Оптичні прилади (3) - Реферат Посібник з фізики.Фотоапарат та ін.оптичні прилади Освітлювальні та проекційні прилади

16.1 Оптиметри

Оптиметром називається важільна оптичний прилад, призначений для точних відносних вимірювань геометричних величин. Типи, основні параметри та технічні вимоги встановлюються у ГОСТ 5405-75. Оптиметр складається з оптичного пристрою – трубки оптиметра, пристрою кріплення трубки та столика для базування вимірюваної деталі.

Оптична схема оптиметра заснована на використанні оптичного важеля та автоколімаційної системи. На рис. 71, а б показана оптико-механічна схема трубки оптиметра. Світло від джерела випромінювання 7 направляється дзеркалом 8 на скошену грань освітлювальної призми 9 і, відбившись від неї, висвітлює сітку 6, розташовану у фокальній площині об'єктива 4 автоколіматора. На сітці (рис. 1, б) праворуч у світлому прямокутному вікні на темному тлі нанесена шкала в ±100 поділів і відліковий індекс-штрих. Шкала перекрита з боку окуляра призмою 9 та зміщена щодо осі на деякій відстані b. Пройшовши через шкалу, промені потрапляють у прямокутну призму 5 і відхиляються після виходу з неї на 90° (це зроблено для умінь-

ня габаритних розмірів трубки). Потім промені разом із зображенням штрихів шкали проходять об'єктив 4, а з нього паралельним пучком падають на дзеркало 3, відбиваються від нього і у зворотному ході дають автоколімаційне зображення шкали на сітці 6. Автоколімаційне зображення шкали симетрично самої шкали вертикальної осі z сітки. Так як ліва половина сітки прозора, зображення шкали спостерігається у вигляді чорних штрихів на світлому тлі. Якщо дзеркало 3 перпендикулярно до оптичної осі об'єктива, то нульові штрихи шкали та їхнє автоколімаційне зображення суміщаються на горизонтальній осі х сітки з індексом-штрихом.

Мал. 1. Оптична схема вертикального оптиметра

Переміщення автоколімаційного зображення шкали щодо індексу-покажчика відраховується за принципом оптичного важеля. Якщо після встановлення вимірюваного об'єкта 1 вимірювальний стрижень 2 переміститься і нахилить дзеркало 3, то ізо-

бродіння сітки зміститься паралельно до вертикальної осі сітки (паралельно дійсної сітці). Це усунення спостерігається в окулярі 10 трубки оптиметра. До оптиметра додається проекційна насадка ПН-16, що полегшує вимір.

Мал. 2. Оптична схема ультраоптиметра ОВЕ-2

Оптична схема ультраоптиметра ОВЕ-02 показана на рис. 2, представляє поєднання схем автоколіматора та схеми багаторазового відображення. Промені світла від джерела випромінювання 1

через конденсор 2, теплофільтр 3, лінзу 4 падають на освітлювальну призму 5, висвітлюють вікно з прозорою шкалою, нанесеної на плоскопаралельній скляній пластині 15, розташованої у фокальній площині об'єктива 14. У полі зору екрана приладу видно подовжені штрихи з цифр поділів. Шкала має по обидва боки ±100 поділів (200 поділів).

Промені світла виходять з пластини 15, відбиваються від дзеркала 16, входять в об'єктив 14, а з нього паралельним потоком разом із зображенням шкали потрапляють на нерухоме дзеркало 12, відбиваються від нього на дзеркало, що коливається 11. Тут відбувається багаторазове відображення. Далі промені з автоколімаційним відображенням шкали повертаються до пластини 15, на якій проектується зображення шкали в площині штриха-індексу. Поєднані зображення шкали та штриха-індексу проектуються через дзеркальну систему 8, 9, 10 на екран 13.

Фокусування і центрування лампи 1 проводиться з нитки з наведенням на різкість об'єктивом 6 і проектуванням її різкого зображення на екран 13 за допомогою дзеркальної системи 8, 9,10.

Осьове переміщення вимірювального стрижня 17 викликає нахил дзеркала на деякий кут а, внаслідок чого автоколімаційне зображення шкали на екрані також переміщатиметься відносно нерухомого штриха-індексу пропорційно куту 2а. На дзеркалах 12 і 11, які є оптичними помножувачами, пучок променів зазнає одинадцяти відбитків.

За розташуванням ліній вимірювання оптиметри поділяються на вертикальні та горизонтальні. Вертикальні оптиметри - станкові прилади з пристроєм, що базує, у вигляді стійки з вертикальною віссю розташування. Горизонтальні оптиметри - стан-

кові прилади з горизонтальною віссю розташування трубки оптиметра.

За ГОСТ 5405-75 настільні оптиметри випускаються наступних типів: вертикальні (моделі ІК.В-2, ІК.В-3); горизонтальні (моделі ІКГ-2, ІКГ-3); окулярні (моделі ІКВ-2, ІКГ-2, ІКГ-3). Діапазон вимірів приладів: ІК.В-2 від 0 до 180 мм; ІКВ-3 від 0 до 200-мм (тільки при зовнішніх вимірах); ІКГ-2 та ІКГ-3 від 0 до 500 мм при зовнішніх та від 0 до 400 мм при внутрішніх вимірах. Ціна поділу трубки оптиметра 1 мкм; діапазон вимірів за шкалою ±0,2 мм; межа допустимої похибки ±0,2 мкм на ділянках шкали від 0 до ±0,06 мм. Розмах показань трохи більше 1 мкм. Вимірювальне зусилля при зовнішніх вимірах трохи більше 200 сН.

16.2 Вимірювальні машини

Вимірювальні машини - оптико-механічні контактні прилади, призначені для точного виміру деталей великих розмірів методом безпосереднього виміру чи порівняння з мірою.

У конструкціях машини принцип Аббе не дотримано, тому що зазвичай лінія вимірювання та шкала розташовані в паралельних площинах. При використанні принципу Аббе довжина машини збільшилася б на дві довжини вимірюваної деталі.

Конструкція вимірювальної машини показано на рис. 3. На масивній чавунній станині 1 паралельним напрямним переміщається задня бабка 3 із закріпленим в її пінолі 6 вимірювальним наконечником, осьове переміщення якого здійснюється штурвалами 2 мікроподачі. Бабця в поздовжньому напрямку переміщається кремальєрним механізмом. Разом з бабкою переміщується освітлювач 4 і лівий коліматор 15 з призломом заломлює 14. У передній бабці 10 встановлений відліковий мікроскоп 11 і трубка оптиметра 9 з вимірювальними наконечниками. Бабця в межах 100 мм переміщається обертанням Штурвала 12. При цьому передбачено стопоріння бабки в потрібному положенні. Одночасно з бабкою переміщається і закріплений па ній правий коліматор 15 з призлом призломом 14.

Для відліку розмірів у межах діапазону вимірювань у станині встановлена ​​дециметрова шкала 7, в якій через кожні 100 мм вставлені дев'ять скляних пластин 8 з біссекторами. Під передньою бабкою встановлена ​​скляна шкала 13 довжиною 100 мм із розподілами через 0,1 мм.

Мал. 3. Принципова схема вимірювальної машини

Для установки машини в нульове положення задню бабку поміщають над лівою пластиною з бісектором, при цьому

оптична вісь освітлювача розташовується над вікном бісекторної шкали. Промені світла від лампи через 4 конденсор 5 висвітлюють бісектор, проходять заломлюючу призму 14, і коліматор 15 збирає їх в паралельний пучок. Так як бісеектор знаходиться у фокусі коліматора, то в паралельному пучку виходить нескінченно віддалене зображення біссектора. Далі, це зображення потрапляє у правий коліматор 15, проходить через призму 14 і накладає зображення нульового біссектора на розташовану у фокусі коліматора шкалу 13. Переміщуючи передню бабку 10, домагаються збігу нульового штриха з серединою бісектора. Потім мікрогвинтом 12 приводять вимірювальні наконечники дотик один з одним і встановлюють шкалу трубки оптиметра на нуль. Після цього стопорять гвинт пінолі.

При вимірі передню бабку відсувають від задньої, поєднують останню з необхідним бісектором міліметрової шкали. Вимірювану деталь встановлюють на лінії вимірювання за допомогою предметного столу або люнетів, переміщують передню бабку до моменту, коли вимірювальні наконечники обох бабок торкнуться деталі, що вимірювається. При цьому зображення шкали оптиметра не повинно виходити з поля зору оптиметрної трубки. Далі, переміщуючи бабку 10, поєднують найближчі розподіли шкали 13 із зображенням бісекторного штриха і знімають відлік. Число дециметрів визначають за номером пластини 13 шкали, знімаючи за допомогою мікроскопа 11 відлік з точністю 0,1 мм, а соті і тисячні частки міліметра визначають за шкалою трубки оптиметра.

Вимірювальні машини ІЗМ-1, ІЗМ-2, ІЗМ-4 випускаються з верхніми діапазонами вимірів 1, 2 і 4 м. Діапазон вимірів ІЗМ-1 від 0 до 1000 мм при зовнішніх і від 1 до 900 мм - при внутрішніх вимірах; ІЗМ-2 від 0 до 2000 мм при зовнішніх та від 1 До 1900 -при внутрішніх вимірах; ІЗМ-4 від 0 до 4000 мм при зовнішніх та від 1 до 3900 - при внутрішніх вимірах. Ціна поділу 1 мкм. Допустима похибка бісекторної шкали ± (0,3 + 9-10~ 3 £) мкм, шкали з відліковим пристроєм = 0,1 мм ± (0,7+1,5-10 -3 L), де L - номінальний Розмір, мм.

Похибки вимірювання, що складають, на вимірювальних машинах аналогічні похибкам оптиметра. Однак важливим для машин є температурна складова. Граничні похибки вимірів методом безпосередньої оцінки зовнішніх розмірів 1-500 мм становлять від ±1 до ±6 мкм, а при вимірі методом порівняння від ±1 до ±2 мкм; внутрішніх розмірів 13-500 мм методом порівняння з кінцевими заходами від ±1,5 до ±9 мкм.

16.3 Довгоміри

Довгоміри - оптико-механічні прилади контактного типу, у яких шкала поєднана з лінією виміру (повне використання принципу Аббе).

Мал. 4. Оптична схема вертикального довжиномера ІЗВ-2

Принципова схема вертикального довжиномера ІЗВ-2 показана на рис. 4. Вимірювальний шток 4 має поздовжнє вікно, яке вставлена ​​скляна шкала 5, що має 100 поділів з інтервалами через 1 мм. Шкала 5 висвітлюється джерелом світла через 1 світлофільтр 2 і конденсор 3. Зображення міліметрової шкали об'єктивом 11 проектується в площину сіток 7 і 8 очка 6 спірального мікрометра. Призми 9 та 10 відхиляють пучок променів, що виходить з об'єктива на 45°.

