Реферат оптико электронный прибор

Обновлено: 05.07.2024

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

Основные сборочно-юстировочные операции. Сборочные элементы.

Технологическим процессом называется часть производственного процесса, непосредственно связанная с последовательной сменой состояний продукта производства.

Технологический процесс сборки – это совокупность операций по соединению деталей и узлов в готовый прибор. Сборочными элементами, комплектующими прибор в целом, являются узлы и детали.

Узел представляет собой конструктивный и сборочный элемент изделия, который может быть собран и проверен самостоятельно и независимо от других узлов прибора.

Соединение деталей и узлов при сборке осуществляется таким образом, чтобы они имели заданное расположение, находились в заранее заданном взаимодействии, обеспечивали правильную работу и предписанную точность готового изделия. Для этого собираемые приборы подвергаются юстировке.

Юстировка – приведение прибора в рабочее состояние путем установки и ориентировки базовых элементов во взаимно правильное положение, при котором прибор имеет предписанные параметры и характеристики.

Юстировка – это качественное завершение сборочных операций прибора в соответствии с техническими требованиями. Юстировку механических узлов принято называть регулировкой, а электрических – настройкой.

Для несложных по конструкции оптико-электронных приборов юстировка выполняется после сборки. В сложных приборах юстируют и контролируют отдельные узлы, благодаря чему значительно упрощается процесс общей юстировки.

В ряде случаев юстировки представляет собой сложную задачу. Иногда она выполняется в несколько этапов (предварительная, окончательная).

Под выверкой понимаются приемы для настраивания прибора в процессе эксплуатации. При выверке используются специальные выверочные устройства, отладка которых осуществляется в процессе заводской юстировки таким образом, чтобы этими устройствами можно было пользоваться при эксплуатации прибора.

Построение технологического процесса сборки. Технологическая документация.

При разработке технологического процесса сборки прибора составляется технологический проект сборки – такая последовательность сборочных операций, при которой требуется наименьшее время на сборку. При составлении технологического проекта сборки используются исходные данные о производстве: основные, руководящие и вспомогательные.

К основным исходным данным относятся данные о производственном задании (номенклатура и размеры партий), чертежи и технические условия (ТУ) на изделие.

К руководящим исходным данным относятся общесоюзные и заводские нормали (на материалы, инструмент, приспособления и др.), планировка цеха и технологические инструкции.

Вспомогательными исходными данными служат данные технических справочников, информация по обмену опытом предприятий, рекомендации отделов организации и управления производством по НОТ.

Основными документами для изготовления, сборки и юстировки, проведения испытаний и приемки служат чертежи и ТУ. В ТУ устанавливаются общие требования ко всем ОЭП и указываются назначение прибора, технические требования к изготовлению, его комплектность, условия эксплуатации и хранения. В ТУ устанавливаются требования к выходным параметрам и характеристикам прибора (дальности действия, Г, 2W, качеству изображения, отношению сигн/шум, отделке, долговечности и т.д.), а также основные методы проверки этих требований, методы испытаний прибора и определяется место контрольно-измерительной аппаратуры, необходимой для приемки.

Этапы проектирования техпроцесса сборки:

Изучение конструкции и условий эксплуатации и условий эксплуатации собираемого изделия по ТУ и сборочным чертежам.

Изучение сборочного состава изделия по чертежам и определение базовых элементов, изучение технических требований на сборку.

Построение технологической схемы сборочного состава (схемы веерного типа): снизу вверх по рядам от деталей к узлам примерно одинаковой сложности и трудоемкости, вверху – изделие.

Построение схемы технологического процесса сборки (схемы сборки с базовой деталью).

Описание технологического процесса в технологической карте.

Проектирование и заказ оснастки.

Последовательность операций, выполняемых при сборке.

На сборку узлов и окончательную сборку подаются сборочные элементы: узлы, базовые и вспомогательные детали. Деталь, с которой начинается сборка, называется базовой. К вспомогательным деталям относятся различного рода прокладки, крепежные детали, а также не основные детали, устанавливаемые при окончательной сборке прибора.

При сборке выполняются следующие работы:

Соединение деталей и узлов.

Подгонка деталей и их совместная обработка в процессе сборки. Подгонка осуществляется путем притирки, обкатки и приработки деталей друг к другу. Применяются также шабрение и токарнопригоночные работы.

