Объективы

Контроль качества и юстировка объективов телескопических систем. Качество объектива телескопической системы определяется пределом разрешения и качеством изображения точечного источника света. Пределом разрешения объектива называют наименьшее угловое расстояние между точками ил линиями, которые объектив воспроизводит раздельно. Объективы телескопических систем имеют малое угловое поле зрения, поэтому качество изображения таких приборов Контролируют в центре поля объектива. Короткофокусные объективы проверяют на оптической скамье, схема которой проведена на рисунке 20.1.

К

Рисунок 20.1 – Схема оптической скамьи для контроля объективов телескопических приборов

онтролируемый объектив 3 устанавливают в держатель, опорная плоскость которого перпендикулярна оси коллиматора 2, а посадочный диаметр сосен с оптической осью коллиматора. Диаметр Лиз коллиматорного объектива не должен быть меньше диаметра зрачка входа проверяемого объектива, а в фокусное расстояние коллиматора в 2 – 3 раза должно превышать фокусное расстояние испытуемого объектива.

Предел разрешения объектива определяют по изображению штриховой миры 1, образуемому контролируемым объективом и наблюдаемому в микроскоп 4.

Теоретический угловой предел разрешения объектива в радианах, определяемый дифракцией света, вычисляют по формуле:

где λ – длина волны света в мм; D – диаметр зрачка входа объектива в мм.

При наблюдении в зеленом свете (λ = 0,56 нм) предел разрешения в угловых секундах

(20.1)

В

Рисунок 20.2 – Штриховая мира

следствие остаточных аберрации и дефектов изготовления и сборки реальный предел разрешения объективов составляет (1,1 – 1,2)α, где α вычислен по формуле 20.1.

Для определения предел разрешения объектива в фокальную плоскость коллиматора устанавливают штриховую таблицу-миру (рисунок 20.2), состоящую из черно-белых штрихов, нанесенных фотопутем на стеклянной пластинке. Ширина штриха зависит от размера миры.

При определении предела разрешения объектива изображение миры, образуемое испытуемым объективом 4 (рисунок 20.1), рассматривает с помощью микроскопа 4 (рисунок 20.1)_: Увеличение микроскопа должно быть таким, чтобы расстояние между штрихами 25-го элемента в изображении миры было больше предела разрешения глаза, вооруженного мпкроскопом. Апертура микрбобъектива должна превышать апертуру испытуемого объектива Изображение миры рассматривают от крупных штрихов к мелким. Последний элемент, в которой раздельно различают штрихи всех четырех направлений, определяет предел разрешения объектива.

Предел разрешения объектива – число линий на 1 мм – рассчитывают по формуле

(20.2)

В угловой мере предел разрешений определяют, как

где а – ширина штриха предельно разрешенного элемента миры; f_об – фокусное расстояние объектива; f_к – фокусное расстояние коллиматора; коэффициент 206265 – число угловых секунд в одном радиане.

5. Отражение, поглощение и пропускание света стеклом. Химические и физические свойства стекла.

Отражение, поглощение и пропускание света стеклом. Луч, падающий на стекло, претерпевает ослабление вследствие отражения и поглощения света стеклом. Потери света на отражение характеризуется коэффициентом отражения (это отношение падающего света к количеству отраженного). Коэффициент отражения увеличивается с увеличением показателя преломления, с увеличения угла падения лучей на поверхность, зависит от качества обработки поверхности детали. Поглощение характеризуется коэффициентом светопоглощения (отношение потока белого света поглощенного стеклом на пути 1 см к потоку вначале этого пути). Для уменьшения поглощения, так как она мешает яркости изображения, стараются не вводить окрашивающие стекло компоненты, и материал горшка попадал в стекломассу по минимуму. В зависимости от значения коэффициента поглощения стекло делится на 5 категорий. Пропускание стекла характеризуется коэффициентом светопоглощения (отношение светового потока прошедшего через образец к падающему световому потоку). Этот коэффициент можно определить на фотометре с точностью до 5%. Коэффициент светопропускания уменьшается при воздействии радиоактивных излучений при этом стекла окрашиваются и темнеют.