Мал. 5. Оптична схема вертикального проекційного довжиномера ІЗВ-3

Вертикальний проекційний довжиномір ІЗВ-3 (рис. 5) відрізняється від довжиномера ІЗВ-2 тим, що тут замість окулярного мікрометра застосовано відліковий проекційний пристрій з оптичним мікрометром. Світло від лампи / проходить конденсор 2, світлофільтр 3, освітлювальні лінзи 4 і падає на відбивне дзеркало 5, висвітлює ділянку міліметрової шкали 6, що переміщається разом з вимірювальним штоком 7. Зображення цієї ділянки шкали об'єктивом 8 через призмінну систему 9, лінзи 9 // Проектується на нерухому сітку 13 (шкала десятих часток міліметра з індексом). Лімб 12 має шкалу тисячних часток міліметра. Лімб і сітка знаходяться у фокальній площині об'єктива 16. Зображення міліметрових штрихів, десятих і тисячних часток міліметра, а також індекс проектується колективною лінзою 14, об'єктивом 16 та дзеркальною системою 15, 17, 18 на екран 19.

На довгомірі проводять абсолютні вимірювання кінцевих заходів, діаметрів гладких граничних калібрів, корпусних деталей з розгювисотними площинами. При використанні малогабаритних кутомірних пристроїв можна вимірювати профілі малогабаритних дискових кулачків.

ТЗГТ7-Л7 П -------~~«тт л „ п *^тгл VO

Мал. 6. Схема горизонтального довжиномера ІК.У-2

Принципова схема довжиномера ІКУ-2 показана на рис. 6. На напрямних станини / встановлена ​​вимірювальна бабка 6, в якій на лінії вимірювання (з дотриманням принципу Аббе)

встановлена ​​вимірювальна піноль 23. На правому кінці пінолі кріпиться міліметрова шкала 9 довжиною 100 мм, а на лівому кінці трубка оптиметра. При цьому її вимірювальний стрижень 4 може переміщатися щодо пінолі 23 і повертати дзеркало 5 оптиметра трубки. Грубе переміщення вимірювального стрижня проводиться штурвалом 13, а точне мікровінтом 10. У верхній частині встановлений екран і освітлювальна система. Світло, що йде від лампи 8, поділяється на два пучки. Перший пучок заломлюється призмою 7, висвітлює ділянку міліметрової шкали і проектує зображення шкали об'єктивом 11 у площину нерухомої бісекторної шкали 12 з ціною поділу 0,1 мм загальною Довжиною 1 мм. Поєднані зображення штрихів шкал 9, 12 об'єктивом 14 проектуються на ділянку 15 екрана 17. Другий пучок заломлюється в призмі 7 і прямує на розділовий кубик, де, відбившись від напівпрозорої грані, падає на освітлювальне дзеркало 20. Далі проходить оптим 22 проектується на дзеркало трубки 5 оптиметра. Автоколімаційне зображення оптиметрової шкалиповертається на напівпрозору грань кубика 19, проходить її і„ відбившись від дзеркала 20, направляється об'єктивом 18 на ділянку 16 оптиметрової шкали екрана 17. Деталь встановлюється на предметному столику 24 і обмацується вимірювальними наконечниками. складаються два незалежні переміщення - вимірювальної пінолі 23 разом з міліметровою шкалою 9 в межах 100 мм і вимірювального стрижня 4 трубки оптиметра в межах 100 мкм. Ці переміщення фіксуються на екрані за шкалами 15, 16.

Вимірювальна бабка 6 разом з вимірювальним наконечником 3 штурвалом 13 підводиться до деталі, що вимірювається. Мікровинтом 10 переміщують вимірювальну піноль 23 разом зі шкалою 9 до суміщення міліметрової шкали з найближчим бісекторним штрихом нерухомої шкали десятих часток міліметра. Відлік знімають за шкалою 15, додаючи або віднімаючи з нього показання шкали трубки 16 оптиметра.

Основні типи та технічні характеристики вертикальних та горизонтальних довжемірів наведені в ГОСТ 14028-68.

В експлуатації знаходяться вертикальні та горизонтальні довжиномери наступних типів: вертикальні ІЗВ-1, ІЗВ-2, екранні ІЗВ-3 з діапазоном показань 100 мм, діапазоном вимірювань О-250 мм та відліком 0,001 мм; горизонтальні ІКУ-2 з діапазоном показань 100 мм, діапазоном вимірювань 500 мм та від 1 до 400 мм відповідно для зовнішніх та внутрішніх розмірів та відліком 0,001 мм.

Основні переваги цих довжемірів - підвищена точність вимірювання (у 3 рази), підвищена продуктивність (у 2 рази), полегшення ручного та напівавтоматичного керування процесом вимірювання, абсолютні вимірювання з високою точністю та відносні від атестованого значення зразкового заходу з виведенням результату вимірювання на цифрове табло та цифроводрукарський пристрій.

Основні технічні характеристики вертикального довжиномера з цифровим відліком ІЗВ-4 такі: межа виміру О-160 мм; дискретність відліку 0,2 мкм; основна похибка приладу ± (0,4 + L/500) 10 3 мм, де L - довжина, що вимірюється в мм.

Горизонтальний довжиномір із цифровим відліком ІЗГ-4 має такі основні характеристики: межі вимірювання зовнішніх розмірів 0-500 мм, внутрішніх - 10-400 мм; дискретність відліку 0,2 мкм; основна похибка ± (0,3-М0~ 3 L) мм, де L - довжина, що вимірюється в мм.

Межа допустимої похибки довжиномера нормується залежно від номінального розміру L і типу приладу: для вертикальних ±(1,4 + L/100) мкм (ІЗВ-1); ±(1,4 + 1/140) мкм (ІЗВ-2)"; для горизонтальних ± (1,4 + L/100) мкм (ІКУ-2)-при зовнішніх вимірах і ± (1.9 + L/140) мкм при внутрішніх змі-

реніях. Розмах показань трохи більше 0,4 мкм, вимірювальне зусилля 200 сН.

Основними складовими похибки вимірювання довжиномірами є: похибка відліку по спіральному мікроскопу-не більше 0,001 мм при двократних вимірах: похибка відліку по оптичному мікрометру - не більше 0,001 мм; похибки перепаду вимірювального зусилля внаслідок температурних деформацій

Граничні похибки вимірювання довжиномірами становлять від 1,5 до 2,5 мкм залежно від умов застосування.

Повірка довгомірів регламентована ГОСТ 8.114-74 та МУ-№ 341. При перевірці застосовують кінцеві заходи 4-го розряду. Враховуючи застосування великих кінцевих заходів, істотна увага має приділятися вирівнюванню їхньої температури. Для цього зазвичай кінцеві заходи поміщають на металеву плиту блоків кінцевих заходів на 1-2 години і більше при довжині заходів відповідно до 100 мм і 100-250 мм.

16.4 Катетометри

Катетометри - прилади для безконтактного дистанційного виміру у важкодоступних місцях вертикальних та горизонтальних координат виробів, які важко виміряти звичайними методами.

Катетометр (рис. 7 а) складається з наступних основних частин: візирного пристрою - зорової труби 3, що переміщається по напрямних 1, пристрою 4 для установки зорової труби в горизонтальне положення (рівень або автоколіматор), шкали 5 і відлікового пристрою 2 (мікроскоп, ноніус, лупа). На рис. 7 б показана оптична схема катетометра КМ-6, що складається з зорової труби і відлікового мікроскопа з освітлювальною системою. У зорову трубу входять об'єктив 10 з лінзами насадками 8, світлофільтр 9, фокусуюча лінза 11, сітка 13 і окуляр 15. Відліковий мікроскоп включає мікрооб'єктив 2, куб-призму 3, масштабну сітку 12 і окуляр 14.

Освітлювальна частина мікроскопа, призначена для підсвічування шкали 1 складається з лампи 7, конденсора 6, світлофільтра 5 і дзеркала 4.

У відліковому мікроскопі промені світла від лампи 7 проходять конденсор 6, світлофільтр 5, відбиваються від дзеркала 4, проходять куб-призму 3 і через мікрооб'єктив 2 потрапляють на поверхню, що відображає міліметрової шкали 1; потім відбиваються від неї і у зворотному напрямку проходять мікрооб'єктив 2, куб-призму 3, "І зображення штриха проектується на масштабну сітку 12. Поєднане зображення штриха та масштабної сітки спостерігається в окуляр 14. При вимірюванні координат катетометром орієнтовно визначають відстань від об'єкта Піднімають вимірювальну каретку на висоту обраної точки об'єкта і за допомогою механічного візира грубо виставляють зорову трубу.Наводять окуляр зорової труби на різке зображення об'єкта.Зорову трубу наводять на вибрану точку а її зображення розташувалося в правій половині сітки посередині кутового біссектора на рівні горизонтального штриха.Знімають перший відлік по масштабній сітці.Після переміщення вимірювальної каретки в положення другої точки б знімають другий відлік.Розмір виміряного відрізка є різниця між двома відліками.

Мал. 7. Катетометр

Відповідно до ГОСТ 19719-74 катетометри виготовляють двох типів: - вертикальний для вимірювання вертикальних координат; У - універсальний із пристосуванням для вимірювання горизонтальних координат.

Однокоординатні вертикальні катетометри КМ-6, КМ-8, КМ-9 мають межі вимірювання 0-200, 0-500 та 0-1000 мм та похибки відлікового пристрою ±1,5; ±2 та ±2 мкм відповідно.

Двохкоординатний універсальний катетометр КМ-7 має межу вимірювання 300X300 мм; похибка відлікового пристрою ±2 мкм; трикоординатний модернізований катетометр КМ-9 має межу виміру 1000 мм; похибка відлікового пристрою ±2 мкм.

Межі допустимої похибки катетометрів при вимірюванні за зразковими шкалами 2-го розряду не повинні перевищувати ±(10 + L/100) мкм при діапазонах вимірювання за шкалами 40-320 мм та ±(10 + L/50) мкм - за шкалами 500-125 мм, де L - відстань від переднього торця об'єктива зорової труби до об'єкта виміру.

При вимірі координат катетометрами виникають похибки внаслідок порушення принципу компарування, неточності виготовлення окремих елементів конструкції, похибок встановлення візирних марок на виріб та температурних похибок.

16.5 Сферометри

Сферометри – прилади, призначені для вимірювання радіусів кривизни сферичних поверхонь непрямим виміром висоти кульового сегмента. Принципова схема сферометра СЗГ (ІЗС-7) показана на рис. 8 а. У корпус стаканоподібної форми 4 у верхній частині встановлено змінне кільце вимірювальне 1, на торці якого під кутом 120° запресовано три кульки 10 для базування вимірюваної деталі. Всередині корпусу точним напрямним може переміщатися вимірювальний стрижень 9 з контактною кулькою на верхньому кінці. У поздовжньому пазу стрижня кріпиться міліметрова скляна шкала 6, що підсвічується відбитим від дзеркала 3 світловим потоком освітлювача 2. Зображення міліметрової шкали проектується мікрооб'єктивом 7 в площину шкал спірального окулярного мікрометра 8. Противага куля з поверхнею сфери.