Электромонтажные работы. Электрическим монтажом называется совокупность рабочих приемов, при помощи которых осуществляется электрическое соединение функциональных элементов, входящих в состав узлов, блоков прибора, в соответствии с принципиальной электрической или электромонтажной схемой. На электромонтажной схеме, выполняемой в виде конструкторской разработки, графически представлено действительное расположение электрических элементов и монтажных проводов и даны все необходимые указания по производству электромонтажа.

Регулировка механизмов прибора производится для обеспечения заданной точности их работы (устранение “мертвых ходов” в зубчатых зацеплениях, смещение начала отсчета, установка щетки потенциометра на нуль в исходных положениях узлов и деталей механизмов и т.д.). Регулировка сопровождаются контролем точности взаимодействия механизмов и отсчетных устройств приборов.

Контрольно -юстировочные операции.

Вспомогательные операции: чистка оптики, чистка деталей, промывка электрических контактов, смазка, герметизация и т.д.

В связи с различными требованиями в отношении частоты при сборке механических и оптических узлов указанные виды сборочных операций разделяют территориально на механическую сборку и оптическую сборку, которая включает соединение оптических деталей и узлов с механическими и установку оптических деталей и узлов с оптикой на место в приборе.

Так как оптические детали прибора предназначены для прохождения светового потолка через прибор, то недопустимо загрязнение поверхности оптических деталей, поскольку оно уменьшает количество проходящей через прибор световой энергии. Особенно недопустимо загрязнение поверхностей, вблизи которых образуется промежуточное изображение. Поэтому в технологию сборочных работ обязательно вводят процесс чистки оптики.

Таким образом, сборка оптико-электронного прибора, как правило, проводится в такой последовательности: механическая сборка – пригонка – электромонтаж – регулировка – оптическая сборка – юстировка – чистка оптики.

После сборки осуществляется контроль выходных параметров и характеристик прибора. Для проверки эксплуатационной надежности проводятся испытания приборов в условиях, имитирующих условия эксплуатации. Под надежностью оптико-электронной аппаратуры понимается ее способность безотказно выполнять заданные функции с предписанной точностью в определенных условиях эксплуатации и времени.

В процессе сборки прибора пользуются сборочными базами.

Сборочные и юстировочные базы.

Сборочные базы – поверхности основных и вспомогательных баз, определяющие положение одной детали при ее работе в приборе относительно других, с которым она соединяется при сборке. Сборочные базы – это реальные поверхности, с помощью которых детали сопрягаются друг с другом.

Сборочная база узла – это линия или поверхность, определяющая положение узла относительно других узлов и относительно основной сборочной базы (базовой детали).

В оптико-электронном приборе должно быть обеспечено правильное взаимное расположение не только между механическими деталями (для правильной работы механической системы), но и между оптическими (для построения изображения и определения его положения в поле зрения), а также между оптическими деталями и приемниками лучистой энергии (для эффективной работы электронного канала).

Юстировочными базами называются любые оптические элементы, с помощью которых обеспечивается правильное взаимное положение схемных деталей в приборе.

Юстировочными базами детали (узла) служат элементы оптической детали (узла), определяющие направление лучей или положение изображения в приборе. Элементы детали: точки (узловая точка, вершина линзы, фокус линзы), линии (оптическая ось линзы, ребро призмы), плоскости (главная плоскость, грань призмы, плоскость главного сечения призмы). Указанные элементы оптических деталей, положение которых регулируется при сборке, определяют положение изображения или направления лучей.

На положение изображения и направление лучей влияют также показатель преломления, фокусное расстояние, радиус кривизны, угол отклонения, но они не зависят от сборки, а поэтому не могут быть базами.

Многие из указанных оптических элементов являются абстрактными, условными понятиями (главная плоскость, оптическая ось, визирная ось, главное сечение и т.д.), которые нельзя увидеть или ощутить материально, но можно обнаружить по их известным свойствам и использовать при юстировке.

Например, если в широкоугольном коллиматоре сместить сетку поперек оптической оси объектива, то при измерениях появится ошибка разномасштабности. Следовательно, оптическая ось объектива является юстировочной базой коллиматора. Юстировочными базами объектива служат его узловые точки. Юстировочной базой оптической поверхности является автоколлимационная точка, а оптического клина – плоскость главного сечения и др.

