Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. - Теория оптических систем (1060803), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В частном случае обеспечивается совпадение падающего луча и биссектрисы угла 79 дисперсии. Призмы 7 и 8 изготовляют из крона, призму 2 — из флинта (От = Ое, п, = пе). Из рис. 60, б при использовании условия прямого видения получается следующая зависимость между преломляющими углами и показателями преломления (призма 2 равнобедренная): Для призмы прямого видения значение угловой дисперсии не достигает максимума.
Призма Аббе (рис. 60, е) относится к призмам постоянного отклонения с углом в = 90'. Для уменьшения,поглощения призму с полным внутренним отражением выполняют из крона. На рис. 60, г показана система прямого видения из трех преломляющих призм.
Есин преломляющий угол 0 призмы мал (О < 6), то такую призму называют клином. Формула (120) при этом принимает следующий вид: е, = 0 соз е( + е(п е(. Используя равенство (121), получим з(п ее — — яп (м + О + + ет) = (а + О) соз ет + з1п е,. Из последних двух формул и формулы (118) получим значение угла отклонения луча клином в = 0 (п соз е;lсое е~ — !).
Если принять условие, что угол падения е, мал, откуда следует и малость угла преломления е;, то а = 0(п — !). (! 30) Клин, как и призма, имеет дисперсию и соответствующее ей угловое значение дисперсии. Из формулы (!30) следует, что угловое значение дисперсии клина бы = О бп. Например, для диапазона длин волн, границы которого соответствуют синему (г"') и красному (С') цветам, дмг о = О (пг— — по ), где пг — по — средняя дисперсия материала клина (ГОСТ 3514 — 76 и ГОСТ !3659 — 78). Оптические клинья в оптических системах используют в качестве компенсаторов при юстировке и измерениях.
Однако более часто клиновидность проявляется как ошибка, допущенная при изготовлении плоскопараллельных пластин, предварительная оценка влияния которой обеспечивает задание ее допустимого значения. Рассмотрим использование клина в качестве компенсатора. При вращении клина (рис. 6!) изображение осевой точки описывает окружность радиусом у', который зависит от значения угла отклонения в и от расстояния й между клином и плоскостью изображения: у' = й 1и в ж йа = й(п — 1) О.
К сожалению, движение изображения по окружности в целях измерения и компенсации использовать нельзя. Прямолинейное 80 движение изображени я с в достаточной степенью точности может быть обеспечено двумя одинаковыми клиньями, вращаемыми в проти- ву р 1 воположных направлениях на равные углы <р (рис. 62). наибольший суммарный Рис. 61. Вращение иаииа угол отклонения будет, очевидно, тогда, когда главные сечения клиньев лежат в одной плоскости. а преломляющие углы направлены в одну сторону1 сад, = 2са = 2 (и — 1) О. При вращении клиньев угол отклонения в рассматриваемой мер идиональной плоскости будет следующим' сад = сах, соз ~р = 2 (и — 1) 8 соз ~р.
С помощью, например, сферической тригонометрии доказывается, что горизонтальной (боковой) составляющей угла отклонения луча можно пренебречь. Прямолинейное движение изображения может быть получено также при поступательном перемещении клина по направлению падающего луча. В этом случае (рис. 63) перемещение клина из положения 1 в положение 2 на расстояние з вызывает смещение изображения: (131) Лу' = у( — уа —— з (и — 1) О Из формулы (131) следует, что перемещение г клина и смещение Лу' изображения прямо пропорциональны. Поступательно перемещающийся клин в отличие от вращающихся клиньев можно использовать в сходящихся пучках лучей. Для компенсации или измерения малых угловых или линейных величин пользуются парой вращающихся клиньев.
Большому углу поворота ~р соответствует малое изменение в положении преломленного луча. Поступательно перемещающийся клин, используемый для компенсации и измерения малых линейных величин, является менее точным. Рис. 62. Вращеиие двух иввиьев 6 ваиаааав н. и. 8! Рнс. 63. Поступательное перемещение Рнс. 64. Клин с переменным преломлнклина ющнм углом Клин с переменным преломляющим углом 6 может быть выполнен из двух линз: плосковыпуклой и вогнуто-плоской, составляющих плоскопараллельную пластину и подвижно соединенных так, как показано на рис. 64.
31, Световоды и волоконная оптика Стеклянный пруток круглого или другого сечения с полированными боковой поверхностью и торцами может быть использован в качестве световода для передачи световой энергии в труднодоступные полости без переноса теплоты от источника излучения. Световоды могут быть изогнуты в горячем состоянии с радиусами кривизны, равными 20 ... 50 их диаметрам, и в холодном состоянии с радиусами кривизны 200 ... 300 диаметров.- Луч, падающий на торец прутка (рис. 66), проходит сквозь него, претерпевая неоднократное полное внутреннее отражение от боковой поверхности. Для обеспечения лучших условий полного внутреннего отражения прутки изготовляют из тяжелых флинтов и покрывают оболочкой (изоляцией) из крона или металлическим отражающим слоем.