При вимірі радіусів кривизни опуклих поверхонь остання спирається на внутрішню поверхню кільця, а увігнутих поверхонь - на зовнішню поверхню кільця, тобто по точках Ki, Кг (рис. 8, б).

Мал. 8. Сферометр ССО (ІЗС-7)

При вимірі на кільце встановлюють скляну зразкову пластину і знімають перший відлік; помістивши на кільце деталь, що вимірюється, знімають другий відлік. Різниця відліків є висота кульового сегмента.

Радіуси кривизни сферичних поверхонь/? 4 та R z визначаються за формулами: для опуклої сфери Ri - r 2 + h 2 /2h-q; для увігнутої сфери Rz = r 2 + h 2 j2h + Q.

ДЕРЖСТАНДАРТ 11194-76 передбачає випуск кільцевих контактних сферометрів типів: ССО (ІЗС-7) -стаціонарний з оптичним відліковим пристроєм з установкою деталі на приладі; СНТ (ІЗС-8)-накладний з оптичним відліковим пристроєм з установкою приладу на деталь; СНМ (ІЗС-9)-механічний пристрій, вимірювання порівнянням з кінцевою мірою.

Діапазон вимірювання радіусів на сферометрах СЗГ, СНТ, СНМ від 10 до 40000 мм: діапазон шкал сферометрів СЗГ, СНТ від 0 до 30 мм, а СНМ від 0 до 100 мм; ціна поділу 1,0 мм; ціна поділу шкали відлікового пристрою 0,001 мм.

16.6 Інструментальні та універсальні мікроскопи

Інструментальні та універсальні мікроскопи – вимірювальні оптико-механічні прилади широкого застосування. Їх використовують у метрологічних лабораторіях машинобудівних заводів для вимірювання лінійних та кутових геометричних величин.

Мал. 9. Оптична схема інструментального мікроскопа

Інструментальні вимірювальні мікроскопи призначені для вимірювання в проходить і відбитому світлі зовнішніх і внутрішніх геометричних розмірів, кутів виробів по кутомірній головці та столу, різців, фрез, кулачків, шаблонів та інших деталей.

Оптична схема (великого інструментального мікроскопа (БМІ) показана на рис. 9. Світло від лампи 1 проходить парабол-лоїдний конденсор 2, лінзу 3, світлофільтр 4, ірисову діафрагму 5, відбивається від дзеркала 6 і зі зміненим напрямом 90° прямує в лінзу 7, а з неї паралельним пучком висвітлює вимірюваний об'єкт, розташований на предметному столі 8 або в центрах бабки.Об'єктив 9 проектує зображення предмета у фокальну площину окуляра 14, де встановлена ​​сітка 13 кутомірної окулярної головки. з ірисовою діафрагмою, внаслідок чого створюється телецентричний перебіг променів.

Призма 11 забезпечує отримання прямого зображення та змінює напрямок оптичної осі в зручному для спостерігача напрямку. Захисне скло 12 оберігає від забруднення оптичні деталі при зміні окулярної головки.

На схемі показана кутомірна головка, що складається з окуляра 14, скляного лімба 18 зі шкалою від 0 до 360° з ціною розподілу 1°, сітки 13, яка може обертатися разом з лімбом; відлікового мікроскопа з об'єктивом 17, окуляром 15 з сіткою 16, освітлювального пристрою 20 і світлофільтра 19.

В окулярній головці спостерігають зображення контуру об'єкта та сітку. Симетрично діаметральної штрихової лінії праворуч і ліворуч нанесені по дві паралельні штрихові лінії на відстані 0,3 і 0,9 мм відповідно до положення рисок від краю вимірювальних ножів, коли вони знаходяться в контакті з поверхнею деталі, що вимірювається. При наведенні поєднуються відповідні ризики ножа та сітки, що значно підвищує точність виміру.

До приладів, що забезпечують візуальне спостереження місцевості та розташованих на ній об'єктів, а також їх розрізнення на супутніх фонах для ідентифікації та прийняття рішення про вплив на них наявними засобами відносяться: - прилади нічного бачення, що використовують принцип перетворення невидимого для неозброєного ока зображення місцевості та цілей уночі у видиме зображення; - прилади нічного бачення, засновані на використанні телевізійних трубок, що працюють при низьких рівнях природного нічного освітлення; - тепловізійні прилади, що використовують принцип перетворення власного теплового випромінювання місцевості та цілей (теплової картини) у зображення, яке спостерігається людським оком, у тому числі в умовах туману, дощу, снігопаду та штучних перешкод - задимлення та застосування маскуючих аерозольних утворень вдень і вночі; - прилади нічного бачення, що використовують лазерне підсвічування цілей для спостереження в обмежених умовах видимості вдень і вночі, викликаних метеорологічними факторами або застосуванням противником засобів штучного маскування та протидії.

Спектральна чутливість ока людини У діапазоні електромагнітних хвиль, що тягнеться від гамма- випромінювання з довжиною хвилі не більше сотої нанометра до радіовипромінювання з довжинами хвиль десятки кілометрів, спектральна чутливість ока людини представляє вузьку смужку від 0,4 до 0,76 мкм у видимій області. Обсяг інформації, що від органів зору, становить, за даними науки, 90% всієї інформації органів чуття людини.

Назва діапазону Довжини хвиль, λ Частоти, νДжерела Радіо-хвилі Наддов- ші понад 10 км менше 30 к Гц Атмосферні явища. Змінні струми у провідниках та електронних потоках (коливальні контури). Довгі 10 км - 1 км 30 до Гц до Гц Середні 1 км м 300 до Гц - 3 МГц Короткі 100 м - 10 м 3 МГц - 30 МГц Ультракороткі 10 м -1 мм 30 МГц ГГц Інфрачервоне випромінювання 3 ТГц Випромінювання молекул та атомів при теплових та електричних впливах. Видиме (оптичне) випромінювання нм 429 ТГц -750 ТГц Ультрафіолетове нм 7,5×10 14 Гц - 3×10 16 Гц Випромінювання атомів під впливом прискорених електронів. Рентгенівські 10 нм -5 пм 3×10 19 Гц Атомні процеси при дії прискорених заряджених частинок. Гама менше 5 пм більше 6×10 19 Гц Ядерні та космічні процеси, радіоактивний розпад.

Коротке поняття зорового процесу 1. Сфокусоване кришталиком очі зображення сприймається світлочутливим приймачем ока сітківкою, що складається з фоторецепторів двох видів: паличок і колб, де відбувається поглинання світла і перетворення прийнятої ним світлової енергії в електричні сигнали, що передаються в мозок. Всі зорові сприйняття здійснюються за допомогою паличок і колб, проте розрізнення кольору притаманне тільки колбочкам, у той час як розрізнення світла і темряви виробляється і паличками, і колбками. 2. Роздільна здатність ока при сонячному світлі забезпечується колбочками і становить 0,5 -1 кут. хв, а в сутінки вона падає, передаючи свої функції апарату паличок. При цьому спектральна чутливість ока зміщується у бік більш коротких хвиль, а її максимум із довжини хвилі 0,55 мкм переходить на довжину хвилі 0,51 мкм. Криві спектральної чутливості ока: 1 - у світлий час доби; 2 – у темне

Здатність до адаптації до зміни чутливості залежно від освітленості на зіниці. Відомо, наприклад, що в сутінки око здатне відчувати яскравість, у 100 разів меншу, ніж у денний час. Темнова адаптація, т. е. пристосування ока до темряви, протікає у період: перший тривалістю близько 2 хв, коли чутливість очі підвищується вдесятеро, і другий тривалістю 8 хв, коли чутливість зростає ще 6 раз. Світлова адаптація має місце при раптовому порушенні темряви. У першу мить зір паралізується повністю, і людина перестає бачити. Потім починає діяти апарат адаптації. При цьому різко скорочується зіниця, падає чутливість паличок і функції зору переходять до колб, що пригальмовує апарат паличок, а через деякий час і вимикає його. Починається перебудова всього зорового апарату від сітківки до головного мозку, яка допомагає впоратися із засліпленням і дає можливість бачити в умовах великих яскравостей.

Типова освітленість, приклади Освітленість, лк Де 10 5 Світло Сиріуса, найяскравішої зірки нічного неба 0,0003Безмісячне зоряне небо 0,01Чверть Місяця 0,27Повня в ясному небі 1Повня в тропіках 0Под місяць 5Ж0 поїзд/туалет 100Дуже похмурий день Робочий кабінет 350 ± 150 Схід або захід сонця на Венері 400 Схід або захід сонця в ясний день. 1000 Похмурий день; освітлення в телестудії 1-3 тис.полудень на Венері 4-5 тис.полудень у грудні січні тис.ясний сонячний день (в тіні) тис.під прямим сонцем

Природні рівні освітленості (а), зір і процес темнової адаптації Для розрахунків дальності дії ПНО пасивного типу з підсилювачем яскравості зображення I і II поколінь приймають освітленість при світлі Місяця, що дорівнює 0,1 лк, а при безхмарному зоряному небі лк. При цьому спектральна характеристика зоряного світла за інтенсивністю має тенденцію до підвищення в ближній ІЧ-області, внаслідок чого спостереження в цих умовах неозброєним оком, навіть адаптованим, практично неможливе, тому що в цій спектральній області очей вже не має чутливості.

Чинники, що впливають рішення завдань спостереження 1. Імовірність виявлення об'єкта залежить від кутових розмірів самого об'єкта та його розмаїття з тлом. Чим більший об'єкт і вищий контраст, тим раніше цей об'єкт буде виявлено. При цьому пізнання об'єкта може зробити центральна область ока фовеа, що має високу роздільну здатність. При пошуку об'єкта його форма не відіграє великої ролі, а має значення лише його площа в межах співвідношення сторін від 1: 1 до 1: 10. Збільшення кутових розмірів об'єкта в 2 рази скорочує час, необхідний для його виявлення, у 8 разів. 2. Розмір контрасту визначає час, необхідне пошуку об'єкта. Контраст у будь-якій точці визначається ставленням різниці яскравостей об'єкта і фону L о L ф до їх суми L + L ф. (Середнє К = 0,32). 3. Час, необхідне виявлення об'єктів світліше і темніше фону при однакових абсолютних значеннях позитивного і негативного контрастів, те саме. 4. Зі збільшенням поля огляду збільшується час, необхідний пошуку об'єкта. Дворазове збільшення поля огляду підвищує час пошуку вчетверо, причому час пошуку визначається не формою поля, яке кутової площею. 5. Об'єкти, що рухаються з малою швидкістю, виявляються легше, ніж нерухомі, а що рухаються з великою швидкістю важче через погіршення видимого розмаїття. Подальше збільшення швидкості може призвести до втрати видимості об'єкта. Рух погіршує видимий контраст об'єкта, величина якого залежить від кутової швидкості, а й від кутових розмірів об'єкта спостереження.

