Изготовление и контроль оптических деталей - Ефремов А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Растр. Оптическую деталь, состоящую из большого числа малых линзовых или зеркальных элементов, имеющих оптическую силу, называют растром. Применение растров в оптических системах привело к созданию разнообразных оптических приборов с совершенно новыми характеристиками. Известны растровые окуляры, объективы, телескопические системы. Простейшей растровой оптической системой, фокусирующей лучи, является линза Френеля, состоящая из кольцевых преломляющих участков.
Пластины. Пластиной называют оптическую деталь, ограниченную двумя плоскими и параллельными друг другу поверхностями. Пластины применяют в оптических приборах в качестве защитных, покровных и выравнивающих стекол. Пластины из цветных стекол, а также из стекол, имеющих специальные покрытия, используют в качестве светофильтров — деталей, которые пропускают только свет определенной длины волны.
Если на пластину нанесены штрихи (линии соответствующей формы, цифры или условные знаки), то такую пластину называют сеткой, шкалой или мирой. Их используют для измерения линей-
7
ных и угловых величин, а также в процессе наблюдения объектов через приборы. Пластины имеют круглую, прямоугольную или любую другую форму.
Зеркала. Зеркалом называют оптическую деталь, ограниченную одной отражающей поверхностью. Эта поверхность может быть плоской, сферической и асферической, т. е. отличающейся от сферы. Зеркало может быть с наружным (рис. 1.6, а) и внутренним отражением (рис. 1.6,6). В первом случае луч не проходит через материал зеркала — наружное отражение света; во втором — луч проходит через материал зеркала, поэтому поверхность, проводящая луч, должна быть полированной. В первом случае материал может быть как прозрачным, так и непрозрачным; во втором только прозрачным. На прозрачные материалы для улучшения отражения света наносят зеркальные покрытия (на рис. 1.6 показаны штриховой линией). Эти покрытия представляют собой тонкие слои металлов или диэлектриков.
Призмы. Призмой называют оптическую деталь с плоскими преломляющими и отражающими поверхностями, образующими между собой двугранные углы. Если угол между преломляющими поверхностями составляет менее 5°, то такую оптическую деталь называют клином.
Призмы разделяют на преломляющие, предназначенные для разложения (дисперсии) света, и отражательные —для изменения направления оптической оси прибора, оборачивания изображения и разделения пучков лучей.
Отражательные призмы обозначают двумя буквами и числом градусов в угле, на который отклоняется луч после прохождения призмы. Первая буква указывает число отражающих траней: А — одну, Б — две, В — три. Вторая буква характеризует геометрию призмы: Р — равнобедренная, П — пента, С — ромбическая. «Крышу» условно считают за одну грань и обозначают буквой «к» после первой буквы.
Прямоугольная призма с одной отражающей гранью АР-90 (рис. 1.7, а) изменяет направление хода лучей на 90° и дает зеркальное изображение предмета. На рис. 1.7 стрелочками показано положение предмета и его изображение. Прямоугольная призма с двумя отражающими гранями БР-180 (рис. 1.7,6) изменяет направление хода лучей на 180°, сохраняя вид изображения. Призма-ромб из двух параллельных преломляющих и двух параллельных отражающих граней БС-0 (рис. 1.7, в) не изменяет вида изображения и сохраняет направление хода лучей, но смещает при этом оптическую ось системы. Призма Дове, или призма прямого видения из двух преломляющих и одной отражающей граней АР-0 (рис. 1.7, г), дает зеркальное изображение предмета без изменения
?
* * \У * *
*)
Рис. 1.6. Плоские зеркала
8
хода лучей. Прямоугольная призма с одной отражающей гранью «крышей» (гипотенузная грань заменена двумя гранями — «крышей» с прямым углом между ними) АкР-90 (рис. 1.7, д) изменяет направление хода лучей на 90° и полностью оборачивает изображение— сверху вниз и слева направо. Пентапризма БП-90 (рис. 1.7, е) изменяет ход лучей на 90° и дает прямое изображение. Отражающие грани имеют зеркальное покрытие, так как углы падения на них меньше угла полного внутреннего отражения.
Принцип действия большинства призм основан на явлении полного внутреннего отражения. На границе двух сред свет, падающий под углом гь частично отражается под углом i2 и частично проходит в другую среду с преломлением под углом i\ (рис. 1.8).
Рис. 1.8. Полное внутреннее отражение
При некотором угле падения /„ угол преломления становится равным t'i = 90°, т. е. луч не проходит во вторую среду. Такое явление, при котором свет, падающий на поверхность раздела двух прозрачных сред из оптически более плотной среды, полностью отражается от этой поверхности, называют полным внутренним
отражением. Угол падения i\, при котором угол преломления i'x=90°, называют предельным углом in.
Из определения показателя преломления n=sin tn/sin i'\ находим, что при sini'i = l sinin=l/n.
Для оптического стекла, у которого п больше 1,45, предельный угол падения не больше 42°.
На явлении полного внутреннего отражения основан принцип действия отражательных призм для изменения направления сЬето-вых лучей, а также деталей волоконной оптики — жгутов, шайб, фоконов. В этих оптических деталях используют световоды (рис. 1.9), которые состоят из центрального волокна-жилы диаметром от 5 до 100 мкм и оболочки толщиной 0,5—4 мкм. Луч света, проходя по волокну, не выходит наружу из-за полного внутреннего отражения. Для этого материал жилы имеет больший показатель преломления, чем оболочки (т>Л2). Отдельные световоды круглого или шестигранного сечения соединяют вместе обычно спеканием по всей длине или по концам.