Оптические детали, как правило, имеют юстировочные и сборочные базы. Они должны быть соответствующим образом согласованы между собой (центрировка линз).

Все механические и оптические узлы и детали связаны с основной сборочной базой путем сопряжения базовых поверхностей узлов и деталей с базовыми поверхностями прибора. Это сопряжение осуществляется либо непосредственно совмещением указанных поверхностей, либо с помощью сопрягаемых размеров и соотношений.

Основной сборочной базой узла является та, которая связана с основной сборочной базой прибора.

Контрольно - юстировочные приборы.

Контрольно – юстировочным приборами называется группа измерительных приборов, посредством которых осуществляется контроль и приемка параметров отдельных деталей и узлов в процессе производства, а также юстировка при сборке с целью получения требуемых характеристик оптико-электронной системы.

Контрольно – юстировочные (КЮ) приборы общего назначения служат для юстировки и контроля свойств, общих для всех приборов данного вида. Кроме КЮ приборов общего назначения применяются специальные КЮ приборы юстировки и контроля свойств, присущих какому-либо прибору. Ряд специальных КЮ приборов комплектуется из приборов общего назначения.

КЮ приборы большей частью являются оптическими приборами (это зрительные трубки, динаметры, коллиматоры, автоколлимационные трубки, микроскопы и др.). Для юстировки оптико-электронной аппаратуры применяются также электроаппаратура и индикаторы (осциллографы, гальванометры, авометры и др.).

Точность юстировки зависит от чувствительности КЮ приборов. КЮ прибор является эталоном для контролируемой им серийной продукции. Поэтому неслучайно высокоточные теодолиты, нивелиты 1-го класса и др. используются часто в качестве КЮ приборов. Чувствительность КЮ приборов зависит от свойств самих приборов, а в визуальных приборах и от свойств глаза.

Многие определения в процессе юстировки основаны на установке и наблюдении резкого изображения объекта. Нерезкость изображения зависит от остаточных аберраций, допущенных при расчете и сборке контрольных приборов. У КЮ приборов аберрации должны быть ничтожными. В качестве контрольно – юстировочных приборов общего назначения широко применяются: астрономические зрительные трубы (

Рис.1. Диоптрийная трубка

Диоптрийная трубка применяется, в основном, для установки нулевого деления диоптрийной шкалы окуляра, а также для определения параллакса со стороны окуляра прибора. Диоптрийная трубка, изображенная на рис.1, представляет собой телескопическую систему с увеличением 4 x и состоит из объектива 1, сетки 2 и окуляра 3 (=80 мм;

Рис.2. Схема коллиматора:

1 – объектив; 2 – сетка или мира;3 – источник света

Коллиматором может служить зрительная трубка с сеткой, установленная на бесконечность; при этом со стороны окуляра устанавливается источник света.

Некоторые коллиматоры имеют револьверное устройство, в котором находится сетка, мира и окуляр.

Для определения разрешающей способности оптических систем в фокусе коллиматора помещают миру.

Мира представляет собой испытательную таблицу (рис.3,а), в которой расстояние между штрихами меняется по определенному закону. Мира состоит из 25 групп, каждая из них состоит из четырех квадратов (рис.3,б), в которых нанесены штрихи в четырех направлениях. В каждой мире ширина штрихов при переводе от группы №1 к группе №25 убывает на 6%.

Ширина штрихов равна осевому расстоянию между двумя соседними темными или светлыми штрихами.

Рис.3. Мира и ее элементы

Малов А.Н., Законников Обработка деталей оптических приборов. Машиностроение, 2006. - 304 с.

Бардин А.Н. Сборник и юстировка оптических приборов. Высшая школа, 2005. - 325с.

Кривовяз Л.М., Пуряев Д.Т., Знаменская М.А. Практика оптической измерительной лаборатории. Машиностроение, 2004. - 333 с.

В настоящее время оптико-электронные приборы (ОЭП) используются при решении самых разнообразных задач: при линейных и угловых измерениях, автоматическом слежении и управлении, исследовании природных ресурсов и окружающей среды, обработке оптических изображений. Их применяют во всех отраслях народного хозяйства, науки, техники, и области приложения этих приборов непрерывно расширяются.