Виходячи з якості зору (4:3), що забезпечує можливість спостереження об'єктів на різноманітних фонах в денний час, а також з характеристик оптичних приладів, що визначають можливість спостереження нерухомих і об'єктів, що рухаються в польових умовах (збільшення, поля зору, коефіцієнт світлопропускання, діаметри вхідного ( Д) і вихідного (d) зіниць) при спостереженні в оптичний прилад ймовірність виявлення об'єкта майже в 3 рази більша за ймовірність виявлення неозброєним оком.

Вплив погодних умов (стан атмосфери) на ефективність спостереження. Області пропускання випромінювання: (інтервали довжин хвиль) видима область від 0,4 до 0,7 мкм; ближня інфрачервона від 07 до 30 мкм; середня та дальня інфрачервоні від 3 до 6 та від 8 до 14 мкм відповідно. Характеристики пропускання атмосфери (темп. +15 º, волого. 40%). Три останні є основою створення систем бачення в умовах обмеженої видимості

Природна нічна освітленість Сонце в зеніті - освітленість земної поверхні досягає максимуму і становить коефіцієнт прозорості атмосфери близько 70% більше лк. З рухом до горизонту, освітленість, створювана Сонцем, становить лише 10 лк. (Змінюється склад сонячного світла, при проходженні товщі атмосфери сині та фіолетові промені послаблюються сильніше, ніж помаранчеві та червоні, внаслідок чого максимум випромінювання Сонця зміщується в червону область спектру). З настанням сутінків, освітленість, створювана світлом неба, зменшується до настання астрономічних сутінків, за якими слідує найбільш темний час доби ніч (0,3-0,002 лк). Спектральне випромінювання небесного склепіння вночі Зміна ЕНО, що створюється Місяцем у залежності від її фази

ВПЛИВ ВЕЛИЧИНИ КОНТРАСТА У ближній ІЧ-області спостерігається ефект підвищення контрасту з допомогою різких градацій у відбивної спроможності низки різних матеріалів, що становлять природний фон Землі. Спектральні характеристики відображення природних матеріалів: 1-листя дерев; 2-трава; 3-гравій; 4-кора дерев Відбивна здатність танка та фону: 1-пор. відбиток. здатність фону; 2-відбивна здатність танка Відбивна здатність ряду природних фонів, таких, як трава і листя дерев, різко зростає зі зміщенням в область більш довгих хвиль, в той час як кора дерев і гравій зберігають величину постійної відбивної здатності. Це створює контраст, який би можливість спостереження картини, у сфері, недоступної зору людини. Коефіцієнт відображення танка, як і іншого об'єкта, зробленого руками людини, зберігає свою величину в широкому інтервалі довжин хвиль, у той час як відбивна здатність фону збільшується, чим досягається необхідний для виявлення в цьому спектральному інтервалі контраст.

Висновки: 1. Оскільки спектральний максимум чутливості ока людини припадає на довжину хвилі 0,55 мкм при сонячному освітленні, а при зниженій освітленості в сутінки зміщується у бік більш коротких хвиль до 0,51 мкм, у той час як максимум ЕНО по спектру має тенденцію до зміщення у бік довгих хвиль, виникла потреба пошуку коштів, дозволяють бачити у темряві. (1869 р. тепловим променям було присвоєно найменування «інфрачервоні» на відміну від іншого також невидимого випромінювання - ультрафіолетових (УФ) променів, відкритих 1801 р.). 2. Ультрафіолетовий спектр не використовується для нічного бачення через сильне поглинання УФ-випромінювання атмосферою і багатьма іншими оптичними середовищами, в той час як ІЧ-промені досить добре пропускаються атмосферою і мають ряд фізичних властивостей, що дозволяють використовувати їх як засоби підсвічування цілей (ІЧ-прожекторів) в активних ПНВ, так і для створення перетворювачів для спостереження зображення цілей в ІЧ-променях. 3. У похмуру погоду, вночі, коли небо закрите щільним шаром хмар опромінення мети ІЧ-променями допомогло б виявити мету за рахунок різкого підйому контрасту в ІЧ-області, але спектральна чутливість ока, обмежена довжиною хвилі 0,76 мкм, не забезпечує рішення цього завдання. 4. Вирішення проблеми нічного бачення завжди полягало у створенні приладу, чутливого в області 0,75-0,9 мкм, з подальшим перетворенням картини в цьому діапазоні на діапазон довжин хвиль, доступний оку.

Електронно-оптичні перетворювачі (ЕОП) приладів нічного бачення (ПНВ) Фотоелектричні приймачі, принцип дії яких заснований на відриві електрона під дією випромінювання (внутрішній фотоефект), дозволили зрештою перейти до створення електронно-оптичного перетворювача, а потім приладу нічного бачення. Склянка Полотна: 1-фотокатод; 2-металізований люмінесцентний екран; 3-скляний циліндр; 4-потік електронів; 5-електрони, що не отримали достатнього прискорення киснево-цезієвий срібний фотокатод шар люмінофора, з напівпрозорим металізованим екраном Принцип роботи: - на фотокатод такого перетворювача, званого склянкою Полотна, направляється потік ІЧ-променів або сфокусоване об'єктивом зображення- ; - його кванти виривають з фотокатода електрони, які під дією поля, що прискорює, створюваного високою напругою, направляються до екрану; - у місці зіткнення електронів з люмінофором виникає свічення, що спостерігається оком. Недоліки: -відсутнє фокусування електронів; -нечітке зображення на екрані. фотонелектронфотон hν 1>е >hν 2, де hν 1 і hν 2 енергії падаючого і вилітає фотонів з частотами 1 і 2 ; h постійна Планка, що дорівнює 6,626·10 34 Дж·с. е >hν 2, де hν 1 і hν 2 енергії падаючого і вилітає фотонів з частотами 1 і 2 ; h постійна Планка, що дорівнює 6,626·10 34 Дж·с.">

Принцип дії ЕОП з електростатичною фокусуванням 1-фотокатод; 2-фокусуючі кільця; 3 символічне зображення електронної лінзи; 4-траєкторії електронів; 5-люміненсцентний екран; 6-анод; 7-ділитель напруги У даному ЕОП фокусування електронного пучка здійснювалася за допомогою фокусуючих кілець, до яких прикладалася постійна напруга від високовольтного джерела струму через дільник напруги. Фокусуючі кільця утворювали еквіпотенційні поля, що нагадують по розподілу в них напруги лінзу, внаслідок чого такий вид фокусування став називатися електронною лінзою на відміну від іншого способу фокусування, що здійснюється за допомогою магнітного поля, що утворює магнітну лінзу (за допомогою постійних кільцевих магніт).

СХЕМА РОБОТИ ПНВ НУЛЬОВОГО ПОКОЛІННЯ (АКТИВНІ) 1-об'єкт випромінювання; 2-потік ІЧ-променів; 3-ІЧ-прожектор; 4-лампа; 5-ІЧ-фільтр; 6-ел.опт. прилад; 7-об'єктив; 8 окуляр; 9-ЕОП; 10-фотокатод; 11-люмінесцентний екран Позитивні сторони: Трубки нульового покоління стали основою створення активних ПНО, позитивною якістю яких є незалежність від величини ЕНО, що забезпечує їх застосування в умовах повної темряви: в закритих приміщеннях, глибоких траншеях, підземних спорудах. Недоліки: 1. У погіршених умовах видимості - дощ, туман, снігопад - дальність спостереження активні ПНО різко скорочується, оскільки краплі дощу, пластівці снігу і частки туману відбивають випромінювання ІЧ-прожектора, створюючи так звану зворотну засвітку на фотокатоді ЭОП при. 2. Виключено скритність та раптовість відкриття вогню, оскільки активні ПНО з включенням ІЧ-прожектора легко виявляються противником.

Характеристики фотокатодів застосовуваних у ПНО Киснево-цезієвий срібний фотокатод S1 Незначна величина радіаційної чутливості - трохи більше 2 мА/Вт - і малий квантовий вихід - близько 0,4% - не забезпечували можливість спостереження об'єктів при природній нічній освітленості. В результаті ЕОП з цим фотокатодом знайшов застосування в активних ПНВ, що використовують активний метод підсвічування цілей. S11 на основі лужноземельних металів - калію, натрію та цезію з добавкою сурми Вдалося підвищити квантовий вихід порівняно з S 1 майже в 3 рази. Має незначну величину термоелектронної емісії. S11 не знайшов застосування в ЕОП, так як його спектральна характеристика має максимум в області довжини хвиль 0,4 0,6 мкм, що не має інтересу для нічного бачення. S20 багатолужного типу, що не вимагає охолодження і в той же час має високий квантовий вихід у спектральній області, що забезпечує можливість роботи ПНО в умовах ЕНО. Характеристики фотокатодів, що застосовуються в ЕОП ПНВ Багатолужні фотокатоди - S20ЕR і S20 На їх основі виросло нове покоління ЕОП, що задовольняє умовам роботи в спектральній області, що лежить за довжиною хвилі 0,7 мкм, з метою використання цієї найбільш ефективної області для роботи ПНВ з посиленням зображення, що забезпечують можливість створення пасивних приладів, що працюють в умовах ЕНО без підсвічування.

Модульний ЕОП нульового покоління з волоконно-оптичними пластинами (ВОП) замість скляних вхідних та вихідних вікон в ЕОП. ВОП, складаються з мікроскопічних волоконних скляних світловодів, здатних передавати зображення з великою чіткістю і дозволили застосувати сферичні катоди та екрани, суттєво спростили елементи фокусуючих систем і забезпечили високу роздільну здатність передачі зображення. В результаті були створені ЕОП-трубки модульної конструкції з фотокатодами та екранами діаметром 18, 25 та 40 мм. Нові трубки є переходом від технології ПНВ активного типу до пасивних ПНВ, що використовують посилення яскравості зображення. Трубка є однокамерним перетворювачем або однокамерною трубкою. Прискорювальна напруга такої трубки 15 кВ. 1-ІЧ-випромінювання; 2-волоконно-оптичне вхідне вікно; 3-фокусуючі електроди; 4- волоконно-оптичне вихідне вікно; 5-видиме випромінювання; 6 фосфорний екран; 7-фотокатод; 8-пучки електронів Недоліки Трубка забезпечує коефіцієнт посилення близько 80, що робить можливим спостереження в ПНВ на її основі тільки в місячну ніч, та й у тому випадку, коли предмет, що розглядається, знаходиться на відкритому місці. У менш сприятливих умовах прилад із такою трубкою не забезпечує вирішення завдань нічного бачення.

