2. Расчёт конструктивных параметров линзы

Определение фокусного расстояния:

где n— показатель преломления стекла;

R₁, R₂— радиусы кривизны поверхностей линзы;

d— толщина линзы по оси.

Определение фокальных отрезков

где S_F’— заднее вершинное фокусное расстояние;

S_F— переднее вершинное фокусное расстояние.

3.Требования к материалу и показатели качества

Основным материалом для изготовления оптических деталей является оптическое стекло, в меньшей мере применяется техническое стекло, оптические кристаллы, ситаллы, прозрачны пластмассы и др.

Качество изображения, создаваемого оптическим прибором, находится в прямой зависимости от качества материала, из которого изготовлены составляющие его оптические узлы и детали. В зависимости от задач, решаемых прибором в целом, а также его отдельными элементами, к заготовкам оптических деталей предъявляют вполне определенные требования.

Оптическое бесцветное неорганическое стекло в заготовках размером (диаметром или наибольшей стороной) не более 500мм нормируется по следующим параметрам: показателю преломления , средней дисперсии, однородности партии заготовок по показателю преломления, однородности партии заготовок по средней дисперсии, оптической однородности, двойному лучепреломлению, радиационно-оптической устойчивости (стекла серии 100), показателю ослабления, бессвильности, пузырности.

3.1. Оптические свойства

Показатель преломления и средняя дисперсия нормируются пятью категориями качества с допустимыми отклонениями ∆и ∆() (табл.3.1). Допуски наимогут быть расширены по сравнению с расчетными при условии ограничения отклонений по этим показателям для заготовки внутри одной партии.

Таблица 3.1.

Категории стекла для показателя преломления и средней дисперсии

Категория	1	2	3	4	5
±Δne·10-4	2	3	5	10	20
±Δ(nF’-nC’)·10-5	2	3	5	10	20

В этом случае фактические значения иучитываются при комплектовании оптических деталей системы, а необходимое количество выходных параметров сохраняется путем коррекции геометрических размеров линз: толщины, радиусов кривизны или воздушных промежутков между линзами.

Под однородностью партии по показателю преломления и дисперсии понимается одинаковость их значений у всех заготовок партий. По однородности партии заготовок по показателю преломления установлено четыре класса (А,Б,В,Г), по однородности по средней дисперсии—два класса (В и Г) (табл. 3.2).

Таблица 3.2

Классы стекла для показателя преломления и средней дисперсии

Класс	А	Б	В	Г
±Δne·10-4	0,2	0,5	1,0	в пределах задан- ной категории
±Δ(nF’-nC’)·10-5	-	-	1,0

Оптическая однородность показателя преломления характеризуется постоянством показателя преломления по всему объёму заготовки и оценивается двумя системами в зависимости от размеров.

Для заготовок размером не более 250 мм установлено пять категорий оптической однородности (табл.3.3), характеризуемых разрешающей способностью при длине волны оптического излучения λ=0,55 мкм. Разрешающая способность стекла определяется отношением угла разрешения φ коллиматорной установки, в параллельный пучок лучей которой введена заготовка стекла, к углу разрешения φ₀ самой установки.

Таблица 3.3

Категории оптической однородности стекла

Категория	1	2	3	4	5
Отношение φ/ φ0, не более	1,0	1,0	1,1	1,2	1,5

Для заготовок размером более 250 мм установлено также пять категорий оптической однородности, характеризуемых тремя коэффициентами: К_ф, обусловленным неоднородностью показателя преломления, возникающей в процессе отжига стекла; ΔК, обусловленным асимметричным относительно оси заготовок расположением неоднородностей показателя преломления, возникающих в процессе отжига стекла; К_x, обусловленным неоднородностью показателя преломления, возникающей в процессе варки и разделки стекломассы.

Двойное лучепреломление является показателем качества отжига стекла, который характеризуется разностью хода (в нм на 1см пути) двух лучей, на которые разделится падающий луч под действием остаточных напряжений при прохождении в толще стекла в направлении наибольшего размера. Допускаемое двойное лучепреломление нормируется пятью категориями (табл. 3.4).

Таблица 3.4

Категории по двойному лучепреломлению

Категория	1	2	3	4	5
Наибольшая разность хода, нм/см	2	6	10	20	50

У заготовок малого размера двойное лучепреломление не оказывает существенного влияния на качество изображения. Двойное лучепреломление появляется из-за напряжений, возникающих в стекле при его охлаждении. Оно может быть значительно уменьшено отжигом стекла. При определенных условиях отжига между оптической однородностью стекла и двойным лучепреломлением имеется соответствие, которое контроль оптической однородности крупных заготовок позволяет выполнять по двойному лучепреломлению. При этом абсолютные значения краевого двойного лучепреломления не так существенны, как их осевая симметрия.

Показатель ослабления ε_A, есть величина, обратная расстоянию, на котором поток излучения от источника (электрические лампы накаливания при цветовой температуре тела накала 2850±50 К) ослабляется в результате поглощения и рассеяния в стекле в 10 раз. Установлено 8 категорий допускаемых значений показателя ослабления (табл.3.5).

Таблица 3.5

Категории по показателю ослабления

Категория	1	2	3	4	5	6
εA[1/см]	0,0002 -0,0004	0,0005 -0,0009	0,0010 -0,0017	0,0018 -0,0025	0,0026 -0,0035	0,0036 -0,0045

Категория	7	8
εA[1/см]	0,0046 -0,0066	0,0066 -0,0130

Свили являются резко выраженными локальными оптическими неоднородностями стекла. Они представляют собой прозрачные нитевидные или слоистые включения, имеющие показатель преломления, отличный от показателя преломления основной массы стекла. Присутствие в стекле свилей снижает качество изображения. Класс бессвильности стекла характеризуется отсутствием видимых включений различного рода при просмотре стекла при определенных условиях в одном (А) или двух (Б) взаимно перпендикулярных направлениях. Установлены две категории бессвильности. При просмотре стекла на установке, градуированной по контрольным образцам свилей, соответствующим первой и второй категориям бессвильности, свили не должны обнаруживаться (ГОСТ 3521-69). Стекло, бессвильное в двух взаимно перпендикулярных направлениях, бессвильно и в любом другом направлении.

Мелкие и крупные нитевидные одиночные свили не оказывают влияния на технологию обработки заготовки. Свили в виде слоев вызывают астигматизм поверхности. В местах выхода на поверхность узловых или одиночных свилей возникают местные ошибки.

Пузырьки нормируют из-за видимости их в поле зрения прибора в случае их расположения в фокальной плоскости изображения; появления размытых пятен, если пузыри расположены вблизи этой плоскости; экранируемого действия большого числа пузырей и увеличения числа диффузно рассеянного света.

Пузырность нормируется диаметром наибольшего пузыря, допускаемого в заготовке при просмотре ее при определенных условиях (ГОСТ 3522-69). Установлено 11 категорий пузырности. Предельные значения диаметров пузырей для всех категорий лежат в пределах от 0,002 до 5,0 мм. Камни кристаллы и головки узловых свилей приравнивают к пузырям. Камни, сопровождающиеся трещинами, в заготовках не допускаются.

Присутствие на поверхности вскрывшихся пузырей и тем более их скоплений исключают возможность получения поверхностей высоких классов чистоты. Крупные пузыри вызывают появления вокруг них местных ям на поверхности. Они затрудняют чистку поверхностей, нанесение на них покрытий высокого качества. Соединение склеиванием или оптическим контактом.