Изготовление и контроль оптических деталей - Ефремов А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Луч света при падении на полированную поверхность оптической детали изменяет свое направление и разделяется на два луча. Один из лучей отражается от поверхности, а другой, преломляясь, проходит внутрь оптической детали. Все эти лучи лежат в одной плоскости (рис. 1.2).
Угол между падающим лучом и перпендикуляром к поверхно-
4
сти называют утлом падения н. Угол между отраженным лучом и перпендикуляром — углом отражения h. Угол отражения h всегда равен углу падения ц. Падающий и отраженный лучи обратимы: если падающий луч направить по пути отраженного луча, то отраженный луч пойдёт по пути падающего.
Прошедший луч изменяет свое направление по сравнению с падающим, т. е. преломляется. Угол между преломленным лучом и перпендикуляром к поверхности раздела называют углом преломления i\. Луч будет преломляться в случае перехода из одной прозрачной среды в другую, например из воздуха в стекло.
Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для данных двух сред есть величина постоянная и называется п о-казателем преломления: sin ii/sin i'i — n.
Если луч в оптическую среду попадает из вакуума, то показатель преломления называют абсолютным. Абсолютный показатель преломления воздуха принимается равным единице. Все оптические материалы (стекло, кристаллы) имеют показатель преломления больше единицы: стекло 1,5—2,05; алмаз 2,24 и т. д. Поэтому угол преломления i'\ при переходе луча из воздуха в оптическую среду всегда меньше угла падения i\.
Показатель преломления оптических сред зависит от длины волны проходящего света, следовательно (рис. 1.3), угол преломления для разных длин волн будет различным. Для красного цве-, та с длиной волны A,i угол преломления будет i'\, а для фиолетового с длиной волны Kz — Белый свет, являющийся совокупностью разных цветов, после преломления разлагается на составные части (цвета радуги). Это явление называют дисперсией света.
У оптической детали разделяют исполнительные (рабочие) поверхности, через которые проходят лучи света, и вспомогательные (нерабочие) поверхности, служащие для крепления детали в приборе. Исполнительные поверхности чаще всего полированные, имеющие шероховатость по Rz менее 0,1 мкм. Это приводит к тому, что часть падающего светового потока проходит через такую поверхность без рассеяния, а другая часть его отражается. Вспо-
i
Рис. 1.1. Световые лучи
Рис. 1.2. Разделение света
Рис. 1.3. Дисперсия света
5
могательные поверхности имеют шероховатость по ?!а=1,5—3 мкм, величина которой определяется допусками на размеры оптической детали. Ниже рассмотрены основные виды оптических деталей в зависимости от их назначения.
Линзы. Самой распространенной оптической деталью является линза (от немецкого слова «линзе» —чечевица). Линзой называют оптическую деталь, ограниченную двумя преломляющими поверхностями 1 и 2 (рис. 1.4), одна из которых может быть плоской.
Рис. 1.4. Виды линз
В большинстве случаев линзы ограничены сферическими поверхностями. Линзы могут быть следующих видов: а — двояковыпуклая, б — плосковыпуклая, в — мениск положительный (толщина в центре линзы больше, чем на краю), г — двояковогнутая, д — плосковогнутая, е — мениск отрицательный (толщина линзы в центре меньше, чем на краю). Линзы видов а, б, в (см. рис. 1.4) называют положительными или собирающими. У них толщина в центре больше, чем на краю. Линзы видов г, д, е называют отрицательными или рассеивающими. У них толщина в центре меньше, чем на краю.
Линза ограничена также нерабочей цилиндрической поверхностью, ось которой является геометрической осью л и н-з ы. Прямую, соединяющую центры Сj и С2 сферических поверхностей линзы (см. рис. 1.4), или перпендикуляр, опущенный из центра Ci сферы на плоскую поверхность линзы называют оптической осью линзы. Световой луч, проходящий через линзу по оптической оси, не преломляется. Линзу, у которой оптическая и геометрическая оси не совпадают, называют нецентри-рованной.
Положительная линза собирает падающие на нее параллельные лучи света в одну точку (рис. 1.5, а). Эта точка лежит на оптической оси и называется главным фокусом линзы Р. Отрицательная линза рассеивает падающие на нее параллельные лучи (рис. 1.5,6). Если рассеянные линзой лучи продолжить в противоположном направлении, то они сойдутся в фокусе линзы F'.
6
У положительных линз главный фокус действительный, а у отрицательных— мнимый, так как в нем пересекаются продолжения лучей, а не сами лучи. '
Положение главного фокуса относительно линзы оказывает существенное влияние на характер получаемого с помощью линзы изображения и принимается за одну из важнейших характеристик линзы.
Величину, характеризующую оптические свойства линзы и равную обратному значению главного фокусного расстояния назы-
Рис. 1.5. Ход лучей в линзах
вают оптической силой линзы D=l/f'. Единица измерения оптической силы — диоптрия, которая будет у линзы, имеющей главное фокусное расстояние, равное одному метру. Оптическая сила собирающей линзы положительна, а рассеивающей — отрицательна.
Оптическая сила линзы определяется радиусами кривизны ее сферических поверхностей Ri, R2 и показателем преломления материала линзы п: Dtt(n—1) {\jRi + l/fo). Для выпуклых поверхностей величина радиуса берется со знаком « + », а для вогнутых со знаком «—». Для плоских поверхностей R~oо.