Трикамерний ЕОП з трьох підсилювачів, з'єднаних світловолокном З'єднання вихідного екрану однієї модульної трубки з вхідним фотокатодом інший дає отримання значного посилення яскравості спроектованого на вхідний фотокатод першої трубки слабо освітленого зображення. ЕОП такого виду називається двокамерним або однокаскадним, так як перша камера є перетворювачем ІЧ-зображення на видиме, а друга каскадом посилення яскравості зображення. Трикамерний перетворювач носить назву двокаскадного, оскільки має два каскади посилення. Коефіцієнт посилення підвищується з числом каскадів: однокамерна трубка-перетворювач близько 80; -двокамерна - вже 4000; -трикамерна - порядку Це дало можливість створити на її основі ПНО для спостереження вночі в умовах ЕНО без підсвічування цілей ІЧ-прожектором, тобто абсолютно пасивне спостереження, що нічим себе не демаскує. Недоліки - обмежена величина флюктуації фотонів, що перешкоджає подальшому підвищенню посилення шляхом збільшення напруги, що прискорює, в каскадах посилення; - зниження роздільної здатності від каскаду до каскаду (на виході становить близько половини; - висока чутливість каскадних підсилювачів яскравості до сліпучих засвіток. ПНВ I покоління, що мають високу чутливість і низький рівень шуму, знайшли застосування як прицілів до важкої зброї і спостережних приладів і складаються на озброєнні армій багатьох країн світу: 1-ІЧ-випромінювання, 2-волоконно-оптичне вхідне вікно; 3- фокусуючі електроди; фотокатод, 8-фосфорний екран; I-перший ступінь; II-другий ступінь; III-третій ступінь

Підсилювачі II покоління (спосіб множення електронного потоку, утвореного впливом зовнішнього випромінювання на фотокатод, замість використовуваного в УЯИ I покоління способу сполучення фотоелектронів прискорення шляхом докладання високої напруги) При вильоті фотоелектронів з фотокатода направляється безпосередньо на прилеглу пластину, звану мікроканальної є диском з величезним числом мікроскопічних каналів, що є фотоелектронними помножувачами, шляхом збудження в каналах ефекту вторинної електронної емісії. (електронний потік не піддається фокусуванню та проеціювання на фосфорний екран) Мікроканальна пластина, що містить 1 мільйон 760 тисяч мікроскопічних каналів (5000 на 1 мм 2) діаметром 12 мкм кожен. Розміри та кількість мікроканалів варіюються залежно від призначення. Довжина каналу МКП близько 45 його діаметрів. Канали мають нахил, щоб електрон, що вилетів з фотокатода, не пролетів углиб, а, ударяючись об край, відбивався від нього у вигляді безлічі, утворюючи лавинний процес. Переваги: ​​1. Внаслідок вторинної електронної емісії яскравість свічення в десятки тисяч разів перевищує яскравість ІЧ-випромінювання на фотокатоді трубки. 2. Прикладена висока напруга (близько 1 кВ) у десятки разів менша за напругу, необхідну для живлення камер I покоління. 3. Забезпечує відтворення зображення після МКП без фокусування, що значно скорочує осьову довжину трубки. Для підвищення роздільної здатності використовується збільшувальна електронна оптика перед МКП. 1-первинний електрон; 2-вторинні електрони; 3-стінка мікроканалу; 4- лавина електронів на виході; 5-електрод; 6-джерело напруги

Типи трубок УЯІ II покоління (1-й тип) Нагадує однокамерний ЕОП нульового покоління з фотокатодом і електронною лінзою, що фокусує, з тією лише різницею, що в трубці з УЯИ II покоління електронний потік з фотокатода надходить безпосередньо на МКП, в той час як у трубці нульового покоління він фокусується електронною лінзою на екрані. Посилений мікроканальною пластиною потік електронів прискорюється інтенсивним однорідним електричним полем, утвореним у вузькому вакуумному проміжку, бомбардує люмінесцентний екран, на якому виникає видиме зображення. Підсилювач має посилення світлового потоку до 1000 разів при коефіцієнті посилення від до 50000, що забезпечує можливість створення ПНО, що діють при низьких рівнях ЕНО. ЕОП II покоління на МКП: 1-ІЧ-випромінювання; 2-волоконно-оптичне вхідне вікно; 3-вакуум; 4-фокусуючі електроди; 5-пучок електронів; 6-волоконно-оптичне вихідне вікно; 7-видиме випромінювання; 8-екран; 9-мікроканальна пластина; 10-фотокатод

Другий тип підсилювача II покоління використовує перенесення електронного зображення двічі: від фотокатода на вхід МКП та з виходу МКП на люмінесцентний екран. Ефект досягається особливими прийомами в технології та конструкції (технологія вакуумного перенесення). Трубки, виготовлені за такою технологією, називаються шаруватими та відрізняються високою компактністю. За допомогою шаруватої трубки зображення в ПНВ відтворюється без спотворень розмірів входу та виведення, тобто відбувається лише посилення яскравості зображення. У разі необхідності трубка забезпечується на виході волоконно-оптичним елементом, що забезпечує поворот зображення на 180 °, що дозволяє суттєво зменшити довжину ПНВ. ЕОП III з фотокатодом на арсеніді галію: 1-фотокатод; 2-мікроканальна пластина; 3-екран; 4-волоконно-оптичний елемент повороту зображення на 180 °; 5-тороїдальне джерело живлення

Переваги ЕОП II покоління 1. Легкість, компактність, можливість застосування у портативних приладах. 2. Менш чутливі до засвічень від зустрічних пострілів, смолоскипів освітлювальних засобів та сигнальних вогнів. При попаданні тіла, що світиться, у поле зору ПНО II покоління засвітка носить локальний характер і виникає в межах кутового розміру джерела світла, не створюючи ореолу, як у ПНО I покоління. 3. ПНО II покоління забезпечують спостереження цілей на дальності, що перевищує дальність дії ПНО І покоління в 1,5 рази на місячну ніч і в 1,8 рази на зоряну.

Підсилювач яскравості зображення III покоління Дані трубки, як і трубки II покоління, як УЯИ використовують МКП. Особливістю трубки III покоління є високоефективний фотокатод, що ґрунтується на негативному ефекті спорідненості елементів III та V груп періодичної системи Менделєєва – арсеніді галію. Фотоелектрони, що утворюються при поглинанні квантів світла арсенідом галію, досягають поверхні на кордоні з вакуумом на відміну попередників (S20ЕR і S20). - Переваги: ​​-емісія фотоелементів збільшується майже в 4 рази в порівнянні з фотокатодами II покоління за рахунок використання спектрального випромінювання з довжиною хвилі близько 0,9 мкм, що забезпечує високі роздільну здатність цілей у цій спектральній області, де контраст досягає максимальної величини, а значить, та збільшення дальності виявлення та розпізнавання цілей на природних фонах; -ПНО з підсилювачем III покоління відрізняється від ПНО II покоління більшою ефективністю фотокатода при освітленості лк і менше за рахунок просування в область з довжиною хвилі 0,9 мкм, у той час як ПНО з УЯІ II покоління забезпечують роботу при більш високих освітленнях; -Мікроканальна пластина монтується на відстані десятих часток міліметра від фотокатода з прискорювальною напругою близько 1000В, що забезпечує високу компактність трубки. Спектральні характеристики фотокатодів II (S20) III (GaAs) поколінь: 1-S20; 2- GaAs

Вимоги до ПНО 1. Забезпечення високої якості зображення з рівномірною роздільною здатністю по всьому полю зору. 2. Достатня яскравість зображення. 3. Правильне розподілення яскравості по області зображення. 4. Наявність автоматичного регулювання яскравості для захисту від сильних засвіток. 5. Достатня дальність спостереження. 6. Міцність. 7. Захист від бруду та вологи. 8. Універсальність харчування. 9. Зручність та простота експлуатації приладу.

Загальна структурна схема ПНО 1 – об'єктив; 2 – ЕОП; 3 - коліматорний об'єктив (лупа); 4 – розділова призма; 5 – телескопічна система; 6 – вбудоване джерело живлення; 7 – автономне джерело живлення; 8 – УП; 9 - перетворювач напруги низьковольтний; 10 – кабель; 11 – перехідник; 12 - насадка (знімна)

Зміст статті

ОПТИЧНІ ПРИЛАДИ,пристрої, в яких випромінювання будь-якої області спектру (ультрафіолетової, видимої, інфрачервоної) перетворюється (пропускається, відбивається, заломлюється, поляризується). Віддаючи данину історичної традиції, оптичними зазвичай називають прилади, що працюють у видимому світлі. При первинній оцінці якості приладу розглядаються лише його основні характеристики: здатність концентрувати випромінювання – світлосила; здатність розрізняти сусідні деталі зображення – роздільна здатність; співвідношення розмірів предмета та його зображення – збільшення. Багатьом приладів визначальною характеристикою виявляється поле зору – кут, під яким із центру приладу видно крайні точки предмета.

Дозволяюча сила.

Здатність приладу розрізняти дві близькі точки або лінії обумовлена ​​природою хвильової світла. Чисельне значення роздільної здатності, наприклад, лінзової системи, залежить від уміння конструктора впоратися з абераціями лінз і ретельно відцентрувати ці лінзи на одній оптичній осі. Теоретична межа дозволу двох сусідніх зображуваних точок визначається як рівність відстані між їхніми центрами радіусу першого темного кільця їхньої дифракційної картини.

Збільшення.

Якщо предмет завдовжки Hперпендикулярний оптичній осі системи, а довжина його зображення H΄, то збільшення mвизначається за формулою m = H΄/ H. Збільшення залежить від фокусних відстаней та взаємного розташування лінз; для вираження цієї залежності існують відповідні формули. Важливою характеристикою приладів для візуального спостереження є видиме збільшення М. Воно визначається з відношення розмірів зображень предмета, які утворюються на сітківці ока при безпосередньому спостереженні предмета та розгляд його через прилад. Зазвичай видиме збільшення Мвисловлюють ставленням M= tg b/tg a, де a- Кут, під яким спостерігач бачить предмет неозброєним оком, а b- Кут, під яким око спостерігача бачить предмет через прилад.

За бажання створити якісний оптичний прилад слід оптимізувати набір його основних характеристик - світлосили, що дозволяє і збільшення. Не можна зробити хороший, наприклад, телескоп, домагаючись лише великого видимого збільшення і залишаючи малу світлосилу (апертуру). У нього буде поганий дозвіл, оскільки він прямо залежить від апертури.

