Для заготовок оптических деталей из стекла размером не более 250 мм ГОСТ 3514-76 устанавливает пять категорий оптической однородности, характеризуемых по изменению разрешающей способности стандартной измерительной установки на длине волны 0,55 мкм, табл.1.1. При этом изменение разрешающей способности определяется отношением угла φ разрешения коллиматорной установки по ГОСТ 3518-80, рис. 1.2. в параллельный пучок в который введен образец испытуемого стекла, к углу φо разрешения самой установки (без образца).
Оценка разрешающей способности осуществляется по изображению стандартных штриховых мир, рис 3.1. и точечной диафрагмы |4|. Степень различения штриховых элементов миры, пространственная частота которых изменяется по геометрической прогрессии, характеризует разрешающую способность системы. Качество изображения точечной диафрагмы характеризует общее качество изображения.
Стандартная коллиматорная установка для определения оптической однородности стекла, 1.2. состоит из коллиматора 1 и зрительной трубы 2 с фокусными расстояниями объективов 3 (f′к) и 4 (f′т), соответственно, в пределах 1000 - 1600 мм, но не менее 600 мм. Световые диаметры объективов 3 и 4 - не менее 60 мм при относительном отверстии не более 1:9. Осветитель 5 коллиматора 1 состоит из лампы накаливания 6 (типа СЦ61 или ртутная сверхвысокого давления типа ДРШ - 100, ДРШ - 250 и др.), конденсора 7 и зеленого светофильтра 8 (пластины цветного оптического стекла ЗСЗ, ЗС10, ЗС11 по ГОСТ 9411 - 75 толщиной 2 мм. Установка обеспечивается набором стандартных штриховых мир 9 №1...№5 и точечных диафрагм 10 с отверстиями диаметром 0,007 - 0,1 мм, а также набором диафрагм коллиматора 11 с диаметрами 50 - 150 мм.
Исследуемый образец (заготовку оптического стекла 12), имеющий форму плоского диска или параллелепипеда (диаметр или наибольшая сторона образца должны быть не более диаметра объектива коллиматора, но не менее 60 мм; клиновидность при работе без фильтра не более 2', при работе с фильтром - не более 1°), устанавливают в держателе (на столике) 13 в ходе параллельного пучка лучей между объективами коллиматора 3 и зрительной трубы 4. При этом диаметр диафрагмы 2 должен быть равен диаметру исследуемого образца 12.
Исследуемый образец может иметь шлифованные поверхности. Для измерений таких образцов применяют накладные полированные пластины (из стекла по 1-й категории однородности двулу-чепреломления, бессвильности), которые смачивают иммерсионной жидкостью и устанавливают на шлифованные поверхности образца. Показатель преломления иммерсионной жидкости должен быть близок к показателю преломления стекла измеряемого образца с точностью до 0,002.
Измерения оптической однородности стекла образца 12, (рис. 1.2.) проводят следующим образом.
При диаметре диафрагмы 2,равном диаметру образца 12, измеряют угол φо разрешения коллиматорной установки без образца. Затем вводят образец 12 в ход лучей установки и измеряют угол φ разрешения установки с введенным образцом.
Для измерения углов разрешения φо и φ наблюдают в окуляр зрительной трубы 2 изображение штриховой миры 9, см. Рис. 1.3. начиная с самой крупной (№ 5) и постепенно переходят к более мелким. Штриховая мира, рис. 1.3. представляет собой набор из 25 штриховых элементов, каждый из которых состоит из 4-х квадратов, заполненных темными и светлыми полосами. Расстояния между полосами каждого квадрата одинаковы, а расположены полосы в четырех направлениях под углами 45° относительно полос соседнего квадрата. Элемент миры считают разрешаемым, если при наблюдении его изображения в зрительную трубу раздельно видны, не сливаясь, полосы во всех четырех квадратах. Если хотя бы в одном направлении полосы сливаются, то весь данный элемент считают полностью неразрешимым.
Наблюдая в окуляр зрительной трубы последний из полностью разрешаемых элементов миры, считывают его номер. По номеру миры и номеру его разрешаемого элемента с помощью таблицы 1.2. определяют значение соответствующего угла разрешения φо или φ, а по отношению этих углов – К=φ/φо, устанавливают категорию оптической однородности стекла образца согласно таблице 1.1.