Свойства электромагнитного излучения широко используются в современной науке и технике, особенно в бесконтактных, дистанционных устройствах контроля, измерения, передачи и преобразования информации, сбора и передачи энергии и др. Среди приборов, основанных на использовании электромагнитного излучения, особое место занимают ОЭП, которым свойственны высокая точность, быстродействие, возможность обработки многомерных сигналов и другие ценные для практики свойства.

Оптико-электронными называются приборы, в которых информация об исследуемом или наблюдаемом объекте переносится оптическим излучением (содержится в оптическом сигнале), а её первичная обработка сопровождается преобразованием энергии излучения в электрическую энергию. В состав этих приборов входят как оптические, так и электронные звенья, причем и те и другие выполняют основные функции данного прибора, а не являются вспомогательными устройствами (например, узлами подсветки отсчетных шкал, устройствами термостабилизации и т. д.).

Оптико-электронные приборы: определение, обобщенные схемы и методы работы

Структура многих современных ОЭП достаточно сложна. Она включает большое число различных по своей физической природе и принципу действия звеньев — аналоговых и цифровых преобразований электрических сигналов, микропроцессоров, механических и электромагнитных узлов и др. Поэтому ОЭП часто называют оптико-электронными системами (ОЭС).

Действие ОЭП основано на приеме и преобразовании электромагнитного излучения в различных диапазонах оптической области спектра, т. е. в ультрафиолетовой (УФ), видимой и инфракрасной (ИК) частях его. Одна из возможных обобщенных схем работы ОЭП представлена на рис. 1.1. Источник излучения естественного или искусственного происхождения создает материальный носитель полезной информации - поток излучения.

Этим источником может быть сам исследуемый объект. Часто источник излучения дополняется передающей оптической системой, которая направляет поток на исследуемый объект или непосредственно в приемную оптическую систему (если наблюдается сам источник).

Приемная оптическая система собирает поток, излучаемый наблюдаемым объектом или отраженный от него, формирует этот поток и направляет его на приемник излучения.

Приемник превращает сигнал, переносимый потоком излучения (оптический сигнал), в электрический.

Рис. 1.1. Обобщенная схема работы ОЭП

Источник излучения (с передающей оптической системой), приемная оптическая система, приемник излучения, а иногда и первые звенья следующего за приемником электронного тракта образуют систему первичной обработки информации ОЭП. Назначением её является получение сигнала (информации) от наблюдаемого или исследуемого объекта в виде, удобном для дальнейшей обработки или использования

Выходной блок формирует сигнал, по своим параметрам удовлетворяющий требованиям получателя информации.

При активном методе работы (рис. 1.2, а) исследуемый или наблюдаемый объект 2 облучается источником электромагнитных волн /, параметрами и характеристиками которого может управлять оператор, проводящий исследование и наблюдение.

Рис. 1.2. Методы работы ОЭП: а - активный; б - пассивный; о - полуактивный

При этом наилучшим образом удается согласовать параметры источника 1 (передающей системы), объекта 2, среды распространения излучения и приемной системы 3. Это очень часто позволяет решить задачу помехозащищенности ОЭП, например, достаточно эффективно отделить полезный сигнал от сигнала помехи.

При реализации активного метода необходимо иметь специальный источник, который иногда бывает очень сложным, громоздким и потребляет большую мощность.

При пассивном методе работы (рис. 1.2, б) используется собственное излучение наблюдаемого объекта 2, которое принимает ОЭП 3, а часто и отраженное от объекта излучение, создаваемое внешним источником естественного происхождения, например, Солнцем. Для повышения помехозащищенности здесь приходится особенно тщательно следить за оптимальным соотношением между параметрами ОЭП, объекта и среды распространения излучения.

Иногда искусственный или естественный источник 1 облучает не один, а ряд объектов 2', 2", 2'" и т. д. (рис. 1.2, в). Как правило, ОЭП Должен выделить поток, отраженный от одного из них, причем часто параметрами излучения, облучающего объекты, управлять нельзя (например, в случае использования естественной освещенности). Такой метод работы обычно называют полуактивным.

Основные идеи славянофильства: Славянофилы в своей трактовке русской истории исходили из православия как начала.

Современная наука активно развивается в самых разных направлениях, стремясь охватить все возможные потенциально полезные сферы деятельности. Среди всего этого следует выделить оптоэлектронные приборы, которые используются как в процессе передачи данных, так и их хранения или обработки. Они используются практически везде, где применяется более или менее сложная техника.

Что это такое?