Конструкції оптичних приладів дуже різноманітні, та його особливості диктуються призначенням конкретних пристроїв. Але при втіленні будь-якої спроектованої оптичної системи готовий оптико-механічний прилад необхідно розташувати всі оптичні елементи в суворій відповідності з прийнятою схемою, надійно закріпити їх, забезпечити точне регулювання положення рухомих деталей, розмістити діафрагми для усунення небажаного фону розсіяного випромінювання. Нерідко потрібно витримувати задані значення температури та вологості всередині приладу, зводити до мінімуму вібрації, нормувати розподіл ваги, забезпечити відведення тепла від ламп та іншого допоміжного електроустаткування. Значення надається зовнішньому вигляду приладу та зручності поводження з ним.

Мікроскопи.

Якщо розглядати через позитивну (збираючу) лінзу предмет, розташований за лінзою не далі її фокальної точки, то видно збільшене уявне зображення предмета. Така лінза є найпростішим мікроскопом і називається лупою або збільшувальним склом. Зі схеми рис. 1 Ви можете визначити розмір збільшеного зображення. Коли око налаштоване на паралельний пучок світла (зображення предмета знаходиться на невизначено великій відстані, а це означає, що предмет розташований у фокальній площині лінзи), видиме збільшення Mможна визначити із співвідношення (рис. 1):

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

Телескопи

Телескоп збільшує видимі розміри віддалених предметів. У схему найпростішого телескопа входять дві позитивні лінзи (рис. 2). Промені від віддаленого предмета, паралельні осі телескопа (промені aі cна рис. 2), збираються у задньому фокусі першої лінзи (об'єктива). Друга лінза (окуляр) віддалена від фокальної площини об'єктива на свою фокусну відстань, і промені aі cвиходять із неї знову паралельно осі системи. Деякий промінь b, що виходить не з тих точок предмета, звідки прийшли промені aі cпадає під кутом aдо осі телескопа проходить через передній фокус об'єктива і після нього йде паралельно осі системи. Окуляр спрямовує його у свій задній фокус під кутом b. Оскільки відстань від переднього фокусу об'єктива до ока спостерігача нехтує мало порівняно з відстанню до предмета, то зі схеми рис. 2 можна отримати вираз для видимого збільшення Mтелескопа:

M= -tg b/tg a = –F/f΄ (або F/f).

Негативний знак показує, що зображення перевернуто. В астрономічних телескопах воно таким і лишається; в телескопах для спостережень за наземними об'єктами застосовують систему, що обертає, щоб розглядати нормальні, а не перевернуті зображення. До обертальної системи можуть входити додаткові лінзи або, як у біноклях, призми.

Освітлювальні та проекційні прилади.

Прожектори.

В оптичній схемі прожектора джерело світла, наприклад, кратер дугового електричного розряду, знаходиться у фокусі параболічного відбивача. Промені, що виходять із усіх точок дуги, відбиваються параболічним дзеркалом майже паралельно один одному. Пучок променів трохи розходиться тому, що джерелом служить точка, що не світиться, а обсяг кінцевого розміру.

Діаскоп.

В оптичну схему цього приладу, призначеного для перегляду діапозитивів та прозорих кольорових кадрів, входять дві лінзові системи: конденсор та проекційний об'єктив. Конденсор рівномірно висвітлює прозорий оригінал, спрямовуючи промені у проекційний об'єктив, який будує зображення оригіналу на екрані (рис. 4). У проекційному об'єктиві передбачаються фокусування та заміна його лінз, що дозволяє змінювати відстань до екрана та розміри зображення на ньому. Оптична схема кінопроектора така сама.

Спектральні прилади.

Основним елементом спектрального приладу може бути дисперсійна призма чи дифракційна решітка. У цьому приладі світло спочатку колимируется, тобто. формується в пучок паралельних променів, потім розкладається в спектр, і, нарешті, зображення вхідної щілини приладу фокусується на вихідну щілину по кожній довжині хвилі спектра.

Спектрометр.

У цьому більш менш універсальному лабораторному приладі колімующая і фокусуюча системи можуть повертатися щодо центру столика, на якому розташований елемент, що розкладає світло в спектр. На приладі є шкали для відліків кутів повороту, наприклад дисперсійної призми, та кутів відхилення після неї різних колірних складових спектру. За результатами таких відліків вимірюються, наприклад, показники заломлення твердих прозорих тіл.

Спектрограф.

Так називається прилад, у якому отриманий спектр чи його частина знімається фотоматеріал. Можна отримати спектр від призми з кварцу (діапазон 210-800 нм), скла (360-2500 нм) або кам'яної солі (2500-16000 нм). У діапазонах спектра, де призми слабо поглинають світло, зображення спектральних ліній у спектрографі виходять яскравими. У спектрографах з дифракційними гратами останні виконують дві функції: розкладають випромінювання у спектр і фокусують колірні складові на фотоматеріал; такі прилади застосовують і в ультрафіолетовій ділянці.

РЕФЕРАТ

" Оптичні прилади"

1. Світлофільтри

За допомогою світлофільтрів зазвичай відокремлюють одну частину спектра від інших. Це означає, що підшукують світлофільтр з різкою межею поглинання як з боку довгохвильової частини спектра, так і короткохвильової. Жовті або червоні фільтри мають різко спадаючу в короткохвильовій частині спектра абсорбційну криву. З їх допомогою можна відсікти короткохвильову частину спектра практично з будь-якого бажаного місця. Фільтри такого роду є у продажу; можна замовити бажану абсорбційну характеристику та отримати фільтр, що має відповідні властивості. Значно важче отримати за допомогою пофарбованих скляних фільтрів абсорбційну криву, що різко спадає в довгохвильовій частині спектра, якщо висуваються високі вимоги до однорідності скла. В цьому випадку застосовують желатинові фільтри, забарвлені органічними барвниками. Деякі вказівки щодо виготовлення таких світлофільтрів даються нижче.

Вузьку область спектра можна виділити за допомогою комбінації фільтрів Шотта. Для цієї мети дуже вигідно застосовувати інтерференційні фільтри. Вони відрізняються високим ступенем прозорості та вузькою областю пропускання. За допомогою інтерференційних фільтрів дуже зручно виділяти певні лінії лінійних спектрів спектральних ламп. Шляхом послідовного застосування двох або декількох інтерференційних фільтрів одного типу можна значно послабити пропущений фон. Інтерференційні фільтри виготовляються з максимумом пропускання від л=225 ліг до інфрачервоної області. Виготовлення фільтрів для ультрафіолетової частини спектру в даний час ще пов'язане з низкою труднощів. Останнім часом у продажу з'явилися інтерференційні фільтри для країв спектру та окремих ліній. Шляхом різних комбінацій таких фільтрів можна отримати будь-яку задану спектральну смугу пропускання.

Інтерференційні фільтри найкраще купувати. Намагатися виготовити такий фільтр самостійно немає сенсу.

При застосуванні інтерференційних фільтрів треба мати на увазі, що їхня проникність змінюється зі зміною напрямку падаючих променів. Інтерференційні фільтри в потоці променів нагріваються мало, оскільки вони мають невелике поглинання. Енергія, що не пройшла через фільтр, відбивається. Тому необхідно вживати заходів, що унеможливлюють шкідливий вплив відбитих променів. Скляні фільтри, що мають велике поглинання, при інтенсивному опроміненні сильно нагріваються, їх крива поглинання змінюється. Спектральна межа червоних фільтрів із підвищенням температури зміщується в червону область спектру. У зв'язку з цим згадаємо, що межа спектру пропускання гарячої кварцової колби ртутної лампи високого тиску лежить в області довжин хвиль > 254 ммк.

Барвники вводять у розчини желатину, які висушують на скляних пластинках. Рецепти 41 фільтра желатину опубліковані Ходжменом. Нижче ми даємо деякі з них. Скляні пластинки попередньо необхідно очищати за допомогою розчинів їдкого натру у воді та дворомовокислого калію у сірчаній кислоті; желатину зважується, протягом години миється у холодній поді та розминається. Потім беруть на 20 г. сухої желатини 300 см 3 води, розчиняють її при температурі 40° З фільтрують. Цей розчин желатини нагрівається до 45°, змішується з фарбою і за допомогою піпетки наливається на скляну пластинку, очищену, як зазначено; пластинку попередньо встановлюють горизонтально та захищають від пилу. Дві платівки, приготовані таким чином, після висихання склеюють канадським бальзамом.

Розчин желатини, якщо до нього додати цукор, краще прилипне до скла. Для дезінфікування желатинового розчину придатний тимол: невеликий шматочок цієї речовини, що нагадує камфару, впадає в розчин. Як основна підкладка, можна застосовувати «хромову желатину»: до 100 см 3 1% розчину желатину додається. см 3 5% розчину хромових галунів.

Однак виготовлення хорошого фільтра вимагає все ж таки налгЬ чия відомих знань у галузі спеціальних властивостей барвників і знання певних прийомів роботи з ними; Слід думати, що Э.Дж. Уолл мав рацію, коли він взагалі відмовився від самостійного виготовлення подібних кольорових фільтрів. Тож у кожному разі необхідно передусім докладно ознайомитися з монографіями з цього питання зазначеного автора чи монографією Вейгерта. Відносно всіх світлофільтрів, у яких барвник розчинений у желатині, є небезпека, що їх колір протягом декількох місяців або років зміниться, особливо якщо шар приклеєний канадським бальзамом і якщо фільтр тривалий час залишався на світлі. Кольорові желатинові плівки випускаються у продаж поряд фірм.

Можна рекомендувати і так звані монохроматичні фільтри,що виділяють зі спектру смуги майже однакової ширини, що примикають один до одного. Існують два сорти монохроматичних фільтрів: для ширших і для вужчих областей спектра. Якщо область пропускання звужується, зменшується і максимальне значення пропускання – кілька відсотків. Монохроматичні фільтри можна успішно застосовувати для усунення розсіяного світла в простих монохроматорах.

Для сірого скла крива пропускання, взагалі кажучи, не виявляє залежності від довжини хвилі. За межами червоної частини ступінь прозорості здебільшого різко збільшується. Цю властивість треба мати на увазі при застосуванні такого скла, наприклад, у формі клина як ослаблювача в спектральному апараті. Селективність сірого фільтра набуває великого значення при дуже щільних фільтрах. Сірі фільтри, одержані фотографічним шляхом, порівняно мало селективні. На жаль, вони в більшості випадків трохи розсіюють світло, тому при вживанні цих фільтрів розсіяні промені можуть викликати додатковий світловий ефект.

Значно простіше виготовляти рідкі фільтри. Фарбувальний розчин наливають у ванну із плоскопаралельними стінками. Дуже підходять для цієї мети циліндричні скляні судини, що згадувалися на стор. 111, – на кінцях яких приплавлені плоскопаралельні пластинки; збоку в посудину впаюється відросток наповнення його рідиною. Широко відомі судини Лейбол'да;щодо них, як і щодо виготовлення маленьких кювет, див. Вейгерт. Рідкі фільтри з кількох цілком певних поміщених один за одним шарів можна порівняно легко складати за допомогою відповідних кювет.

