Линзы. - Номенклатура и основы организации производства оптических деталей. Спецобработка оптических деталей

Самой распространенной оптической деталью является линза (от немецкого слова "линзе" - чечевица). Линзой называют оптическую деталь, ограниченную двумя преломляющими поверхностями 1 и 2 (рис. 1.4), одна из которых может быть плоской.

виды линз

Рис. 1. Виды линз

В большинстве случаев линзы ограничены сферическими поверхностями. Линзы могут быть следующих видов: а -- двояковыпуклая, б -- плосковыпуклая, в -- мениск положительный (толщина в центре линзы больше, чем па краю), г -- двояковогнутая, д -- плосковогнутая, е -- мениск отрицательный (толщина линзы в. центре меньше, чем на краю). Линзы видов а, б, в (см. рис. 1) называют положительными или собирающими. У них толщина в центре больше, чем на краю. Линзы видов г, д, е называют отрицательными или рассеивающими. У них толщина в центре меньше, чем на краю.

Линза ограничена также нерабочей цилиндрической поверхностью, ось которой является геометрической осью линзы. Прямую, соединяющую центры С1 и С2 сферических поверхностей линзы (см. рис. 1), или перпендикуляр, опущенный из центра С1 сферы па плоскую поверхность линзы называют оптической осью линзы. Световой луч, проходящий через линзу по оптической оси, не преломляется. Линзу, у которой оптическая и геометрическая оси не совпадают, называют нецентрированной.

Положительная линза собирает падающие на нее параллельные лучи света в одну точку (рис. 2,а). Эта точка лежит на оптической оси и называется главным фокусом линзы F'. Отрицательная линза рассеивает падающие на нее параллельные лучи (рис. 2,6). Если рассеянные линзой лучи продолжить в противоположном направлении, то они сойдутся в фокусе линзы F'.

У положительных линз главный фокус действительный, а у отрицательных - мнимый, так как в нем пересекаются продолжения лучей, а не сами лучи.

Положение главного фокуса относительно линзы оказывает существенное влияние на характер получаемого с помощью линзы изображения и принимается за одну из важнейших характеристик линзы.

Величину характеризующую оптические свойства линзы и равную обратному значению главного фокусного расстояния f, называют оптической силой линзы D=1/f'.

ход лучей в линзах

Рис. 2. Ход лучей в линзах

Единица измерения оптической силы -- диоптрия, которая будет у линзы, имеющей главное фокусное расстояние, равное одному метру. Оптическая сила собирающей линзы положительна, а рассеивающей - отрицательная.

Оптическая сила линзы определяется радиусами кривизны ее сферических поверхностей R1,R2 и показателем преломления материала линзы n:

D?(n--l)(l/R1 + l/R2).

Для выпуклых поверхностей величина радиуса берется со знаком " + ", а для вогнутых со знаком " - ". Для плоских поверхностей R = ?.

Растр.

Оптическую деталь, состоящую из большого числа малых линзовых или зеркальных элементов, имеющих - оптическую силу, называют растром. Применение растров в оптических системах привело к созданию разнообразных оптических приборов с совершенно новыми характеристиками. Известны растровые окуляры, объективы, телескопические системы. Простейшей растровой оптической системой, фокусирующей лучи, является линза Френеля, состоящая из кольцевых преломляющих участков.

Пластины.

Пластиной называют оптическую деталь, ограниченную двумя плоскими и параллельными друг другу поверхностями. Пластины применяют в оптических приборах в качестве защитных, покровных и выравнивающих стекол. Пластины из цветных стекол, а также из стекол, имеющих специальные покрытия, используют в качестве светофильтров -- деталей, которые пропускают только свет определенной длины волны.

Если на пластину нанесены штрихи (линии соответствующей формы, цифры или условные знаки), то такую пластину называют сеткой, шкалой или мирой. Их используют для измерения линейных и угловых величин, а также в процессе наблюдения объектов через приборы. Пластины имеют круглую, прямоугольную или любую другую форму.

