Элементы и детали оптических приборов

гармонике ( λ=514 нм), гелий-аргоновых ( λ= 488 нм), полупроводниковых и др.

Технический уровень систем с использованием голографических решений постоянно повышается и получает широкое практическое применения. Однако обостряющаяся конкуренция между ведущими компаниями требует больших затрат времени и материальных вложений, связанных с совершенствованием собственных установок в основном в области оптических компонентов. Но небольшим фирмам, в которых, как правило, нет штатных специалистов-оптиков высокой квалификации, это подчас не по силам [30]. Такие тенденции подтверждают преимущества тех специалистов, которые владеют навыками решения подобных задач по оптимизации конструкции оптических приборов.

Вданном курсовом проекте будут подробно рассмотрены этапы проектирования небольшого механизма для юстировки положения прямоугольной призмы в голографической установке.

2.2.Назначение и основные характеристики призмы АР-90

Всоответствии с заданием на курсовое проектирование необходимо разработать механизм юстировки для призмы АР-

90 .

Призмой называют оптическую деталь, ограниченную плоскими преломляющими и отражающими поверхностями, образующими двугранные и трёхгранные углы. В зависимости от изменения хода луча в оптической системе призмы делят на

преломляющие и отражательные [31].

Данная призма относится к отражательным элементам. Любая отражательная призма может служить для изменения направления оптической оси (ломаные трубы), в том числе параллельного смещения оси системы; оборачивания изображения; разделения или соединения пучков лучей; изменения направления линий визирования; вращения

31

изображения или компенсации его поворота; изменения расстояния между осями окуляров в бинокулярных системах.

По сравнению с зеркалами отражательные призмы имеют ряд преимуществ:

углы между отражающими поверхностями призм неизменны, тогда как углы между зеркалами могут изменяться под действием механических и термических воздействий;

простота крепления; отсутствие потерь в случае полного внутреннего

отражения на гранях.

Прямоугольная призма АР-90º (рис. 2.1,а), имеет одну отражательную грань ВС и отклоняет луч на 90º от первоначального направления, создавая при этом зеркальное изображение (рис. 2.1, б). Главное сечение призмы – это равнобедренный треугольник. Призма развертывается в плоскопараллельную пластину перпендикулярную оптической оси.

Основные конструктивные параметры призмы определяются по формулам:

a = D; с = 1,414 D; l = D,

где с – длина отражательной гипотенузной грани; l – геометрическая длина хода лучей в призме.

Определим предельный угол падения излучения на входную грань АВ призмы при условии, что излучение будет испытывать полное внутреннее отражение на грани ВС, а материалом

32

ε – угол падения на входную грань призмы; εПВО – предельный угол полного внутреннего отражения.

Значение угла εПВО рассчитаем по формуле (1.2):

a

Рис.2.1. Оптические и конструктивные параметры призмы АР-90º:

а– основные геометрические размеры детали;

б– схема преобразования изображения

ПВО arcsin(1/ n1) arcsin(1/1,5183)

Тогда подставив в выражение (2.1) значение для εПВО, получим

arcsin(1,5163sin(45 41,196)) 0,101 рад 5 47'.

Если угол падения излучения на входную грань призмы АВ окажется больше, чем рассчитанный угол ε, то на грань BC необходимо нанести отражающее покрытие, серебряное с защитой медью и лаком – например 25Р.3Е.72П, или алюминиевое, например 1И.72П. На входную грань АВ и на выходную АС

33

Для предотвращения боковых вторичных отражений на обе боковые грани призмы наносится светопоглощающее черное лакокрасочное покрытие, например: Эмаль ХС76«У»ГМ, чёрная ТУ 6-10-2136–88 [32].

Для исключения сколов и выколок на ребрах и углах необходимо предусмотреть технологические фаски. Исходя из ширины призмы b = a = 23,8 мм (см. рис. 2.1) и с учётом рекомендованных значений, приведённых в табл. 1.3, фаски на ребрах будут равны 0,5+0,3 мм, а на трёхгранных углах 1,5+0,5 мм.

Анализ информации, представленной в литературных и электронных интернет источниках, показал, что производители выпускают призмы АР-90º, удовлетворяющие следующим конструктивным, технологическим и экономическим параметрам

(табл.2.1–2.2).

Световой диаметр dCВ составляет 80 % от линейного размера. В зависимости от назначения и условий работы оптического прибора в качестве материала применяют крон K8 или кварц

34

марки КУ-1. Чистота рабочих поверхностей P при этом должна соответствовать III–IV классу.

Точность изготовления плоских поверхностей данной призмы задаётся либо в зависимости от рабочей длины волны λ (на предприятии ОАО «Вектор-Оптик» – плоскостность составляет λ/8), либо числом интерференционных колец N. На предприятии ОАО «Зенит» плоскостность выдерживается в

По конфигурации и геометрическим параметрам к призмам, аналогичным АР-90º, относится призма БР-180º, а также призменные системы Порро I и II рода, К-0º. Призма АР-90º может иметь несколько исполнений, которые будут определяться принципом работы оптического прибора.

2.3. Анализ оптических схем приборов, определение в них функционального назначения призмы АР-90º и описание существующих способов её крепления

Призма АР-90º является одной из самых распространённых в своем классе оптических деталей с точки зрения использования в конструкциях большинства оптико-механических и оптикоэлектронных приборов. Исходя из анализа различных оптических схем и с учетом функционального назначения призмы АР-90º, можно выделить следующие основные области её применения.

35

2.3.1. Бинокулярная насадка

Бинокулярная насадка используется в биологических микроскопах и приборах на их основе. Принцип её работы заключается в следующем. Система из трёх призм АР-90º и одной разновидности призмы БР-180º осуществляет разделение исходного светового пучка на два идентичных для снижения утомляемости глаз оператора и обеспечения комфортного наблюдения за изображением предмета в процессе работы.

Рассмотренная выше оптическая схема бинокулярной насадки, например модели ТРН-1 используется, в люминесцентных агрегатных микроскопах серии «ЛЮМАМ», предназначенных для изучения биологических объектов; при этом используется излучение определённой длины волны по методу светлого и тёмного поля (рис. 2.2) [35].

Бинокулярная насадка ТРН-1 применяется также в лабораторных поляризационных агрегатных микроскопах серии «ПОЛАМ-Л», получивших широкое распространение в геологии, минералогии, петрографии, стекольной промышленности, биологии и предназначенных для изучения прозрачных и непрозрачных анизотропных материалов (рис. 2.3) [35].

36

Рис. 2.2. Оптическая схема люминесцентного микроскопа ЛЮМАМ-72-Р3

37

Рис. 2.5. Узел крепления прямоугольной призмы с крышей АкР-90

призмодержателем:

1 – призма; 2 – корпус; 3 – установочные кольца;

4 – призмодержатель; 5 – стопорные винты

2.3.2. Окулярное или объективное колено

Окулярное или объективное колено применяется в стационарных и небольших переносных телескопах или медицинских приборах.

На рис. 2.6 показан узел крепления диагональной призмы

альтернатива плоскому зеркалу, установленному под углом 45и предназначенному для изменения направления главной оптической оси на угол 90 с целью удобства наблюдения изображения звёзд в окуляр телескопа, находящихся высоко над горизонтом.

В связи с тем что в процессе работы телескопа нет необходимости в дополнительных настройках и юстировке

40