Для заповнення рідких фільтрів особливо підходять пофарбовані неорганічні солі, оскільки вони виявляють повну світлостійкість.

Наступні вказівки взято з роботи Гібсона,

4400 А: 5% водний розчин залізосинєродистого калію,

5000 А: 6% водний розчин дворомовокислого калію,»

6000 А: пластинки зі скла, пофарбованого закисом міді, або з рубцевого скла,

780: йод у сірковуглецю,

8200 А: ебоніт; проникність пластинки завтовшки 0,3 ммпри 1 лк 37%, при 2 мк 61%.

Нижче наводяться дані про різні інфрачервоні фільтри. Ці фільтри, як і численні барвники, досліджував Меркельбах області від 0,6 до 2,8 мк.

Другий клас

Фільтри з певною довгохвильовою межею проникності: шар води завтовшки 1 див.Проникність при л = 1 мк 80%, при л = 1,5 лек 0%.

57 г. сірчанокислої міді на. 1 літр води, товщина шару 1 див.Розчин пропускає при л = 5800 80%, починаючи від л = 7500 А в бік довгих хвиль непрозорий.

Напівнасичений водний розчин хлористого заліза пропускає при товщині шару 10 мм: при л = 0,7 мк 40%, при л=0,8 JitK 5%, при л=0, та мк 0%. На жаль, розчин малостійкий. Скло BG 19 фірми Шотт при товщині 2 ммпропускає: при л=0,55 мк 90%, при л=0,7 мк 50% і при л від 0,9 до 2,8 jukменше 5% падаючого на нього світла.

Червоне світло поглинається сильніше, ніж короткохвильовий синьо-зеленим фільтром зазначеної вище фірми, а також берлінською блакиттю.

Фільтри для спеціальних цілей

Якщо за методом, запропонованим Пфундом, обробити целулоїдні плівочки парами селену, виходить чорний шар, який, як показали Барнес і Бонер, разом з кварцовою пластинкою товщиною 0,7 ммпропускає промені лише з довжиною хвиль понад 40 ліг. У роботі наведені криві поглинання між 1 і 120 JitK.

Золоті шари, проникність яких для зеленого світла становить 73%, виключають, за даними Кішфалуді, червоні та інфрачервоні промені.

Для більшості випадків дуже підходять три фільтри, запропоновані Р.В. Вудом: шар розчину наступного

Склад: 10 мгнітрозодіметиланіліну на 100 мл води, товщиною 5 мм; цей фільтр непроникний для променів з довжиною хвилі від 5000 до 3700 А і проникний для довжин хвиль від 3700 до 2000 А. При тривалому зберіганні розчин стає непроникним для ультрафіолетових променів без зміни свого забарвлення. Тонкий срібний шар проникний для променів з довжиною хвилі від 3400 до 3100 А. Крива проникності цього шару є дзеркальним зображенням кривої його відображення світла. Для виготовлення такого фільтра сріблять кварцову пластинку, домагаючись шару такої товщини, щоб при спостереженні через його Сонце уявлялося синім диском, а обриси будинків на тлі світлого неба вже не були б видно. На шар срібла накладають кільце з фільтрувального паперу, просоченого оцтовокислим свинцем; на це кільце потім накладається кварцова пластинка. У такому вигляді фільтр зберігається багато місяців.

Вуднишел також, що дуже тонкі шари лужних металів, вже зовсім непрозорі для "видимого" світла, пропускають короткохвильове світло. Такий шар можна отримати випаровуванням дуже ретельно очищеного лужного металу; , Але її не можна вважати простою. Над цим фільтром продовжували працювати О"Брайен, а також Уотстон і Харст. Кордони проникності лежать для

Cs при 4400 Rb 3600 К 3150 Na 2100 Li залишається до 1400 А непрозорим.

Дреслер та Рікк описали світлофільтр, який дозволяє відносну спектральну чутливість селенового фотоелемента майже повністю наблизити до чутливості нашого ока.

Не рекомендується самому виготовляти такий світлофільтр, його слід придбати у готовому вигляді, тому що для кожного фотоелемента потрібен спеціальний спеціальний підбір світлофільтру. Крім того, рекомендується періодично контролювати точність роботи установки.

Щодо вузьку область біля будь-якої цієї довжини вовці можна виділити відомим фільтром Христіапсена. Один такий фільтр для довжин хвиль від 3 до 90 мккоротко описаний Барнесом та Боннером. Раніше виділення необхідної області довжин хвиль користувалися зміною температури кюветки з розчином; Ейє застосовує розчин бромо- та йодортутних сполук калію та барію, відносно нечутливий до зміни температури. За даними автора змінювати область спектру, що виділяється можна, підбираючи відповідну концентрацію розчину. Якщо виділення окремих ліній у спектрі ртутної лампи користуються рідкими фільтрами, самостійно складеними, можна рекомендувати описані далі комбінації фільтрів. Ці комбінації застосовні як і, як фільтри, додаткові до інтерференційним. ■

Жовтий дублет 5790/69 А можна виділити, якщо спектр ртутної лампи пропустити через шар майже насиченого розчину дворомовокислого калію товщиною 5 див.

Зелена лінія 5461 А. У кюветці, наповненій водою, розчиняють таку кількість тартразину, яка необхідна для того, щоб сині лінії зникли; для контролю користуються кишеньковим спектроскопом. Жовтий дублет усувається шляхом додавання азотнокислого неодиму, що є у продажу. Розчин майже необмежено стійкий. Фільтр чудово підходить для спектроскопічних та поляриметричних досліджень, а також для мікрофотографії. Можна також застосувати дидимове скло, яке, однак, обходиться досить дорого, тому що потрібно шар товщиною до 2 див.

Група ліній 4358–4347 Змішують 8 гсірчанокислого хініну з 100 см 3 дистильованої води і додають по краплях розведену сірчану кислоту до тих пір, поки не розчиниться пухкий шар білого осаду, що випав спочатку; його розчинення відбувається раптово. Шар цієї рідини завтовшки 2 сму поєднанні із звичайним кобальтовим склом пропускає, крім зазначеної вище групи ліній, лише сліди зеленої лінії. Якщо останнє небажано, то розчин додають ще пемпого родаміну В. Так як розчин сірчанокислого хініну буріє після довгої дії світла, то Пфунд рекомендує розчин азотисто-кислого натрію товщиною шару 12 мм;його прозорість становить для 4358 65%, а для 4047 1%.

Ще краще для цієї мети підходить, мабуть, нещодавно запропонована Санні та його співробітниками суміш 6% розчину нітробензолу у спирті з 0,01% «розаміном 56 екстра»; її шар товщиною 1 смпропускає лінію 4358 А, зате сусідні лінії послаблює до 0,1%; необхідно вказати, що цей світлофільтр трохи чутливий до дії світла.

Для лінії 3125 А Бекстрем коротко описав наступний фільтр: розчин з 14 г. сірчанокислого нікелю та 10 г. сірчанокислого кобальту на 100 см*дистильованої води; цей світлофільтр пропускає при шарі товщиною 3 см 3,5% лінії 3342 А, зате 96% лінії 3125 А; він є прозорим мінімум до 2300 А. Якщо до цього розчину додати ще 45 г. безводного кислого фталату калію, який добре поглинає короткі хвилі, інтенсивність вже сусідньої лінії 3023 А послаблюється до 0,1%, у той час як для лінії 3125 А зберігається висока проникність. Простим, проте не дуже добрим поглиначем є срібна кварцова платівка.

Для виділення лінії 2536 А можна по Ольденбергу користуватися кварцовою колбою діаметром 40 мм,наповненою хлором до тиску приблизно 6 атм.Лінія 4358 А ще сильно послаблюватиметься, але довгохвильові лінії - навряд.

Користуючись скляними фільтрами та звичайними спектральними лампами, що є у продажу, можна виділяти лінії, що майже рівномірно розташовані на всьому протязі спектру. На противагу рідким фільтрам, скляний фільтр має ту перевагу, що він майже безмежно стійкий. У довіднику з фізики та хімії Д"Анса та Лакса наведені комбінації фільтрів та відповідних їм спектральних ламп.

Для видимого та ультрафіолетового світла хороші результати дають прозорі металеві шари платини, родію, сурми, відкладені випаром на кварцові пластинки.

Тейсинг і Геберт виготовили за допомогою витонченого прийому сірий фільтр, поглинання якого в області довжин хвиль між 3000 А і 2,3 мкпрактично є постійним. Для цього вони на один шар, поглинання якого зменшується при зменшенні довжин хвиль відклали другий шар, поглинання якого змінюється в протилежному напрямку.

Поляризаційні плівки, які тепер виготовляються різними фірмами, при схрещеному положенні можна застосовувати як нейтральний фільтр змінної прозорості. У багатьох випадках із великим успіхом замість поляризаційних призм використовуються поляризаційні плівки. При схрещеному положенні найкращі з них зменшують яскравість світла у сотні разів. У порівнянні з поляризаційними призмами вони мають перевагу більшого поля зору. Плівки можна виготовити майже безмежного розміру. Іноді виникають труднощі внаслідок необхідності забезпечити їхню теплостійкість. Від дії вологи поляризатори можна надійно захищати, якщо це взагалі необхідно, вклеюючи їх між скляними дисками.

З одного боку, виробництво поляризаційних фільтрів такого типу, з іншого боку, виготовлення плівок із подвійним заломленням спонукають до проектування ротаційно-дисперсійних світлофільтрів. Цей вид фільтрів багато років тому описав Р.В. Вуд при розділенні компонентів лінії натрії; світлофільтри такого типу потім розроблялися Лайотом, Ехманом, Регієм та Хаазе. Фільтр з отвором Лайотом пропускав у зеленій частині смужку в 2 А ширини при прозорості 13%, а в червоній частині – 3 А при 24%.

2. Дзеркальні поверхні

А) Метали

Результати дуже численних експериментальних досліджень у цій галузі призводять до таких якісних висновків. При великих довжинах хвиль, кілька мікронів, більшість металів відбиває від 90 і майже 100% падаючого світла. Від 15 мкдо майже 4000 А срібло за відбивною здатністю перевершує всі інші метали; в інфрачервоній області до 8500 А золото відбиває так само, як і срібло. Дуже хорошим відбивачем у довгохвильовій області є також латунь. Результати таких робіт представлені графічно на рис.

Відбивна здатність срібла та алюмінію

Відомо, що із зменшенням довжин хвиль відбивна здатність всіх металів сильно зменшується, за винятком кремнію. Дзеркальний метал,або так званий сплав Брешира, що застосовується особливо для відбивних дифракційних ґрат, складається з 68% міді та 32% олова. За даними Пфунда в області Лаймана найкраще відображає кварц, найгірше – дзеркальний метал.

