“Оптичні прилади”

Оптичні прилади – це пристрої, в яких випромінювання будь якої області спектру (ультрафіолетового, видимого, інфрачервоного) перетворюється (пропускається, відбивається, заломлюється, поляризується). Віддаючи данину історичній традиції, оптичними зазвичай називають прилади, що працюють у видимому світлі. При первинній оцінці якості приладу розглядаються лише основні його характеристики: здатність концентрувати випромінювання – світлосила; здатність розрізняти сусідні деталі зображення – роздільна сила; співвідношення розмірів предмета і його зображення – збільшення. Для багатьох приладів визначальною характеристикою виявляється поле зору – кут, під яким з центру приладу видно крайні точки предмета.

Роздільна сила. Здатність приладу розрізняти дві близькі точки або лінії обумовлена??хвильової природою світла. Чисельне значення роздільної сили, 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 їх центрами радіусу першого темного кільця їх дифракційної картини.

Збільшення. Якщо предмет довжиною H перпендикулярний оптичної осі системи, а довжина його зображення H, то збільшення m визначається за формулою m = H/H. Збільшення залежить

від фокусних відстаней і 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 й розгляданні його через прилад.

При бажанні створити якісний оптичний прилад слід оптимізувати набір його основних характеристик – світлосили, роздільної здатності і збільшення. Не можна зробити, наприклад, хороший телескоп, домагаючись лише великого видимого збільшення і залишаючи малою світлосилу. У нього буде поганий дозвіл, так як він прямо залежить від світлосили.

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

Мікроскопи. Якщо розглядати через позитивну лінзу (лінзу, яка збирає) предмет, розташований за лінзою в межах її фокусної точки, то видно збільшене уявне зображення предмета. Така лінза представляє собою найпростіший мікроскоп і називається лупою або збільшувальним склом. Для користування лупою треба підбирати найкращу відстань від ока до лінзи. Для різних людей ця відстань різна. Тому що здібності до акомодації у всіх людей різні, з віком вони погіршуються; прийнято вважати 25 см відстанню найкращого зору нормального ока. У полі зору одиночної позитивної лінзи при видаленні від її осі різкість зображення швидко погіршується через поперечні спотворення. Хоча і бувають лупи із збільшенням в 20 крат, типова їх кратність від 5 до 10. Збільшення складного мікроскопа, іменованого зазвичай просто мікроскопом, доходить до 2000 крат.

Телескопи. Телескоп збільшує видимі розміри віддалених предметів. У схему найпростішого телескопа входять дві позитивні лінзи. Промені від віддаленого предмета, паралельні осі телескопа, збираються в задньому фокусі першої лінзи (об’єктива). Друга лінза (окуляр) вилучена від фокальної площини об’єктиву на свою фокусну відстань, і промені виходять з неї знову паралельно осі системи. Деякий промінь, що виходить не з тих точок предмета, звідки прийшли інші промені, падає під кутом до осі телескопа, проходить через передній фокус об’єктива і після нього йде паралельно осі системи. Окуляр направляє його в свій задній фокус. Оскільки відстань від переднього фокуса об’єктива до ока спостерігача дуже маленька в порівнянні з відстанню до предмета, то досягається незвичайне збільшення предмета, який знаходиться на великій відстані. Цікаво те, що у астрономічних телескопах зображення залишається перевернутим; в телескопах для спостережень за наземними об’єктами застосовують обертаючу систему, щоб розглядати нормальні, а не перевернуті зображення. У обертаючу систему можуть входити додаткові лінзи або, як в біноклях, призми.

Біноклі. Бінокулярний телескоп, звичайно іменований біноклем, являє собою компактний прилад для спостережень обома очима одночасно; його збільшення, як правило, від 6 до 10 крат. У біноклях використовують пару обертаючих систем (найчастіше – Порро), в кожну з яких входять дві прямокутні призми (найчастіше під кутом 45 °), орієнтовані назустріч прямокутними гранями. Щоб отримати велике збільшення в широкому полі зору, вільному від аберацій об’єктива і значний кут огляду (6°-9°), біноклю необхідний дуже якісний окуляр, більш досконалий, ніж у телескопі з вузьким кутом зору. У окулярі бінокля передбачене фокусування зображення, причому з корекцією зору, – його шкала розмічена в діоптріях. Крім того, в біноклі положення окуляра підлаштовується під відстань між очима спостерігача. Зазвичай біноклі маркуються відповідно з їх збільшенням (у Кратах) і діаметром об’єктива (в міліметрах), наприклад, 8х40 або 7х50.