блоках связи аппаратуры;
входных цепях измеряющих устройств;
высоковольтных и сильноточных цепях;
мощных тиристорах и симисторах;
релейных устройствах и так далее.

Все такие изделия могут быть классифицированы по нескольким базовым группам, в зависимости от их отдельных компонентов, конструкции или других факторов. Об этом ниже.

Излучатель

Оптоэлектронные приборы и устройства оснащаются системами передачи сигнала. Их называют излучателями и в зависимости от типа, изделия разделяются следующим образом:

Лазерные и светодиоды. Такие элементы относятся к самым универсальными. Для них характерны высокие показатели коэффициента полезного действия, весьма узкий спектр луча (этот параметр также известен как квазихроматичность), достаточно широкий диапазон работы, поддержание четкого направления излучения и очень высокая скорость работы. Устройства с подобными излучателями работают очень долго и крайне надежно, отличаются небольшими размерами и отлично показывают себя в сфере микроэлектронных моделей.
Электролюминесцентные ячейки. Такой элемент конструкции показывает не особо высокий параметр качества преобразования и работает не слишком долго. При этом, устройствами весьма тяжело управлять. Однако именно они лучше всего подходят для фоторезисторов и могут использоваться для создания многоэлементных, многофункциональных структур. Тем не менее в силу своих недостатков, сейчас излучатели такого типа используются достаточно редко, только тогда, когда без них действительно нельзя обойтись.
Неоновые лампы. Отдача света этих моделей сравнительно невысока, а также они плохо выдерживают повреждения и работают недолго. Отличаются большими размерами. Используются крайне редко, в отдельных видах приборов.
Ламы накаливания. Такие излучатели применяются только в резисторном оборудовании и больше нигде.

Как следствие, светодиодные и лазерные модели оптимально подходят практически для всех сфер деятельности и лишь в некоторых областях, где по-другому нельзя, применяются другие варианты.

Фотоприемник

Классификация оптоэлектронных приборов также производится и по типу этой части конструкции. В качестве принимающего элемента могут использоваться разные типы изделий.

Фото- тиристоры, транзисторы и диоды. Все они относятся к универсальным устройствам, способным работать с переходом открытого типа. Чаще всего в основе конструкции лежит кремний и из-за этого изделия получают достаточно широкий спектр чувствительности.
Фоторезисторы. Это единственный альтернативный вариант, главным преимуществом которого является изменение свойств очень сложным образом. Это помогает реализовывать всевозможные математические модели. К сожалению, именно фоторезисторы инерционны, что значительно сужает сферу их применения.

Прием луча – это один из самых базовых элементов любого подобного устройства. Только после того как он сможет быть получен, начинается дальнейшая обработка, и она будет невозможна при недостаточно высоком качестве связи. Как следствие, конструкции фотоприемника уделяется огромное внимание.

Оптический канал

Особенности конструкции изделий может неплохо показать используемая система обозначений фотоэлектронных и оптоэлектронных приборов. В том числе это касается и канала передачи данных. Выделяют три основных их варианта:

Удлиненный канал. Фотоприемник в такой модели отдален на достаточно серьезное расстояние от оптического канала, образуя специальный световод. Именно такой вариант конструкции активно применяется в компьютерных сетях для активной передачи данных.
Закрытый канал. Такой тип конструкции использует специальную защиту. Она превосходно предохраняет канал от внешнего воздействия. Применяются модели для системы гальванической развязки. Это достаточно новая и перспективная технология, сейчас непрерывно совершенствующаяся и постепенно заменяющая собой электромагнитные реле.
Открытый канал. Такая конструкция подразумевает наличие воздушного зазора между фотоприемником и излучателем. Используются модели в системах диагностики или разнообразных датчиках.

Спектральный диапазон

С точки зрения этого показателя, все виды оптоэлектронных приборов можно разделить на два вида:

Конструкция

По этому показателю оптоэлектронные приборы разделяются на три группы:

Специальные. Сюда входят устройства оснащенными несколькими излучателями и фотоприемниками, датчиками присутствия, положения, задымленности и так далее.
Интегральные. В таких моделях дополнительно используются специальные логические схемы, компараторы, усилители и другие устройства. Кроме всего прочего, выходы и входы у них гальванически развязаны.
Элементарные. Это самый простой вариант изделий, в которых приемник и излучатель присутствуют только в одном экземпляре. Они могут быть как тиристорными, так и транзисторными, диодными, резистивными и вообще, любыми другими.