Зеркала.

плоские зеркала

Рис. 3 . Плоские зеркала

Зеркалом называют оптическую деталь, ограниченную одной отражающей поверхностью. Эта поверхность может быть плоской, сферической и асферической, т. е. отличающейся от сферы. Зеркало может быть с наружным (рис. 3, а) и внутренним отражением (рис. 3,6). В первом случае луч не проходит через материал зеркала -- наружное отражение света; во втором -- луч проходит через материал зеркала, поэтому поверхность, проводящая луч, должна быть полированной. В первом случае материал может быть как прозрачным, так и непрозрачным; во втором только прозрачным. На прозрачные материалы для улучшения отражения света наносят зеркальные покрытия (на рис. 3 показаны штриховой линией). Эти покрытия представляют собой тонкие слои металлов или диэлектриков.

Призмы.

Призмой называют оптическую деталь с плоскими преломляющими и отражающими поверхностями, образующими между собой двугранные углы. Если угол между преломляющими поверхностями составляет менее 5°, то такую оптическую деталь называют клином.

Призмы разделяют на преломляющие, предназначенные для разложения (дисперсии) света, и отражательные -- для изменения направления оптической оси прибора, оборачивания изображения и разделения пучков лучей.

Отражательные призмы обозначают двумя буквами и числом градусов в угле, на который отклоняется луч после прохождения призмы. Первая буква указывает число отражающих граней: А -- одну, Б -- две, В -- три. Вторая буква характеризует геометрию призмы: Р -- равнобедренная, П -- пента, С -- ромбическая. "Крышу" условно считают за одну грань и обозначают буквой "к" после первой буквы.

Прямоугольная призма с одной отражающей гранью АР-90 (рис. 4, а) изменяет направление хода лучей на 90О и дает зер-кальное изображение предмета. На рис. 4 стрелочками показано положение предмета и его изображение. Прямоугольная призма с двумя отражающими гранями БР-180 (рис. 4,б) изменяет направление хода лучей на 180°, сохраняя вид изображения. Призма-ромб из двух параллельных преломляющих и двух параллельных отражающих граней БС-0 (рис. 4, в) не изменяет вида изображения и сохраняет направление хода лучей, но смещает при этом оптическую ось системы. Призма Дове, или призма прямого видения из двух преломляющих и одной отражающей граней АР-0 (рис. 4, г), дает зеркальное изображение предмета без изменения хода лучей. Прямоугольная призма с одной отражающей. гранью "крышей" (гипотенузная грань заменена двумя гранями -- "крышей" с прямым углом между ними) АкР-90 (рис. 4, д) изменяет направление хода лучей на 90° и полностью оборачивает изображение -- сверху вниз и слева направо. Пентапризма БП-90 (рис. 4,е) изменяет ход лучей на 90° и дает прямое изображе-ние. Отражающие грани имеют зеркальное покрытие, так как углы падения на них меньше угла полного внутреннего отражения.

типы призм

Рис. 4. Типы призм

Принцип действия большинства призм основан на явлении полного внутреннего отражения. На границе двух сред свет, падающий под углом i1, частично отражается под углом i2 и частично проходит в другую среду с преломлением под углом i1' (рис. 6) и при достижении определенного i, он полностью отражается, что нашло применение при конструировании призм с отражающими гранями без покрытий и созданию деталей (рис 7.) обеспечивающих прохождение лучей без потерь на большие расстояния.

полное внутреннее рис. 7. оптический световод отражение

Рис. 6. Полное внутреннее Рис. 7. Оптический световод отражение

При некотором угле падения iN угол преломления становится равным i'1 = 90°, т. е. луч не проходит во вторую среду. Такое явление, при котором свет, падающий на поверхность раздела двух прозрачных сред из оптически более плотной среды, полностью отражается от этой поверхности, называют полным внутренним отражением

Похожие статьи




Линзы. - Номенклатура и основы организации производства оптических деталей. Спецобработка оптических деталей

Предыдущая | Следующая