Оптичні приціли. В якості оптичного прицілу можна застосувати будь який телескоп для наземних спостережень, якщо в площині його простору зображень завдати чіткі мітки (сітки, марки), що відповідають заданим призначенням. Типова схема більшості військових оптичних установок така, при якій об’єктив телескопа відкрито дивиться на ціль, а окуляр знаходиться в укритті. Така схема вимагає зламу оптичної осі прицілу і застосування призм для її зміщення; ці ж призми перетворюють перевернуте зображення в пряме. Системи зі зміщенням оптичної осі називаються перископічними. Зазвичай оптичний приціл розраховується так, що зіниця його виходу віддалена від останньої поверхні окуляра на відстань, достатню для оберігання очей навідника від ударів об край телескопа при віддачі зброї.

Далекоміри. Оптичні далекоміри, за допомогою яких вимірюють відстані до об’єктів, бувають двох типів: монокулярні і стереоскопічні. Хоча вони різняться конструктивними деталями, основна частина оптичної схеми у них однакова і принцип дії один: за відомою стороною (базою) і двом відомим кутам трикутника визначається невідома його сторона. Два паралельно орієнтованих телескопа, рознесених на відстань, будують зображення одного і того ж віддаленого об’єкта так, що він здається спостережуваним з них у різних напрямках (базою може служити і розмір мітки). Якщо за допомогою якого-небудь прийнятного оптичного пристрою поєднати поля зображень обох телескопів так, щоб їх можна було розглядати водночас, виявиться, що відповідні зображення предмета просторово рознесені. Існують далекоміри не тільки з повним накладенням полів, а й з половинним: верхня половина простору зображень одного телескопа об’єднується з нижньою половиною простору зображень іншого. У таких приладах за допомогою відповідного оптичного елемента проводиться суміщення просторово рознесених зображень і за відносним зрушенням зображень визначається вимірювана величина. Часто у якості елемента, який зрушує зображення, служить призма або комбінація призм. У схемі монокулярного далекоміра, що цю функцію виконує призма. Вона пов’язана зі шкалою, проградуїрованою у вимірюваних відстанях до об’єкта. Пентапризми використовуються як відбивачі світла під прямим кутом, оскільки такі призми завжди відхиляють падаючий світловий пучок на 90°, незалежно від точності їх установки в горизонтальній площині приладу. Зображення, створювані двома телескопами, в стереоскопічному далекомірі спостерігач бачить відразу обома очима. База такого далекоміра дозволяє спостерігачеві сприймати положення об’єкту об’ємно, на деякій глибині в просторі. У кожному телескопі є сітка з марками, відповідними значенням дальності. Спостерігач бачить шкалу відстаней, яка відмірює у глиб зображуваного простору, і по ній визначає відстань до об’єкта.

Освітлювальні й проекційні прилади. Прожектори. В оптичній схемі прожектора джерело світла, наприклад кратер дугового електричного розряду, знаходиться у фокусі параболічного відбивача. Промені, що виходять з усіх крапок дуги, відображаються параболічним дзеркалом майже паралельно одна одній. Пучок променів трохи розходиться тому, що джерелом служить не крапка, яка світиться, а обсяг кінцевого розміру.

Діаскоп. У оптичну схему цього приладу, призначеного для перегляду діапозитивів і прозорих кольорових кадрів, входять дві лінзові системи: конденсор і проекційний об’єктив. Конденсор рівномірно освітлює прозорий оригінал, направляючи промені в проекційний об’єктив, який будує зображення оригіналу на екрані. У проекційному об’єктиві передбачається фокусування і заміна його лінз, що дозволяє міняти відстань до екрану і розміри зображення на ньому. Оптична схема кінопроектора така ж.

Спектральні прилади. Основним елементом спектрального приладу може бути дисперсійна призма або дифракційна решітка. В такому приладі світло спочатку формується в пучок паралельних променів, потім розкладається в спектр, і, нарешті, зображення вхідної щілини приладу фокусується на його вихідну щілину по кожній довжині хвилі спектру.

Спектрометр. У цьому більш-менш універсальному лабораторному приладі формуюча і фокусуюча системи можуть повертатися відносно центру столика, на якому розташований елемент, який розкладає світло в спектр. На приладі є шкали для відліку кутів повороту, наприклад дисперсійної призми, і кутів відхилення різних колірних складових спектра. За результатами таких відліків вимірюються, наприклад, показники заломлення прозорих твердих тіл.

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

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (No Ratings Yet)
Loading...
“Оптичні прилади”