В приборах могут использоваться все три группы или каждая по отдельности. Конструктивные элементы играют существенную роль и напрямую воздействуют на функциональность изделия. В то же время сложное оборудование может использовать и самые простейшие, элементарные разновидности, если это будет целесообразно. Но верно и обратное.

Оптоэлектронные приборы и их применение

С точки зрения использования устройств все они могут разделяться на 4 категории:

Интегральные схемы. Применяются в самых разных приборах. Используется принцип между разными элементами конструкции при помощи отдельных частей, которые изолированы друг от друга. Это не дает взаимодействовать компонентам никаким образом, кроме того, который был предусмотрен разработчиком.
Изоляция. В этом случае используются специальные оптические резисторные пары, их диодные, тиристорные или транзисторные разновидности и так далее.
Преобразование. Это один из самых распространенных вариантов использования. В нем ток трансформируется в свет и применяется именно таким образом. Простой пример – всевозможные лампы.
Обратное преобразование. Это уже полностью противоположный вариант, в котором именно свет трансформируется в ток. Используются для создания всевозможных приемников.

Фактически, сложно представить себе практически любое устройство, работающее на электричестве и лишенное какого-то варианта оптоэлектронных компонентов. Они могут быть представлены в небольшом количестве, но все равно будут присутствовать.

Итоги

Все оптоэлектронные приборы, тиристоры, диоды, полупроводниковые приборы – это конструктивные элементы разных видов оборудования. Они позволяют человеку получать свет, передавать информацию, обрабатывать или даже хранить ее.

ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ, устройства, в которых излучение какой-либо области спектра (ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной) преобразуется (пропускается, отражается, преломляется, поляризуется). Отдавая дань исторической традиции, оптическими обычно называют приборы, работающие в видимом свете. При первичной оценке качества прибора рассматриваются лишь основные его характеристики: способность концентрировать излучение – светосила; способность различать соседние детали изображения – разрешающая сила; соотношение размеров предмета и его изображения – увеличение. Для многих приборов определяющей характеристикой оказывается поле зрения – угол, под которым из центра прибора видны крайние точки предмета.

Разрешающая сила.

Увеличение.

Если предмет длиной H перпендикулярен оптической оси системы, а длина его изображения H΄, то увеличение m определяется по формуле m = H΄/H. Увеличение зависит от фокусных расстояний и взаимного расположения линз; для выражения этой зависимости существуют соответствующие формулы. Важной характеристикой приборов для визуального наблюдения является видимое увеличение М. Оно определяется из отношения размеров изображений предмета, которые образуются на сетчатке глаза при непосредственном наблюдении предмета и рассматривании его через прибор. Обычно видимое увеличение М выражают отношением M = tg b /tg a , где a – угол, под которым наблюдатель видит предмет невооруженным глазом, а b – угол, под которым глаз наблюдателя видит предмет через прибор.

При желании создать качественный оптический прибор следует оптимизировать набор его основных характеристик – светосилы, разрешающей способности и увеличения. Нельзя сделать хороший, например, телескоп, добиваясь лишь большого видимого увеличения и оставляя малой светосилу (апертуру). У него будет плохое разрешение, так как оно прямо зависит от апертуры.

Конструкции оптических приборов весьма разнообразны, и их особенности диктуются назначением конкретных устройств. Но при воплощении любой спроектированной оптической системы в готовый оптико-механический прибор необходимо расположить все оптические элементы в строгом соответствии с принятой схемой, надежно закрепить их, обеспечить точную регулировку положения подвижных деталей, разместить диафрагмы для устранения нежелательного фона рассеянного излучения. Нередко требуется выдерживать заданные значения температуры и влажности внутри прибора, сводить к минимуму вибрации, нормировать распределение веса, обеспечить отвод тепла от ламп и другого вспомогательного электрооборудования. Значение придается внешнему виду прибора и удобству обращения с ним.

Микроскопы.