Б) Шари, що зменшують відображення

Шари, що усувають або зменшують відображення, в даний час широко застосовуються в оптиці. Методи нанесення тонких шарів, наприклад, магнію, кальцію або фтористого літію стали дуже досконалими технічно. У технічній оптиці вже починають застосовуватися багатошарові покриття, що усувають відбиток. Значно збільшено також міцність шарів. Насамперед, шари, обложені з газової фази, мають практично твердість скла, вони майже неруйнівні. Методи осадження шарів із газової фази були розвинені Геффкеном. Зменшення відображення таких шарах дуже значно. Коефіцієнт відбиття від них невеликою мірою залежить від довжини хвилі і має значення від 0,2 до 1% . При застосуванні багатошарових покриттів залежність відбиття від довжини хвилі зменшується. Можуть бути також отримані дзеркала з великою здатністю, що відбиває, і незначним поглинанням. Для цього, однак, необхідне парне число шарів.

У табл. вказані прозорість і розсіювання світла оптичною системою, що складається з деякого числа поверхонь, у припущенні, що на кожній поверхні відбивається з =5% або Q 1 =I % падаючого на неї світла. Як і слід очікувати, виграш за рахунок зменшення відображення при двох поверхнях незначний, але при збільшенні їх числа він стає настільки великим, що, наприклад, при 30 поверхнях шкідливе розсіяне світло за рахунок відносного підвищення проникності втричі зменшується майже в шість разів.

3. Мікроскоп та його приладдя, особливо термічних работ

мікроскоп, тобто. освітлювальний пристрій, окуляр і об'єктив, є одним з широко застосовуваних приладів. Вкажемо ще на деяку додаткову апаратуру, наприклад, камеру для роботи при низьких температурах; в цьому випадку об'єкт розташовується в плоскій камері, через яку протікає сухий газ, що пройшов через ванну холодильну. Для роботи при температурах між – 130 та – і кристалів.

При мікроскопічному спостереженні фазових переходів, процесів плавлення або утворення монокристалів при високих температурах маленькі проби речовини можуть бути в деяких випадках поміщені на U-подібну металеву стрічку, що нагрівається електричним способом. Ця стрічка, зроблена зі сплаву 60% Pt -) - 40% Rh, служить мікропіччю. Стрічка має розміри: товщина 0,01 мм, ширина 8 мм, довжина бокових сторін 10 мм, відстань між ними 1,2 мм; повітря у цій печі нагрівається до температури понад 1800 ° С; ця температура може зберігатися тривалий час. Температура може бути визначена за графіком залежності від струму розжарення, точки якого отримані як відомі температури плавлення певних речовин. Нижче перераховуються придатні для цієї мети речовини та вказуються їх температури плавлення:

K 2 SO 4 CaO -MgO -2Si 0 2 BaO -2Si 0 2 CaO Al 2 O s ^SiO 2 суміш 15% MgO і 85% SiO 2 . У методі, запропонованому Ордвеєм, крапля розплаву утримується капілярними силами на поверхні термоелемента Pt-PtRh, що нагрівається змінним струмом високої частоти. Постійна напруга на нагрітому термоелементі використовується для вимірювання температури. Ланцюг вимірювання температури повинен бути але всій довжині термоелемента захищений фільтрами від впливу змінної напруги. Абсолютна помилка вимірювання температури при 1420° дорівнює 5°. У методі Велика ланцюг вимірювання температури і ланцюг нагрівача повністю розділені. Термоелемент нагрівається однією напівхвильою 50-періодного змінного струму. Під час другої напівхвилі термоелемент для визначення термо ЕРС підключається до схеми компенсації.

Для металомікроскопії при високих температурах є. заводські нагрівальні столи. Вони мають вакуумщільні судини, в яких невеликий полірований шматочок досліджуваного металу нагрівають у високому вакуумі або захисній атмосфері і спостерігають процес зміни його поверхні з температурою.

Установка для досліджень із поляризаційним мікроскопом при низьких температурах. Схема камери-приставки до поляризаційного мікроскопа.J– об'єктив мікроскопа, 2 – пробкове кільце,3 – порожня платівка з припаяною латунною трубкою4, опущеної в посудину 6 з рідким повітрям 5,7 – термоелемент,S- Срібне металеве дзеркало,9 - Камера з охолодженим повітрям,Яп - товстостінна латунна трубка,і- Скляна трубка,12 - кожух для трубкию, 13- Додатковий нагрівач,14 -порцелянова трубка,15 – платівка з припаяною латунною трубкою16, опущеної в посудину з рідким повітрям17, 18 - Нагрівач, 19 - Діоар, 20 – пробкове кільце,21 - Кільцеподібна пластинка, що підтримується предметним столиком мікроскопа22.

Стан об'єктив – об'єкт не може бути меншим за 2,5–3 мм, то за нормальних об'єктивів максимально досяжне збільшення вбирається у 250–300. Огляд розвитку металографічних методів та отриманих ними результатів дає Рейнахер 18). Пфейффер описує саморобний нагрівальний стіл для дослідження сплавів, що легко окислюються, за допомогою мікроскопа. Нагрівач поміщений на підлозі кварцовому тримачі, укладеному в скляний кожух з водяним охолодженням; тримач закритий шліфом із плавленого кварцу з приплавленою до нього кварцовою шайбою. Пекти нагрівача складається з двох сплавлених разом трубочок Аl Оз, через які проходять платинові дроти. . Для вимірювання температури зразка, вміщеного в піч, служить термоелемент. Струмопідвідні дроти та дроти термоелемента вплавлені в скло для забезпечення герметичності з'єднання.

Дуже швидко удосконалюються методи ослаблення відбиття. Ослаблення відображення досягається тим, що або змінюється хімічний склад прикордонного шару лінз, або на них наноситься шар з іншим показником заломлення.

Останнім часом дуже швидко прогресує інфрачервона мікроскопія, в якій застосовують відбивні мікроскопи. Великих успіхів в оцінці нерівностей на поверхнях досягнуто завдяки мікроскопам із фазовим контрастом. В ультрафіолетовому мікроскопі також успішно застосовується метод фазового контрасту.

Простий мікроманіпулятор складається з рами з двома розташованими під прямим кутом дерев'яними планками, які з'єднуються з мікроскопом та забезпечують можливість переміщення прикріплених до них мікроголок, мікропіпеток та мікроелектродів.

Вакуумний нагрівальний стіл за Пфейффером

Оптичне випромінювання є електромагнітними хвилями, тому оптика - частина загального вчення про електромагнітне поле. Оптичний діапазон довжин хвиль охоплює близько 20 октав і обмежений, з одного боку, рентгенівськими променями, з другого - мікрохвильовим діапазоном радіовипромінювання. Таке обмеження умовно і значною мірою визначається спільністю технічних засобів та методів дослідження явищ у зазначеному діапазоні. Для цих засобів і методів характерні засновані на хвильових властивостях випромінювання формування зображень оптичних предметів за допомогою приладів, лінійні розміри яких набагато більші за довжину хвилі випромінювання, а також використання приймачів світла, дія яких заснована на його квантових властивостях.

Також оптика - розділ фізики, що вивчає властивості та фізичну природу світла, а також його взаємодію з речовиною. Вчення про світло прийнято ділити на три частини:

Геометрична або променева оптика, в основі якої лежить уявлення про світлові промені;

Хвильова оптика, що вивчає явища, у яких виявляються хвильові властивості світла;

Квантова оптика, що вивчає взаємодію світла з речовиною, при якій проявляються корпускулярні властивості світла.

Геометрична оптика – це розділ оптики, що вивчає закони поширення світла у прозорих середовищах та відображення світла від дзеркальних або напівпрозорих поверхонь.

Основні закони геометричної оптики: закон прямолінійного поширення світла, закон відображення та заломлення світла, закон незалежності світлових пучків, дзеркальне та дифузне відображення, закон незалежності світлових пучків.

Хвильова оптика - вивчає явища, у яких проявляється хвильові властивості світла. Інтерференція – одне із двох шляхів перенесення енергії у просторі. Це відбувається при взаємодії двох і більше хвиль однакової частоти, що поширюються у різних напрямках. При зустрічі двох хвиль у протифазі – спостерігається штиль, мертва точка – деструктивна інтерференція; при збігу по фазі – подвоювання амплітуди – конструктивна інтерференція. На основі цього явища створено інтерферометр: один промінь розбивається на два синфазні промені. Зміщення інтерференційної картини дозволяє відстежувати положення променя.

Дифракція – основу лежить принцип Гюйгенса, тобто. кожна точка на шляху розповсюдження променя може бути новим джерелом вторинних хвиль.

Квантова оптика – розділ оптики, вивчає явища, у яких проявляється корпускулярна природа світла. Одна з головних проблем: опис взаємодії світла з речовиною з огляду на квантову природу об'єкта, а також дослідження світла в спеціальних природних умовах.

Оптоелектроніка – важлива самостійною областю функціональної електроніки та мікроелектроніки. Оптоелектронний прилад - це пристрій, в якому при обробці інформації відбувається перетворення електричних сигналів на оптичні і назад.

Істотна особливість оптоелектронних пристроїв у тому, що елементи у яких оптично пов'язані, а електрично ізольовані друг від друга.

Оптоелектроніка охоплює два основні незалежні напрямки – оптичний та електронно-оптичний.

Оптичний напрямок ґрунтується на ефектах взаємодії твердого тіла з електромагнітним випромінюванням. Воно спирається на голографію, фотохімію, електрооптику та інші явища. Оптичний напрямок іноді називають лазерним.

Електронно-оптичний напрямок використовує принцип фотоелектричного перетворення, що реалізується у твердому тілі за допомогою внутрішнього фотоефекту, з одного боку, та електролюмінесценцією, з іншого. В основі цього напряму лежить заміна гальванічних та магнітних зв'язків у традиційних електронних ланцюгах оптичними. Це дозволяє підвищити щільність інформації в каналі зв'язку, його швидкодію, схибленість.

Оптрон - електронний прилад, що складається з випромінювача світла (зазвичай - світлодіод, в ранніх виробах - мініатюрна лампа розжарювання) та фотоприймача (біполярних та польових фототранзисторів, фотодіодів, фото тиристорів, фоторезисторів), пов'язаних оптичним каналом і як правило об'єднаних загалом.

Принцип роботи оптрона полягає в перетворенні електричного сигналу на світло, його передачі оптичним каналом і подальшому перетворенні назад в електричний сигнал.

Рис.1. Оптрон із внутрішнім (а) та зовнішніми (б) фотонними зв'язками: 1, 6 – джерела світла; 2 – світловод; 3, 4 – приймачі світла; 5 – підсилювач.

Основним елементом оптоелектроніки є оптрон (див. рис. 1).