Оптическое стекло обладает существенным недостатком: малой прозрачностью для больших длин волн вне видимого диапазона (УФ и ИК). Для деталей, работающих в ИК и УФ диапазонах, используется специальные стекла либо оптические кристаллы.

Химические свойства. Химической устойчивостью стекла называют его способность противостоять разрушающему действию воды, растворов солей, влаги и газов атмосферы, а также действию растворов различных химических реагентов. ХУ зависит от его химического состава и от природы действующего агента. Так, например, стекло, устойчивое против действия воды или растворов кислот, может быть неустойчиво против действия щелочных растворов некоторых солей. Разрушение стекла проявляется по-разному: иногда в виде ирризирующей тонкой пленки на поверхности, иногда в виде капельного налета, белесоватых пятен и т.п. ХУ стекол повышается в десятки раз после обработки их поверхности кислотой. Если затем прогреть стекло до температуры 400–450°, то поверхностная кремнеземная пленка уплотнится и ХУ стекла еще более возрастет. Испытание ХУ стекла производят различными методами в зависимости от требований, предъявляемых к стеклу. ХУ оптического стекла характеризуется двумя, не зависящими друг от друга, показателями: устойчивостью к действию влажной атмосферы (налетоопасностью); устойчивостью к действию кислых водных растворов (пятнаемостью). Налетоопасность. При воздействии атмосферной влаги на стекло образуются едкие щелочи и карбонаты. Они постепенно накапливаются на поверхности стекла и вследствие гигроскопичности образуют на ней мельчайшие капли концентрированных растворов щелочи и щелочных карбонатов. Это капельно-нежировой или гигроскопический налет. В зависимости от влажности и температуры налет высыхает или вновь образуется. В условиях жаркого климата налеты бывают настолько обильны, что совершенно выводят прибор из строя. Капельный налет является основным видом брака оптических деталей, возникающего во время их хранения. Налеты удаляются чисткой, а иногда и переполировкой поверхности стекла. Налетоопасность определяется временем в сутках, необходимым для образования на поверхности стекла капельно-гигроскопического налета, видимого в микроскоп при восьмидесятикратном увеличении. Капельные жировые налеты представляют собой мельчайшие капельки жира на поверхности стекла. Под влиянием влаги воздуха капельки жира со временем увеличиваются в объеме, и через некоторое время вся поверхность стекла покрывается налетом – скоплением капелек. Легко удаляется органическими растворителями. Биологический налет представляет собой плесень и водоросли на поверхности стекла, споры которых почти всегда присутствуют в воздухе. Обычно возникает у краев детали, соприкасающихся с оправой, прокладками и т.п. Присутствие в приборе органических веществ (бумаги, картона, пробки) способствует разрастанию плесени. Выделяемые плесенью продукты имеют кислую реакцию, и поэтому стекло под плесенью слегка разрушается. Одна из основных причин – высокая влажность воздуха. Пятнаемость. При действии на силикатное стекло воды или растворов кислот образующиеся в результате гидролиза соли переходят с поверхности стекла в раствор. На поверхности стекла появляются отдельные участки – пятна, совершенно прозрачные в проходящем свете, но при рассматривании под некоторым углом в отраженном свете отливающие радужными цветами. Пятна являются результатом местных изменений состава стекла и создания на поверхности стекла участков, покрытых слоем веществ с другим, чем у стекла показателем преломления. Пятна образуются во время обработки стекла, например, при полировке, в процессе сборки прибора и при его хранении. Пятнаемость определяется временем в часах, необходимым для образования на свежеполированной поверхности образца под действием 0,1 н раствор уксусной кислоты при температуре 80° пленки оптической толщиной 135 нм. Состав стекла существенно влияет на его ХУ к пятнающим агентам. Она определяется содержанием в стекле кремнезема, борного ангидрида и суммарным количеством оксидов металлов. Увеличение содержания кремнезема в стекле повышает его ХУ, а щелочные оксиды существенно понижают ее. Желательна замена щелочных оксидов оксидами двух-, трех и четырехвалентных элементов.