При измерениях образцов на их соответствие 1-й категории однородности, после измерения углов φо и φ (должно выполняться условие К=φ/φо=1), производят дополнительно просмотр изображения отверстия точечной диафрагмы 10, рисунок 1.2. устанавливаемой вместо миры 9. Сначала просматривают изображение диафрагмы без образца 12 через микроскоп 14, совмещая центр изображения диафрагмы 11 с центром поля зрения микроскопа и фокусируя микроскоп на резкое изображение диафрагмы. Затем устанавливают образец и 12 рассматривают изображение диафрагмы 2 с образцом без перефокусировки микроскопа. Для 1-й категории однородности стекла изображение точечной диафрагмы должно соответствовать требованиям, указанным в таблице 1.1.
Оптическая однородность стекла может быть проверена и для образцов в форме призм. Для этого зрительная труба 2, рисунок 1.2. должна иметь поворотное приспособление, обеспечивающее ее повороты на углы отклонения светового пучка призмой.
Таблица 1.1.
Категории оптической однородности заготовок из стекла зависимости от разрешающей способности.
| категория 1 1,0 Дифракционное изображение точечной миры должно состоять из круглого пятна, окруженного концентрическими кольцами, и не должно иметь разрывов, хвостов и заметного на глаз отклонения от круга 2 1,0 3 1,1 4 1,2 5 1,5 | Отношение К= φ/φо, не более |
| 1,0 Дифракционное изображение точечной миры должно состоять из круглого пятна, окруженного концентрическими кольцами, и не должно иметь разрывов, хвостов и заметного на глаз отклонения от круга | |
| 1,0 | |
| 1,1 | |
| 1,2 | |
| 1,5 |
Таблица 1.2.
Значения пределов разрешения оптических систем в зависимости от
разрешаемого элемента штриховой миры
______________ (для коллиматора с f'=1600мм)
| Номер миры и номер ее элемента | Угловое расстояние φ между серединами соседних полос | Номер мир и номер ее элемента | Угловое расстояние φ между серединами соседних полос |
| №1 14 №2 13 25 12 24 11 23 10 22 9 21 8 20 7 19 6 18 5 17 4 16 3 15 2 14 №3 1 13 25 №1 12 24 11 23 10 22 9 21 8 20 7 19 6 18 5 17 4 16 3 15 2 14 1 13 №2 №3 | 0,64″ 0,68″ 0,72″ 0,76″ 0,81″ 0,86″ 0,91″ 0,96″ 1,02″ 1,06″ 1,15″ 1,22″ 1,29″ 1,36″ 1,44″ 1,52″ 1,62″ 1,72″ 1,82″ 1,92″ 2,04″ 2,16″ 2,30″ 2,44″ 2,58″ 2,72″ 2,88″ 3,04″ 3,24″ 3,44″ 3,64″ 3,84″ 4,08″ 4,32″ 4,60″ 4,88″ 5,16″ | №3 №4 13 25 12 24 11 23 10 22 9 21 8 20 7 19 6 18 5 17 4 16 3 15 2 14 №5 1 13 25 №3 12 24 11 23 10 22 9 21 8 20 7 19 6 18 5 17 4 16 3 15 2 14 1 13 №4 12 №5 | 5,16″ 5,44″ 5,76″ 6,08″ 6,48″ 6,88″ 7,28″ 7,68″ 8,16″ 8,64″ 9,20″ 9,76″ 10,32″ 10,88″ 11,52″ 12,16″ 12,96″ 13,70″ 14,50″ 15,40″ 16,30″ 17,20″ 18,30″ 19,40″ 20,50″ 21,80″ 23,50″ 24,50″ 25,90″ 27,40″ 29,00″ 30,80″ 32,50″ 34,60″ 36,80″ 38,80″ 41,30″ |
Практическая часть
2.1. Перечень исходных документов, приборов, материалов.
Перед выполнением данной лабораторной работы на рабочем месте должны находиться:
Методические указания к лабораторной работе;
Собранная коллиматорная установка с набором мир, точечных и полевых диафрагм (диафрагм коллиматора);
Комплект образцов оптического стекла для измерений;
Промывочная жидкость (спирто-эфирная смесь СЭ-90 или спирт этиловый ректификат), пропиточный материал (хлопчатобумажные салфетки).
2.2. Порядок выполнения работы:
Изучить методические указания по выполнению работы, усвоить методику и порядок измерений (см. подраздел 1.3) и составить теоретическую часть отчета по работе.
