Файл: Оптотехника.doc

Заменяя окулярные устройства, коллиматор можно превратить в зрительную трубу, а зрительную трубу – в коллиматор. Смена (и закрепле-ние) окулярных устройств производится зажимными кольцами 8 и 8'.

На верхней части вертикальной оси установлен предметный столик 12, свободно вращающийся вручную, а после закрепления зажимным винтом 19 он может вращаться вместе с лимбом при неподвижной зрительной трубе. На вертикальную ось прибора посажен стеклянный лимб с ценой деления 10' и оцифровкой через градус от 0 до 359. При включении или выключении специального механизма, помещенного на корпусе алидады, лимб может вращаться вместе с алидадой, самостоятельно при неподвижной алидаде и вместе со столиком.

Самостоятельное вращение лимба относительно алидады и столика осуществляется трибкой (на рис.1 не показана), а вместе со столиком – вручную и микрометрическим винтом 18. Столик может вращаться с лимбом при неподвижной зрительной трубе, совместно с лимбом и зрительной трубой и самостоятельно после отключения зажимного винта. С помощью двух регулировочных винтов 15 столик может быть наклонен и приведен в горизонтальное положение.

Для контроля различных по высоте деталей предусмотрено несколько сменных дисков, накладываемых и закрепляемых на столике.

Электрическое питание гониометра и осветителя осуществляется от сети 220 В через понижающий трансформатор. Для предотвращения поражения электрическим током металлические части установки заземлены.

3. Задание

1. Ознакомиться с гониометром и его компонентами. После разреше-ния преподавателя включить электрическое питание гониометра и ознакомиться с системой отсчета углов.

2. Выполнить фокусировку и юстировку компонентов (зрительной трубы и коллиматора), а также гониометра в целом.

3. Измерить угол, при котором оптические оси коллиматора и зрительной трубы совпадают.

4. Повернуть зрительную трубу на произвольный угол и записать показа-ния по отсчетному устройству, соответствующие начальному и конечному направлениям. Вычислить угол поворота. Нарисовать схему измерений.

4. Методические указания к работе

Юстировку гониометра рекомендуется выполнять согласно следующей схеме.

1. С помощью винтов 1 и уровня, вмонтированного в алидаду, устанавливают горизонтально основание гониометра (при этом ось поворота алидады займет вертикальное положение).

2. Выставляют на бесконечность зрительную трубу. Для этого на зрительную трубу устанавливают автоколлимационный окуляр, к объективу ее приставляют плоскопараллельную пластинку и при помощи винта 9 перемещают внутренний фокусирующий компонент, добиваясь резкого автоколлимационного изображения марки (крестика).

3. Устанавливают ось зрительной трубы перпендикулярно оси враще-ния алидады и, соответственно, параллельно плоскости предметного столика.

Для этого плоскопараллельную пластинку устанавливают на предметном столике так, чтобы ее рабочая грань была перпендикулярна одному из подъемных винтов столика 15; наклоняя столик с помощью этого винта и поворачивая его вокруг вертикальной оси, приводят пластинку в нормальное к оси зрительной трубы положение.

Поворачивают столик на 180 и с помощью подъемных винтов столика 15 и зрительной трубы 11 снова совмещают автоколлимационное изображение марки (крестика) с перекрестием сетки (при этом половину интервала выбирают наклоном столика, а другую половину – наклоном трубы). Этот прием повторяют несколько раз до точного совмещения перекрестий от обеих поверхностей пластинки. Затем пластинку поворачивают на 90 и повторяют этот же прием при помощи второго регулировочного винта 15 (винт 11 не трогают).

4. Юстируют коллиматор. При этом на первом этапе при помощи винта 9' добиваются резкого изображения марки коллиматора, наблюдаемой через окуляр зрительной трубы. На втором этапе при помощи винта наклона коллиматора 11' совмещают изображение марки коллиматора с перекрестием сетки окуляра.

При измерениях углов показания считывают по лимбу при помощи отсчетного микроскопа следующим образом.

а) С помощью маховика 3 совмещают верхние и нижние изображения штрихов на лимбе в левой части поля зрения микроскопа (рис.3.2) и считывают число градусов – ближайшая левая от вертикального индекса цифра. Согласно рисунку находим: 21.

б) В этом же окне считывают число десятков минут, равное числу интервалов (3) между верхним штрихом, определяющим число считанных градусов, и нижним оцифрованным штрихом, отстоящим от верхнего на 180. Согласно рисунку находим: 30'.

в) В правом окне по левому ряду чисел считывают число единиц минут – определяется цифрой выше горизонтального индекса. Согласно рисунку находим: 5'.