Механические и термические свойства стекла по сравнению с оптическими свойствами и химической устойчивостью являются второстепенными для оптического стекла.

Физические свойства. Плотность стекла имеет значение при расчете веса различных конструкций. Зависит от химического состава стекол и изменяется в широких пределах (от 2,36 для стекла марки К-1 до 6 для самого тяжелого флинта). С повышением температуры плотность стекол уменьшается и соответственно увеличивается удельный объем, который возрастает пропорционально температуре; в области размягчения стекла происходит более быстрое нарастание удельного объема. При измерении плотности пользуются обычно флотационным методом или методом гидростатического взвешивания.

Прочность стекол. Предел прочности стекла при растяжении небольшой – от 3,5 до 8,5 кг/мм². Поэтому некоторые тонкие оптические детали, например отрицательные мениски, деформируются при закреплении их в оправе. Предел прочности стекла при сжатии приблизительно в 15-20 раз выше, чем при растяжении: от 50 до 200 кг/мм³. Прочность стекла зависит от химического состава. Повышают прочность стекол CaO и B2O3, BaO, PbO, Al2O3, а понижают – щелочные оксиды.

Твердость стекол – свойство материалов, определяемое их способностью сопротивляться царапанью. Твердость определяет производительность многих процессов обработки стекла. Чем тверже стекло, тем медленнее оно обрабатывается. Оптическое стекло характеризуют относительной твердостью по сошлифовыванию. Она определяется отношением объема стекла, сошлифованного в стандартных условиях с образца стекла марки К-8, к объему стекла, сошлифованному в аналогичных условиях с образца стекла данной марки. Значение относительной твердости по сошлифовыванию для оптических стекол изменяется от 0,5 (стекла БФ-8 и ТФ-3) до 1,0 (стекла К-2, К-3, К-8, БК-3).

Хрупкость стекол является большим их недостатком. У стекла разрушение наступает сразу же после достижения предела упругой деформации. Сопротивление действию мгновенной нагрузки (удару) у стекол невелико.

Термические свойства. В соответствии с ГОСТ 3514-94 термические свойства оптического стекла характеризуются: ТКЛР (температурным коэффициентом линейного расширения); температурными приращениями показателя преломления в области температур отжига и в области ниже температур отжига; температурой спекания.

ТКЛР (α) определяется как среднее относительное удлинение стеклянного стержня при повышении температуры на 1°, измеренное в определенном интервале температур. Для оптических стекол средние значения α в области 20-120° лежат в пределах от 69·10^-7 до 100·10^-7, а в области 20-420° – от 69·10^-7 до 128·10^-7.

Температурное приращение (α_n) показателя преломления в области температур отжига определяется средним приращением показателя преломления стекла для λ = 546,1 нм (ртутная линия спектра) при медленном повышении температуры на 1° в области температур отжига. Значения αn изменяются в зависимости от состава стекла от 14·10^-6 (стекло КФ-3) до 70·10^-6 (стекло ТК-7). Температурное приращение (β_n) показателя преломления в области ниже температуры отжига определяется средним приращением показателя преломления стекла для λ = 546,1 нм (ртутная линия спектра) при повышении температуры на 1° в области ниже температур отжига. Значения β_n стекол также зависят от их состава и изменяются в пределах от 0,7·10^-6 (стекло К-9) до 9,7·10^-6 (стекло ТФ-5).

Температура спекания определяется температурой, при которой начинается спекание двух образцов стекла 20х20х10 мм, положенных друг на друга полированными поверхностями и нагреваемых со скоростью 2° с 1 минуту. Наименьшую температуру спекания (500°) имеет стекол ТФ-3, наибольшую (710°) – стекло ТК-3.

Билет № 9