Характеристикой углового поля световодов являются апертурные углы ол и ол . Для входного торца 2а 2ол, для выходного 2го' = 2ол. Для определения апертурного угла ол, ограничивающего телесный угол для пучка лучей, полностью проходящих через Рнс. 66. Прохоащекке лучей в све- Рнс.
66. Схема длн определенкн апертуртоп роводе ного угла в световоде 82 световод, обратимся к рис. 66. Входной торец световода возьмем перпендикулярным к его оси. Показатель преломления волокна сердцевины л, больше, чем показатель преломления оболочки и„.
При полном внутреннем отражении луча от границы между волокном и изоляцией имеем: п,з1пев = и,, (132) Преломление на торце описывается формулой з1п оа = и, з!и е~. (133) Так как е( — — 90'+ а„то из формул (132) и (133) следует равенство для определения входного апертурного угла при п, = 1 (воздух): Если показатель преломления среды, в которой находится выходной торец световода, также равен единице (а, = 1), та выходной апертурный угол аа равен входному апертурному углу оА.
При пэ ) 1 получим л~ $1па = 5!п оа. Для передачи изображений используют многожильные свето- воды — пучки светопроводящих волокон. Наименьший диаметр волокна составляет 5 ... 6 мкм. При меньших диаметрах качество изображения ухудшается вследствие дифракции. Волокна в обблочках, уложенные параллельно испеченные, с отполированными торцами, лежащими в одной плоскости, обеспечивают передачу изображения с одного торца на другой. Разрешающая способность такого пучка волокон зависит от их диаметра и расстояния между ними. Надежно получаемой является разрешающая способность до 100 линий/мм.
При дальнейшем повышении разрешения снижаются и контраст, и яркость изображения. Из волоконных элементов делают следующие детали, передающие изображение: жесткие световоды, гибкие жгуты, диски, фоконные линзы, анаморфоты, преобразователи кольцо — линия и др. (61. Жесткие многожильные световоды, служащие для передачи изображения, используются в приборах, предназначенных для обзора и фотографирования стенок трубок, передачи изображений шкал и в качестве микроскопа-иглы.
Гибкие регулярные жгуты входят в состав гибких перископов и приборов для обследования внутренних органов человека. Оии представляют собой параллельно уложенные волокна, спеченные вблизи торцов. Применение гибких жгутов, выходной торец которых вытянут в виде узкой полосы шириной, равной диаметру волокна, обеспечивает высокоскоростную киносъемку с частотой 10' кадров/с.
Для обеспечения контактной фотопечати с выпуклых экранов кинескопа -или электронно-оптического преобразователя (ЭОП) зе 83 используют волоконные диски, одна поверхность которых вогнутая (примыкающая к экрану), вторая — плоская. Эгн диски содержат до полумиллиарда волокон и разрешают до 100 линий/мы при апертурном угле оа = 0,54. Фоконы и фоконные линзы имеют волокна с переменным сечением (конические), что обеспечивает изменение поперечного увеличения передаваемого изображения. Односторонняя опрессовка одного конца жесткого многожильного светопровода, гибкого жгута или фокона превращает их в анаморфот, сжимающий или ' растягивающий изображение в одном направлении. Формирование входного и выходного торцов многожильного световода позволяет создать преобразователь изображения, например, преобразователь кольцо — линия и т. п.
Для изготовления волоконной оптики применяются стекла следующих марок: для сердцевины — ТК16 (и, 1,6152); Ф8 (и, = 1,6291); ВС586 (и, 1,5893); ВС682 (л, 1,6855); для оболочки — В0488 (и, = 1,4898); В05!3 (л, 1,5150). 32. Линзы Френеля. Аксиконы. Оптические растры. Градиентные и дифракционные элементы 7ииэы Френеля представляют собой оптические детали со ступенчатой поверхностью (рис. 67).
Чем меньше расстояние между соседними ступеньками, тем точнее выполняется условие уменьшения остаточных аберраций при малой толщине линзы. Наименьшее достигнутое расстояние между ступеньками равно 0,05 мм. Ступеньки могут быть разграничены концентрическими, спиральными нли параллельными канавками и представляют собой в первых двух случаях участки конических или сферических поверхностей, а в третьем случае— участки плоскостей или цилиндрических поверхностей. Такие поверхности с малым шагом технологически возможно выполнить путем прессования из пластмасс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