г) В том же окне по правому ряду чисел считывают число десятков и единиц секунд: они определяются оцифрованным штрихом и числом делений до горизонтального индекса. Согласно рисунку находим: 58".

Таким образом, показанному на рис. 2.4 примеру поля зрения отсчетного микроскопа соответствует показание 21 35 58".

5. Угол, при котором оптические оси коллиматора и зрительной трубы совпадают, измеряется при наблюдении в зрительную трубу изображения источника излучения в виде вертикальной светящейся линии. Микрометрическим винтом 21 (см. рис. 3.1) устанавливают изображение источника в центре поля зрения и по отсчётному микроскопу измеряют угол.

6. Угол поворота вычисляют как разность углов, соответствующих начальному и конечному направлениям. Схема измерений должна содержать основные узлы гониометра (вид сверху), соответствующие начальному и конечному положениям при измерении.

Контрольные вопросы

1. Какие узлы содержит гониометр?

2. Какие компоненты содержат коллиматор и зрительная труба

гониометра?

3. Как фокусируют зрительную трубу?

4. Как юстируют предметный столик и зрительную трубу?

5. Как фокусируют и юстируют коллиматор?

6. Как считывают показание (размер угла) по лимбу?

7. Как совместить нулевой индекс шкалы с началом отсчета

измеряемого угла?

Литература

1. Андреев А.Н. и др. Оптические измерения. Учебное пособие. – М.: Логос, 2008. – 415 с.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 4

РАСЧЕТ СФЕРИЧЕСКОЙ ЛИНЗЫ НА ЭВМ

Введение

Цель работы – расчет конструктивных параметров и кардинальных элементов оптимальной сферической линзы, а также построение её эквивалентной схемы.

Линзой называют оптическую деталь (рис.4.1), изготовленную из оптически прозрачного материала и ограниченную двумя преломляющими поверхностями. Преломляющие поверхности, в общем случае, могут быть сферическими и несферическими (асферическими), симметричными и несимметричными, центрированными и нецентрированными. В частном случае одна из поверхностей может быть плоской.

При подготовке к работе необходимо ознакомиться с правилами работы в классе ЭВМ, операциями включения - выключения компьютера, описанием лабораторной работы и изучить указанную литературу. При допуске к работе необходимо ответить на следующие вопросы.

1. При помощи каких команд загружают программу?

2. При помощи каких команд можно начать, приостановить, а затем продолжить вычисления?

3. Как вводят исходные данные?

4. Как построить эквивалентную схему линзы по известным кардиналь-ным элементам f’, f, s’_F’ и s_F?

2. Описание функциональной модели линзы

Сферическая линза имеет два переменных параметра: радиусы кривизны r₁ и r₂. Один из этих параметров используют для обеспечения заданного фокусного расстояния, а второй – для исправления одной из аберраций. Обычно исправляют сферическую аберрацию, а линзу, рассчитанную на минимум сферической аберрации, называют оптимальной.

Радиусы кривизны поверхностей оптимальной линзы вычисляют по формуле:

r_{к =} h_к (n_к+1 - n_к) / (α_к+1 n_к+1 - α_к n_к), (4.1)

где углы  α₁ и  α₃ определяют согласно заданным условиям нормировки, а угол  α₂ вычисляют по формулам:

- если предметная плоскость расположена на бесконечности

α₂ = (1 + 2 n) / (4 + 2 n) , (4.2)

- если предметная плоскость расположена на конечном расстоянии

α₂ = (1 + 2 n)(1 + β^x) /(4 + 2 n) , (4.3)

где  β^x – коэффициент линейного увеличения линзы.

Толщину положительной линзы и высоты сегментов (стрелки) по оси вычисляют по формулам:

l_к = D_л ² / (8 r_к) и d = t + (l₁- l₂), (4.4)

где D_л – диаметр линзы.

Толщину положительной линзы по краю (отрицательной по оси) выбирают из конструктивных соображений в пределах (0,05 - 0,1) D_л.

Приведенные формулы положены в основу математической модели оптимальной сферической линзы.

На их основе разработана и на алгоритмическом языке Бейсик написана программа, позволяющая рассчитывать конструктивные параметры и кардинальные элементы сферических положительной и отрицательной оптимальных линз. В результатах расчета выводятся конструктивные параметры и кардинальные элементы линз.

3. Задание

1. Включить компьютер, загрузить программу, ознакомиться с инструк-цией.

2. Для заданных марки стекла, расстояния до предметной плоскости s₁, диаметра линзы D_л  и входного зрачка D_А, фокусного расстояния f' или увеличения  β^x вычислить конструктивные параметры и кардинальные элементы оптимальной линзы.