Если рассматривать через положительную (собирающую) линзу предмет, расположенный за линзой не дальше ее фокальной точки, то видно увеличенное мнимое изображение предмета. Такая линза представляет собой простейший микроскоп и называется лупой или увеличительным стеклом. Из схемы рис. 1 можно определить размер увеличенного изображения. Когда глаз настроен на параллельный пучок света (изображение предмета находится на неопределенно большом расстоянии, а это означает, что предмет расположен в фокальной плоскости линзы), видимое увеличение M можно определить из соотношения (рис. 1):

M = tg b /tg a = (H/f)/(H/v) = v/f,

где f – фокусное расстояние линзы, v – расстояние наилучшего зрения, т.е. наименьшее расстояние, на котором глаз хорошо видит при нормальной аккомодации. M увеличивается на единицу, когда глаз настраивается так, что мнимое изображение предмета оказывается на расстоянии наилучшего зрения. Способности к аккомодации у всех людей разные, с возрастом они ухудшаются; принято считать 25 см расстоянием наилучшего зрения нормального глаза. В поле зрения одиночной положительной линзы при удалении от ее оси резкость изображения быстро ухудшается из-за поперечных аберраций. Хотя и бывают лупы с увеличением в 20 крат, типичная их кратность от 5 до 10. Увеличение сложного микроскопа, именуемого обычно просто микроскопом, доходит до 2000 крат. См. также МИКРОСКОП.; ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП.

Телескопы.

Телескоп увеличивает видимые размеры удаленных предметов. В схему простейшего телескопа входят две положительные линзы (рис. 2). Лучи от удаленного предмета, параллельные оси телескопа (лучи a и c на рис. 2), собираются в заднем фокусе первой линзы (объектива). Вторая линза (окуляр) удалена от фокальной плоскости объектива на свое фокусное расстояние, и лучи a и c выходят из нее вновь параллельно оси системы. Некоторый луч b, исходящий не из тех точек предмета, откуда пришли лучи a и c, падает под углом a к оси телескопа, проходит через передний фокус объектива и после него идет параллельно оси системы. Окуляр направляет его в свой задний фокус под углом b . Поскольку расстояние от переднего фокуса объектива до глаза наблюдателя пренебрежимо мало по сравнению с расстоянием до предмета, то из схемы рис. 2 можно получить выражение для видимого увеличения M телескопа:

M = –tg b /tg a = –F/f ΄ (или F/f).

Отрицательный знак показывает, что изображение перевернуто. В астрономических телескопах оно таким и остается; в телескопах для наблюдений за наземными объектами применяют оборачивающую систему, чтобы рассматривать нормальные, а не перевернутые изображения. В оборачивающую систему могут входить дополнительные линзы или, как в биноклях, призмы.

Бинокли.

Бинокулярный телескоп, обычно именуемый биноклем, представляет собой компактный прибор для наблюдений обоими глазами одновременно; его увеличение, как правило, от 6 до 10 крат. В биноклях используют пару оборачивающих систем (чаще всего – Порро), в каждую из которых входят две прямоугольные призмы (с основанием под 45 ° ), ориентированные навстречу прямоугольными гранями. Чтобы получить большое увеличение в широком поле зрения, свободном от аберраций объектива, и, следовательно, значительный угол обзора (6–9 ° ), биноклю необходим очень качественный окуляр, более совершенный, чем телескопу с узким углом зрения. В окуляре бинокля предусмотрена фокусировка изображения, причем с коррекцией зрения, – его шкала размечена в диоптриях. Кроме того, в бинокле положение окуляра подстраивается под расстояние между глазами наблюдателя. Обычно бинокли маркируются в соответствии с их увеличением (в кратах) и диаметром объектива (в миллиметрах), например,

Оптические прицелы.

В качестве оптического прицела можно применить любой телескоп для наземных наблюдений, если в какой-либо плоскости его пространства изображений нанести четкие метки (сетки, марки), отвечающие заданному назначению. Типичное устройство многих военных оптических установок таково, что объектив телескопа открыто смотрит на цель, а окуляр находится в укрытии. Такая схема требует излома оптической оси прицела и применения призм для ее смещения; эти же призмы преобразуют перевернутое изображение в прямое. Системы со смещением оптической оси называются перископическими. Обычно оптический прицел рассчитывается так, что зрачок его выхода удален от последней поверхности окуляра на достаточное расстояние для предохранения глаза наводчика от ударов о край телескопа при отдаче оружия.

Дальномеры.

