negativna ako je konkavna. za R 2 (prikaz stila R_ (2)) naprotiv, pozitivna je ako je konkavna i negativna ako je konveksna leća (optika). ako d (prikaz stila d) zanemarivo malen u odnosu na žarišnu duljinu, naziva se takva leća tanaki njegova žarišna duljina može se naći kao:
n 0 f = (n-n 0) (1 R1-1R2). (prikazati stil (frac (n_ (0)) (f)) = (n-n_ (0)) (frac (1) (R_ (1))) - (frac (1) ( R_ (2))) \\ t(Ova formula se također naziva formula za tanke leće.) Žarišna duljina je pozitivna za prikupljanje leća, a negativna za difuzne leće. vrijednost n 0 f (prikazni stil (frac (n_ (0)) (f))) to se zove optička snaga leća. Izmjerena je optička snaga objektiva dioptrijačije su jedinice m -1. Optička snaga također ovisi o indeksu loma okoline. n 0 (prikaz stila n_ (0)).