Не включая установки, разобраться в назначении ее узлов и проверить соответствие схеме на рисунке 1.2.;
Проверить установку коллиматора и зрительной трубы на «бесконечность». При этом шкала продольных подвижек коллиматора должна быть на делении соответствующем установке миры в фокальную плоскость объектива коллиматора, а при включенном осветителе в окуляре зрительной трубы должно наблюдаться резкое изображение миры. В противном случае необходимо добиться резкого изображения миры продольными подвижками окуляра зрительной трубы.
Измерить величину φо фактического угла разрешения коллиматорной установки без образца по методике подраздела 1.3. При установке каждой миры (с №5 до №1) центр изображения должен быть совмещен с центром поля зрения окуляра зрительной трубы посредством ее котировочных винтов наклона и поворота.
Установить последовательно каждый из исследуемых образцов и измерить соответствующие величины углов φ разрешения установки с введенными образцами по методике подраздела 1.3.
Общее число измерений углов φ о и φ по каждому образцу должно соответствовать числу студентов, выполняющих данную работу, но составлять не менее 3-х измерений. В качестве окончательных значений φ иφо берутся средние арифметические значения полученных результатов, которые и заносятся в таблицу результатов, измерений формы табл.2.1.
Для каждого из измеренных образцов определить соответствующие ему значение К=φ/φ0 где φ и φ0 средние арифметические значения сделанных измерений. По найденному отношению К с помощью табл. 1.1 определить категорию оптической однородности данного образца. Результаты занести в табл.2.1.
Для образцов, имеющих К = 1, по указанию преподавателя произвести уточнение их принадлежности к 1-й или 2-й категории оптической однородности путем дополнительного исследования по изображению точечной диафрагмы согласно методике подраздела 1.3.
Содержание отчета.
Отчет по выполненной лабораторной работе должен содержать:
Основные положения теоретической части, включая цель, схемы и методики измерений, требования к основным элементам установки;
Порядок выполнения практической части работы; Таблицу результатов измерений формы табл.2.1; Краткие выводы по полученным результатам.
Таблица 2.1
Образец таблицы результатов экспериментальных измерений и определения оптической однородности, образцов стекла.
| №№ исследуемых образцов стекла | Углы разрешения установки | Отношение К =φ/φ0 | Категория однородности образца | |
| без образца φо″ | с образцом φ״ | |||
4. Контрольные вопросы
Что такое оптическая однородность стекла?
Каковы причины возникновения оптической неоднородности стекла?
В чем Вы видите пути возможного уменьшения оптической неоднородности заготовок оптического стекла? На какие показатели качества оптического прибора, как и за счет чего, оказывает влияние оптическая неоднородность его деталей?
Как нормируется оптическая однородность стекла, зачем введен
этот нормируемый показатель качества?
Какие данные используются при назначении требование по оптической однородности для отдельных деталей?
Почему требования к оптической однородности различных деталей могут быть различными?
На чем основана и в чем заключается методика измерений оптической однородности?
В чем особенность оценки оптической однородности стеклянных заготовок нормируемых по 1-й категории?
Перечислите порядок действий, выполненных Вами при измерениях оптической однородности образцов стекла. Может ли он быть измерен без ущерба для конечного результата измерений?
Каковы основные требования к узлам и элементам установки для измерений оптической однородности? Чем они обусловлены?
В чем состоит особенность измерения оптической однородности для шлифованных образцов? Для образцов в виде призм?
В чем отличие использованной Вами измерительной установки от стандартной, показанной на рис. 1.2 и описанной в подразделе 1.3?.
Список рекомендуемой литературы.
1. Зубаков В.Т., Семибратов М.Н.,Штандель С.К. Технология
оптических деталей / Под ред М.Н Семибратова. М.: Машинострое-
ние,1985. - 368 с. - с. 13-15, 31-38/
2. Справочник технолога – оптика / М.А. Окатов, Э.А. Антонов, А. Байгожин и др., Под ред. М.А. Окатова. – СПб. Политехника, 2004г., 679с.
3. Апенко М.И., Дубовик А. С. Прикладная оптика. М.:Наука
1971.-392с.-с.18-21.
4. Афанасьев В.А. Оптические измерения. М.: Высшая школа,
1981.-229с.-с.125-126.
5. ГОСТ 3514-94. Стекло оптическое бесцветное. Технические
условия. М.: Госстандарт. - 28с.
6. ГОСТ 3518-94. Стекло оптическое бесцветное. Метод определения оптической однородности на коллиматорной установке. М.:
Госстандарт. - 8с.