Оптические дальномеры, с помощью которых измеряют расстояния до объектов, бывают двух типов: монокулярные и стереоскопические. Хотя они различаются конструктивными деталями, основная часть оптической схемы у них одинакова и принцип действия один: по известной стороне (базе) и двум известным углам треугольника определяется неизвестная его сторона. Два параллельно ориентированных телескопа, разнесенных на расстояние b (база), строят изображения одного и того же удаленного объекта так, что он кажется наблюдаемым из них в разных направлениях (базой может служить и размер цели). Если с помощью какого-нибудь приемлемого оптического устройства совместить поля изображений обоих телескопов так, чтобы их можно было рассматривать одновременно, окажется, что соответствующие изображения предмета пространственно разнесены. Существуют дальномеры не только с полным наложением полей, но и с половинным: верхняя половина пространства изображений одного телескопа объединяется с нижней половиной пространства изображений другого. В таких приборах с помощью подходящего оптического элемента проводится совмещение пространственно разнесенных изображений и по относительному сдвигу изображений определяется измеряемая величина. Часто в качестве сдвигающего элемента служит призма или комбинация призм. В схеме монокулярного дальномера, показанной на рис. 3, эту функцию исполняет призма P₃; она связана со шкалой, проградуированной в измеряемых расстояниях до объекта. Пентапризмы B используются как отражатели света под прямым углом, поскольку такие призмы всегда отклоняют падающий световой пучок на 90 ° , независимо от точности их установки в горизонтальной плоскости прибора. Изображения, создаваемые двумя телескопами, в стереоскопическом дальномере наблюдатель видит сразу обоими глазами. База такого дальномера позволяет наблюдателю воспринимать положение объекта объемно, на некоторой глубине в пространстве. В каждом телескопе имеется сетка с марками, соответствующими значениям дальности. Наблюдатель видит шкалу расстояний, уходящую в глубь изображаемого пространства, и по ней определяет удаленность объекта.

Осветительные и проекционные приборы.

Прожекторы.

В оптической схеме прожектора источник света, например кратер дугового электрического разряда, находится в фокусе параболического отражателя. Лучи, исходящие из всех точек дуги, отражаются параболическим зеркалом почти параллельно друг другу. Пучок лучей немного расходится потому, что источником служит не светящаяся точка, а объем конечного размера.

Диаскоп.

В оптическую схему этого прибора, предназначенного для просмотра диапозитивов и прозрачных цветных кадров, входят две линзовые системы: конденсор и проекционный объектив. Конденсор равномерно освещает прозрачный оригинал, направляя лучи в проекционный объектив, который строит изображение оригинала на экране (рис. 4). В проекционном объективе предусматриваются фокусировка и замена его линз, что позволяет менять расстояние до экрана и размеры изображения на нем. Оптическая схема кинопроектора такая же.

Спектральные приборы.

Основным элементом спектрального прибора может быть дисперсионная призма либо дифракционная решетка. В таком приборе свет сначала коллимируется, т.е. формируется в пучок параллельных лучей, затем разлагается в спектр, и, наконец, изображение входной щели прибора фокусируется на его выходную щель по каждой длине волны спектра.

Спектрометр.

В этом более или менее универсальном лабораторном приборе коллимирующая и фокусирующая системы могут поворачиваться относительно центра столика, на котором расположен элемент, разлагающий свет в спектр. На приборе имеются шкалы для отсчетов углов поворота, например дисперсионной призмы, и углов отклонения после нее разных цветовых составляющих спектра. По результатам таких отсчетов измеряются, например, показатели преломления прозрачных твердых тел.

Спектрограф.

Так называется прибор, в котором полученный спектр или его часть снимается на фотоматериал. Можно получить спектр от призмы из кварца (диапазон 210–800 нм), стекла (360–2500 нм) или каменной соли (2500–16000 нм). В тех диапазонах спектра, где призмы слабо поглощают свет, изображения спектральных линий в спектрографе получаются яркими. В спектрографах с дифракционными решетками последние выполняют две функции: разлагают излучение в спектр и фокусируют цветовые составляющие на фотоматериал; такие приборы применяют и в ультрафиолетовой области. См. также АСТРОНОМИЯ И АСТРОФИЗИКА; ОПТИКА.

Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М., 1970
Ефремов А.А. и др. Сборка оптических приборов. М., 1978
Справочник конструктора оптико-механических приборов. Л., 1980
Кулагин С.В. Основы конструирования оптических приборов. Л., 1982
Погарев Г.В. Юстировка оптических приборов. Л., 1982

Читайте также: