Dove si possono effettuare le misurazioni ottiche? Dispositivi ottici (3) - Abstract

ASTRATTO

" Dispositivi ottici"

1. Filtri luminosi

Con l'aiuto dei filtri luminosi, una parte dello spettro viene solitamente separata dalle altre. Ciò significa che stanno cercando un filtro della luce con un bordo di assorbimento netto sia dal lato della parte dello spettro a onde lunghe, sia dal lato delle onde corte. I filtri gialli o rossi hanno una curva di assorbimento che cade bruscamente nella parte dello spettro a lunghezza d'onda corta. Con il loro aiuto, puoi tagliare la parte dello spettro a lunghezza d'onda corta da quasi tutte le posizioni desiderate. Filtri di questo tipo sono disponibili in commercio; è possibile ordinare la caratteristica di assorbimento desiderata e ottenere un filtro con le proprietà appropriate. È molto più difficile ottenere, utilizzando filtri di vetro colorato, una curva di assorbimento che decada bruscamente nella parte dello spettro a lunga lunghezza d'onda, se si pongono requisiti elevati all'omogeneità del vetro. In questo caso vengono utilizzati filtri di gelatina tinti con coloranti organici. Di seguito vengono fornite alcune linee guida per la produzione di tali filtri.

Una regione ristretta dello spettro può essere isolata utilizzando una combinazione di filtri Schott. A questo scopo è molto vantaggioso utilizzare filtri interferenziali. Si distinguono per un elevato grado di trasparenza e un'area di trasmissione ristretta. Utilizzando i filtri interferenziali, è molto conveniente isolare determinate linee dagli spettri di linea delle lampade spettrali. Applicando successivamente due o più filtri interferenziali dello stesso tipo è possibile attenuare notevolmente il fondo trasmesso. I filtri interferenti sono prodotti con una trasmissione massima da n = 225 leghe nella regione dell'infrarosso. La produzione di filtri per la parte ultravioletta dello spettro è ancora associata a numerose difficoltà. Recentemente sono comparsi sul mercato filtri interferenti per i bordi dello spettro e le singole linee. Mediante varie combinazioni di tali filtri, è possibile ottenere qualsiasi data larghezza di banda spettrale.

È meglio acquistare filtri anti-interferenza. Cercare di creare da soli un filtro del genere non ha senso.

Quando si utilizzano filtri interferenti è necessario tenere presente che la loro permeabilità cambia al variare della direzione dei raggi incidenti. I filtri interferenti nel flusso del fascio si riscaldano poco poiché hanno un assorbimento minimo. L'energia che non passa attraverso il filtro viene riflessa. Pertanto, è necessario adottare misure per escludere gli effetti dannosi dei raggi riflessi. I filtri di vetro, che hanno un assorbimento elevato, diventano molto caldi durante l'irradiazione intensa e la loro curva di assorbimento cambia. Il confine spettrale dei filtri rossi si sposta nella regione rossa dello spettro con l'aumentare della temperatura. A questo proposito ricordiamo che il limite dello spettro di trasmissione di un bulbo di quarzo caldo di una lampada al mercurio ad alta pressione si trova nella regione delle lunghezze d'onda > 254 mmk.

I coloranti vengono introdotti in soluzioni di gelatina, che vengono essiccate su lastre di vetro. Ricette per 41 filtri di gelatina pubblicate da Hodgman. Di seguito ne riportiamo alcuni. Le lastre di vetro devono essere preventivamente pulite con soluzioni di soda caustica in acqua e bicromato di potassio in acido solforico; la gelatina viene pesata, lavata per un'ora in un focolare freddo e impastata. Poi prendine 20 G. gelatina secca 300 cm 3 acqua, scioglierla alla temperatura di 40°C e filtrare. Questa soluzione di gelatina viene riscaldata a 45°C, mescolata con la vernice, e versata con una pipetta su una lastra di vetro, pulita come indicato; la piastra è preinstallata orizzontalmente e protetta dalla polvere. Due piastre così preparate, dopo l'essiccazione, vengono incollate insieme con balsamo canadese.

Una soluzione di gelatina, se viene aggiunto zucchero, aderirà ancora meglio al vetro. Il timolo è adatto per disinfettare una soluzione di gelatina: un pezzettino di questa sostanza, simile alla canfora, viene gettato nella soluzione. Come substrato principale è possibile utilizzare la "gelatina al cromo": fino a 100 cm 3 Viene aggiunta una soluzione di gelatina all'1% 5 cm 3 Soluzione al 5% di allume cromico.

Tuttavia, la produzione di un buon filtro richiede ancora una certa conoscenza delle proprietà speciali dei coloranti e la conoscenza di alcuni metodi di lavorazione con essi; bisogna pensare che E.J. Wall aveva ragione quando ha smesso di produrre da solo questi filtri colorati. Pertanto, in ogni caso, è necessario prima di tutto familiarizzare in dettaglio con le monografie su questo argomento dell'autore indicato o con la monografia di Weigert. Con tutti i filtri colorati in cui il colorante è sciolto in gelatina, c'è il pericolo che il loro colore cambi nel giro di diversi mesi o anni, soprattutto se lo strato è incollato con balsamo del Canada e se il filtro è rimasto a lungo alla luce tempo. Le pellicole di gelatina colorata sono disponibili in commercio da numerose aziende.

Possiamo anche consigliare il cosiddetto filtri monocromatici, bande quasi della stessa larghezza adiacenti tra loro e separate dallo spettro. Esistono due tipi di filtri monocromatici: per regioni spettrali più ampie e per regioni più strette. Se la zona di trasmissione si restringe, anche il valore di trasmissione massimo diminuisce di diversi punti percentuali. I filtri monocromatici possono essere utilizzati con successo per eliminare la luce diffusa in semplici monocromatori.

Per i vetri grigi, la curva di trasmissione, in generale, non mostra alcuna dipendenza dalla lunghezza d'onda. Al di là della parte rossa, il grado di trasparenza nella maggior parte dei casi aumenta notevolmente. Questa proprietà deve essere tenuta presente quando si utilizzano tali vetri, ad esempio, sotto forma di cuneo, come attenuatore in un apparato spettrale. La selettività del filtro grigio diventa molto importante con filtri molto densi. I filtri grigi ottenuti fotograficamente sono relativamente non selettivi. Sfortunatamente, nella maggior parte dei casi tendono a disperdere leggermente la luce, quindi quando si utilizzano questi filtri, i raggi diffusi possono causare un effetto luminoso aggiuntivo.

È molto più semplice realizzare filtri per liquidi. La soluzione colorante viene versata in una vasca a pareti piano-parallele. Molto adatti a questo scopo sono i recipienti cilindrici di vetro citati a pagina 111, alle cui estremità sono fuse piastre piano-parallele; a lato, nel recipiente è saldato un processo per riempirlo di liquido. Largamente risaputo navi di Leybold; per essi, nonché per la fabbricazione di piccole cuvette, vedere Weigert. Filtri per liquidi costituiti da diversi strati ben definiti posti uno dietro l'altro possono essere composti in modo relativamente semplice utilizzando cuvette appropriate.

I sali inorganici colorati sono particolarmente adatti per il riempimento di filtri liquidi, poiché presentano una completa resistenza alla luce.

Le seguenti indicazioni sono tratte dal lavoro di Gibson,

4400 A: soluzione acquosa al 5% di ferricianuro di potassio,

5000 A: soluzione acquosa al 6% di bicromato di potassio, "

6000 A: lastre di ossido rameoso o vetro sfregiato,

780: iodio in solfuro di carbonio,

8200 A: ebanite; permeabilità di una piastra con uno spessore di 0,3 mm a 1 lux 37%, a 2 mk 61%.

Di seguito sono riportati i dati su vari filtri infrarossi. Questi filtri, così come numerosi coloranti, sono stati studiati da Merkelbach nell'intervallo da 0,6 a 2,8 mk.

Seconda classe

Filtri con limite definito di permeabilità alla lunghezza d'onda lunga: 1 strato d'acqua cm. Permeabilità a l=1 mk 80%, a l= 1,5 lek 0%.

57 G. solfato di rame attivo. 1 litro d'acqua, spessore strato 1 cm. La soluzione passa a l = 5800 A 80%, a partire da l = 7500 A nella direzione delle onde lunghe è opaca.

Una soluzione acquosa semisatura di cloruro ferrico passa con uno spessore di strato pari a 10 mm: a l=0,7 mk 40%, a l=0,8 scemo 5%, a n=0, e mk 0%. Purtroppo la soluzione è instabile. Vetro BG 19 di Schott a spessore 2 mm passa: a l=0,55 mk 90%, a l=0,7 mk 50% e al l da 0,9 a 2,8 juk meno del 5% della luce cade su di esso.

La luce rossa viene assorbita in modo più forte rispetto al filtro blu-verde a lunghezza d'onda corta della suddetta azienda e al blu di Prussia.

Filtri per scopi speciali

Se, secondo il metodo proposto da Pfund, le pellicole di celluloide vengono trattate con vapori di selenio, si ottiene uno strato nero che, come hanno mostrato Barnes e Bonner, insieme ad una lastra di quarzo con uno spessore di 0,7 mm trasmette raggi solo con lunghezze d'onda superiori a 40 leghe. Il documento presenta curve di assorbimento comprese tra 1 e 120 scemo.

Gli strati d'oro, trasparenti al 73% alla luce verde, escludono, secondo Kisfaludi, i raggi rossi e infrarossi.

Nella maggior parte dei casi, i tre filtri proposti da R.V. Legno: uno strato di malta successivo

Formazione: 10 mg nitrosodimetilanilina per 100 ml di acqua, spessore 5 mm; questo filtro è impermeabile ai raggi con lunghezza d'onda compresa tra 5000 e 3700 A e permeabile alle lunghezze d'onda comprese tra 3700 e 2000 A. Durante la conservazione a lungo termine, la soluzione diventa impermeabile ai raggi ultravioletti senza cambiare colore. Un sottile strato d'argento è trasparente ai raggi con una lunghezza d'onda compresa tra 3400 e 3100 A. La curva di permeabilità di questo strato è un'immagine speculare della sua curva di riflessione della luce. Per realizzare un tale filtro, una lastra di quarzo viene argentata, ottenendo uno strato di tale spessore che, se visto attraverso di esso, il Sole appare come un disco blu, e i contorni delle case sullo sfondo di un cielo luminoso non sarebbero più visibili . Sullo strato d'argento viene posto un anello di carta da filtro impregnata di acetato di piombo; poi a questo anello viene sovrapposta una lastra di quarzo. In questa forma, il filtro viene conservato per molti mesi.

Woodnish notò anche che strati molto sottili di metalli alcalini, già completamente opachi alla luce visibile, trasmettono luce a onde corte. Tale strato può essere ottenuto per evaporazione di un metallo alcalino molto accuratamente purificato; i vapori si depositano sulla parete di un pallone di quarzo raffreddato da aria liquida; Wood descrisse la tecnica per preparare tali strati, ma non può essere considerata semplice. O'Brien, così come Watstone e Hurst, continuarono a lavorare su questo filtro. I limiti di permeabilità si trovano per

Cs a 4400 Rb 3600 K 3150 Na 2100 Li rimane opaco fino a 1400 A.

Dressler e Rikk hanno descritto un filtro di luce che consente alla sensibilità spettrale relativa della fotocellula al selenio di avvicinarsi quasi completamente alla sensibilità del nostro occhio.

Non è consigliabile realizzare da soli un filtro di luce del genere, dovrebbe essere acquistato già pronto, poiché ogni fotocellula richiede una selezione speciale speciale di un filtro di luce. Inoltre, si consiglia di verificare periodicamente la precisione dell'installazione.

Una regione relativamente stretta vicino a qualsiasi lunghezza d'onda può essere isolata mediante il noto filtro Christiapsen. Uno di questi filtri per lunghezze d'onda da 3 a 90 mk brevemente descritto da Barnes e Bonner. In precedenza, per isolare l'intervallo di lunghezze d'onda richiesto, veniva utilizzata una variazione della temperatura della cuvetta con una soluzione; Aye utilizza una soluzione di bromuro di potassio e bario e composti di iodortato, che è relativamente insensibile ai cambiamenti di temperatura. Secondo i dati dell'autore, è possibile modificare la regione selezionata dello spettro selezionando una concentrazione adeguata della soluzione. Se si utilizzano filtri liquidi autocomposti per isolare le singole linee nello spettro di una lampada al mercurio, si possono consigliare le seguenti combinazioni di filtri. Queste combinazioni sono applicabili allo stesso modo dei filtri, in aggiunta a quelli anti-interferenza. ■

Farsetto giallo 5790/69 A può essere distinto se lo spettro di una lampada al mercurio viene fatto passare attraverso uno strato di una soluzione quasi satura di bicromato di potassio dello spessore di 5 cm.

Linea verde 5461 A. Sciogliere in una cuvetta piena d'acqua la quantità di tartrazina necessaria a far scomparire le linee blu; per il controllo utilizzare uno spettroscopio tascabile. Il doppietto giallo viene rimosso aggiungendo nitrato di neodimio disponibile in commercio. La soluzione è quasi indefinitamente stabile. Il filtro è eccellente per studi spettroscopici e polarimetrici, nonché per microfotografia. È anche possibile utilizzare il vetro al didimio, che però è piuttosto costoso poiché è necessario uno strato spesso fino a 2 mm. cm.

Gruppo di linee 4358–4347 Miscela 8 G chinino solfato con 100 cm 3 si aggiunge goccia a goccia acqua distillata e acido solforico diluito fino a sciogliere lo strato rigonfio di precipitato bianco precipitato inizialmente; la sua dissoluzione avviene all'improvviso. Uno strato di questo liquido con uno spessore di 2 cm in abbinamento al normale vetro al cobalto trasmette, oltre al gruppo di linee sopra indicato, solo tracce della linea verde. Se quest'ultima non è desiderata, alla soluzione viene aggiunta la pemporodamina B. Poiché la soluzione di chinino solfato diventa marrone dopo una lunga esposizione alla luce, Pfund consiglia una soluzione di nitrato di sodio con uno spessore dello strato di 12 mm; la sua trasparenza è del 65% per 4358 A e dell'1% per 4047 A.

Forse ancora migliore a questo scopo è la miscela recentemente proposta di una soluzione di nitrobenzene al 6% in alcool con "rosamina 56 extra" allo 0,01% proposta da Sunny e dai suoi collaboratori; il suo strato è spesso 1 cm salta la linea 4358 A, ma indebolisce le linee vicine allo 0,1%; è da precisare che questo filtro è poco sensibile all'azione della luce.

Per linea 3125 A Backström descrisse brevemente il seguente filtro: una soluzione di 14 G. solfato di nichel e 10 g di solfato di cobalto ogni 100 cm* acqua distillata; questo filtro luminoso trasmette con uno spessore di strato di 3 cm il 3,5% della linea 3342 A, ma il 96% della linea 3125 A; è trasparente fino ad un minimo di 2300 A. Se altri 45 G. ftalato di potassio acido anidro, che assorbe bene le onde corte, l'intensità della già vicina linea 3023 A viene attenuata allo 0,1%, mentre la linea 3125 A mantiene un'elevata permeabilità. Un assorbitore semplice ma non molto efficace è una piastra al quarzo argentata.

Per evidenziare una linea 2536 E secondo Oldenberg si può usare una fiaschetta di quarzo con un diametro di 40 mm, riempito con cloro ad una pressione di circa 6 ATM. La linea 4358 A sarà ancora molto indebolita, ma le linee a onde lunghe sono improbabili.

Utilizzando filtri di vetro e lampade spettrali convenzionali disponibili in commercio, è possibile isolare linee distanziate quasi uniformemente in tutto lo spettro. A differenza dei filtri liquidi, il filtro in vetro ha il vantaggio di essere quasi infinitamente stabile. Nel libro di consultazione di fisica e chimica, D "Ans e Lax, vengono fornite combinazioni di filtri e le corrispondenti lampade spettrali.

Per la luce visibile e ultravioletta danno buoni risultati strati metallici trasparenti di platino, rodio, antimonio depositati per evaporazione su lastre di quarzo.

Teysing e Göbert realizzarono, con una tecnica elegante, un filtro grigio il cui assorbimento nella regione della lunghezza d'onda compresa tra 3000 A e 2,3 mkè praticamente costante. Per fare ciò, hanno depositato un secondo strato su uno strato, il cui assorbimento diminuisce al diminuire delle lunghezze d'onda, il cui assorbimento cambia nella direzione opposta.

Le pellicole polarizzanti, ora prodotte da varie aziende, possono essere utilizzate come filtro a densità neutra variabile quando incrociate. In molti casi, al posto dei prismi polarizzanti, vengono utilizzate con grande successo pellicole polarizzanti. Quando vengono incrociati, i migliori riducono la luminosità della luce centinaia di volte. Rispetto ai prismi polarizzanti hanno il vantaggio di un campo visivo più ampio. I film possono essere realizzati in dimensioni quasi illimitate. A volte sorgono difficoltà dovute alla necessità di garantirne la stabilità termica. I polarizzatori possono essere protetti in modo affidabile dall'umidità, se necessario, incollandoli tra dischi di vetro.

Da un lato la produzione di filtri polarizzatori di questo tipo, dall'altro la produzione di film con birifrangenza incoraggiano la progettazione di filtri dispersivi rotazionali. Questo tipo di filtro fu descritto molti anni fa da R.V. In ud quando si separano i componenti della linea del sodio; filtri di questo tipo furono poi sviluppati da Layot, Ehman, Regius e Haase. Un filtro con foro di Lyot faceva passare una striscia di 2 A di larghezza con una trasparenza del 13% nella parte verde e di 3 A al 24% nella parte rossa.

2. Superfici a specchio

A) metalli

I risultati di numerosissimi studi sperimentali in questo settore portano alle seguenti conclusioni qualitative. A lunghe lunghezze d'onda, pochi micron, la maggior parte dei metalli riflette dal 90 a quasi il 100% della luce incidente. Dalle 15 mk fino a quasi 4000 A l'argento supera tutti gli altri metalli in riflettività; nella regione degli infrarossi fino a 8500 A l'oro riflette allo stesso modo dell'argento. L'ottone è anche un ottimo riflettore nella regione delle lunghezze d'onda lunghe. I risultati di tale lavoro sono presentati graficamente nelle Figg.

Riflettività dell'argento e dell'alluminio

È noto che al diminuire delle lunghezze d'onda, la riflettività di tutti i metalli diminuisce notevolmente, ad eccezione del silicio. metallo a specchio, oppure la cosiddetta lega di Brashear, utilizzata soprattutto per i reticoli di diffrazione riflettente, è composta per il 68% da rame e per il 32% da stagno. Secondo i dati di Pfund, nella regione di Lyman, il quarzo riflette meglio e il metallo speculare è il peggiore.

B) Strati che riducono la riflessione

Gli strati che eliminano o riducono la riflessione sono attualmente ampiamente utilizzati nell'ottica. I metodi per depositare strati sottili, come fluoruro di magnesio, calcio o litio, sono diventati tecnicamente molto avanzati. Nell'ottica tecnica stanno già iniziando ad essere utilizzati rivestimenti multistrato che eliminano la riflessione. Anche la resistenza degli strati è stata notevolmente aumentata. Innanzitutto gli strati depositati dalla fase gassosa hanno praticamente la durezza del vetro, sono quasi indistruttibili. Le tecniche di deposizione tramite vapore sono state sviluppate da Geffken. La diminuzione della riflessione su tali strati è piuttosto significativa. Il coefficiente di riflessione da essi dipende in piccola parte dalla lunghezza d'onda e ha valori​​da 0,2 a 1% . Quando si utilizzano rivestimenti multistrato, la dipendenza della riflessione dalla lunghezza d'onda diminuisce. Si possono ottenere anche specchi ad alta riflettività e basso assorbimento. Tuttavia, ciò richiede un numero pari di livelli.

Nella tabella. sono indicate la trasparenza e la diffusione della luce da parte di un sistema ottico costituito da un certo numero di superfici, assumendo che c, = 5% o Q 1 = I% della luce incidente su di esso sia riflessa su ciascuna superficie. Come previsto, il guadagno dovuto alla diminuzione della riflessione con due superfici è insignificante, ma con l'aumento del loro numero diventa così grande che, ad esempio, su 30 superfici, la luce diffusa dannosa viene ridotta di quasi sei volte a causa di un relativo aumento del grado di trasmissione di un fattore tre.

3. Microscopio e suoi accessori, in particolare per lavori termici

Microscopio, ad es. il dispositivo di illuminazione, l'oculare e l'obiettivo, è uno degli strumenti ampiamente utilizzati. Segnaliamo anche alcune attrezzature aggiuntive, ad esempio una camera per il funzionamento a basse temperature; in questo caso l'oggetto si trova in una camera piana, attraverso la quale scorre il gas secco che è passato attraverso il bagno di refrigerazione. Per funzionamento a temperature comprese tra - 130 e - e cristalli.

Nell'osservazione microscopica delle transizioni di fase, dei processi di fusione o della formazione di cristalli singoli ad alte temperature, piccoli campioni di una sostanza possono in alcuni casi essere posizionati su un nastro metallico a forma di U riscaldato elettricamente. Questo nastro, realizzato in lega 60% Pt -) - 40% Rh, funge da microforno. Il nastro ha dimensioni: spessore 0,01 mm, larghezza 8 mm, lunghezza lato 10 mm, distanza tra loro 1.2 mm; l'aria in questo forno viene riscaldata ad una temperatura di oltre 1800°C; questa temperatura può essere mantenuta a lungo. La temperatura può essere determinata da un grafico della sua dipendenza dalla corrente del filamento, i cui punti sono ottenuti come punti di fusione noti di alcune sostanze. Di seguito vengono elencate le sostanze adatte a questo scopo e vengono indicati i loro punti di fusione:

K 2 SO 4, CaO -MgO -2Si 0 2, BaO -2Si 0 2, CaO Al 2 O s ^ SiO 2, una miscela di 15% MgO e 85% SiO 2. Nel metodo proposto da Ordway, una goccia di materiale fuso viene trattenuta da forze capillari sulla superficie di un termoelemento Pt-PtRh riscaldato da corrente alternata ad alta frequenza. La tensione costante attraverso la termocoppia riscaldata viene utilizzata per misurare la temperatura. Il circuito di misurazione della temperatura deve essere protetto dagli effetti della tensione alternata mediante filtri lungo l'intera lunghezza del termoelemento. L'errore assoluto nella misurazione della temperatura a 1420°C è 5°. Nel metodo Velx il circuito di misurazione della temperatura e il circuito del riscaldatore sono completamente separati. Il termoelemento viene riscaldato da una semionda di corrente alternata di 50 periodi. Durante la seconda semionda, il termoelemento è collegato al circuito di compensazione per determinare la termo-EMF.

Per la microscopia dei metalli ad alte temperature esistono "tavoli riscaldanti di fabbrica". Sono dotati di recipienti a tenuta di vuoto in cui un piccolo pezzo lucido del metallo in studio viene riscaldato in alto vuoto o in atmosfera protettiva e il processo di modifica della sua superficie con la temperatura è osservato.

Installazione per ricerche con microscopio polarizzatore a basse temperature. Schema della fotocamera attaccata al microscopio polarizzatore.J- obiettivo del microscopio, 2 - anello di sughero,3 - piastra cava con tubo in ottone saldato4, abbassato nel recipiente 6 con aria liquida 5.7 - termoelemento,S- specchio in metallo argentato9 - camera d'aria freddaSì - tubo in ottone a pareti spesse,E- tubo di vetro12 - involucro per il tubosì, 13– riscaldatore aggiuntivo,14 - tubo di porcellana,15 - piastra con tubo in ottone saldato16, immerso in un recipiente pieno di aria liquida17, 18 - stufa, 19 - caro, 20 – anello di sughero,21 - una piastra anulare supportata da un tavolino per microscopio22.

Condizioni dell'obiettivo: l'oggetto non può essere inferiore a 2,5-3 mm, poi con obiettivi normali l'ingrandimento massimo ottenibile non supera i 250–300. Una panoramica dello sviluppo dei metodi metallografici e dei risultati da essi ottenuti è fornita da Reinacher 18). Pfeiffer descrive un tavolo riscaldante fatto in casa per esaminare al microscopio le leghe facilmente ossidabili. Il riscaldatore è posto su un supporto cavo di quarzo racchiuso in una teca di vetro raffreddata ad acqua; il supporto è chiuso con una sezione di quarzo fuso su cui è fusa una rondella di quarzo. Il forno di riscaldamento è costituito da due tubi Al Oz fusi insieme attraverso i quali passano fili di platino. . Un termoelemento viene utilizzato per misurare la temperatura del campione posto nel forno. I fili che trasportano corrente e i fili del termoelemento sono fusi nel vetro per garantire la tenuta della connessione.

I metodi di attenuazione della riflessione stanno rapidamente migliorando. L'indebolimento della riflessione si ottiene modificando la composizione chimica dello strato limite delle lenti oppure depositando su di esse uno strato con un indice di rifrazione diverso.

Recentemente, la microscopia a infrarossi, nella quale vengono utilizzati microscopi riflettenti, ha fatto progressi molto rapidi. Grandi progressi nella valutazione delle irregolarità sulle superfici sono stati fatti con i microscopi a contrasto di fase. Nel microscopio ultravioletto viene utilizzato con successo anche il metodo del contrasto di fase.

Un semplice micromanipolatore è costituito da un telaio con due stecche di legno poste ad angolo retto, che sono collegate al microscopio e consentono il movimento di microaghi, micropipette e microelettrodi ad essi collegati.

Tavolo riscaldante sottovuoto Pfeiffer

STRUMENTI OTTICI
dispositivi in ​​cui la radiazione di qualsiasi regione dello spettro (ultravioletta, visibile, infrarossa) viene convertita (trasmessa, riflessa, rifratta, polarizzata). In omaggio alla tradizione storica, i dispositivi ottici sono solitamente chiamati dispositivi che funzionano in luce visibile. Durante la valutazione iniziale della qualità del dispositivo, vengono prese in considerazione solo le sue caratteristiche principali: la capacità di concentrare la radiazione - luminosità; la capacità di distinguere i dettagli dell'immagine vicini - potere risolutivo; il rapporto tra la dimensione di un oggetto e la sua immagine è un aumento. Per molti dispositivi, la caratteristica distintiva è il campo visivo, l'angolo con il quale i punti estremi dell'oggetto sono visibili dal centro del dispositivo.
Potere risolutivo. La capacità del dispositivo di distinguere tra due punti o linee vicini è dovuta alla natura ondulatoria della luce. Il valore numerico del potere risolutivo, ad esempio, di un sistema di lenti, dipende dalla capacità del progettista di far fronte alle aberrazioni delle lenti e di centrare attentamente queste lenti sullo stesso asse ottico. Il limite teorico di risoluzione di due punti adiacenti nell'immagine è definito come l'uguaglianza della distanza tra i loro centri e il raggio del primo anello scuro del loro modello di diffrazione.
Aumento. Se un oggetto di lunghezza H è perpendicolare all'asse ottico del sistema e la lunghezza della sua immagine è H", l'ingrandimento m è determinato dalla formula m = H"/H. L'aumento dipende dalle lunghezze focali e dalla posizione relativa delle lenti; esistono formule corrispondenti per esprimere questa dipendenza. Una caratteristica importante dei dispositivi per l'osservazione visiva è l'ingrandimento apparente M. È determinato dal rapporto tra le dimensioni delle immagini di un oggetto che si formano sulla retina durante l'osservazione diretta dell'oggetto e la visualizzazione attraverso il dispositivo. Di solito, l'aumento apparente M è espresso dal rapporto M = tgb /tga, dove a è l'angolo con cui l'osservatore vede l'oggetto ad occhio nudo e b è l'angolo con cui l'occhio dell'osservatore vede l'oggetto attraverso il dispositivo . Se desideri creare un dispositivo ottico di alta qualità, dovresti ottimizzare l'insieme delle sue caratteristiche principali: luminosità, risoluzione e ingrandimento. È impossibile realizzare un buon telescopio, ad esempio, ottenendo solo un grande ingrandimento apparente e lasciando una piccola luminosità (apertura). Avrà una risoluzione scarsa, poiché dipende direttamente dall'apertura. I design dei dispositivi ottici sono molto diversi e le loro caratteristiche sono dettate dallo scopo di dispositivi specifici. Ma quando si traduce qualsiasi sistema ottico progettato in un dispositivo ottico-meccanico finito, è necessario posizionare tutti gli elementi ottici in stretta conformità con lo schema accettato, fissarli saldamente, garantire una regolazione precisa della posizione delle parti mobili e posizionare i diaframmi per eliminare lo sfondo indesiderato della radiazione diffusa. Spesso è necessario mantenere i valori impostati di temperatura e umidità all'interno del dispositivo, per ridurre al minimo le vibrazioni, per normalizzare la distribuzione del peso, per garantire la rimozione del calore dalle lampade e da altre apparecchiature elettriche ausiliarie. L'importanza è attribuita all'aspetto del dispositivo e alla facilità d'uso.
Microscopi. Se un oggetto viene visto attraverso una lente positiva (di raccolta), situata dietro la lente non oltre il suo punto focale, viene vista un'immagine immaginaria ingrandita dell'oggetto. Una lente di questo tipo è un semplice microscopio ed è chiamata lente di ingrandimento o lente d'ingrandimento. Dal diagramma in Fig. 1 è possibile determinare la dimensione dell'immagine ingrandita. Quando l'occhio è sintonizzato su un raggio di luce parallelo (l'immagine dell'oggetto è a una distanza indefinita, il che significa che l'oggetto si trova nel piano focale della lente), l'ingrandimento apparente M può essere determinato dalla relazione ( Fig. 1): M = tgb / tga = (H /f)/(H/v) = v/f, dove f è la lunghezza focale della lente, v è la migliore distanza di visione, cioè la distanza più piccola alla quale l'occhio vede bene con l'accomodazione normale. M aumenta di uno quando l'occhio è regolato in modo che l'immagine virtuale dell'oggetto sia alla migliore distanza di visione. La capacità di accogliere tutte le persone è diversa, con l'età si deteriorano; 25 cm è considerata la distanza migliore per la visione di un occhio normale. Nel campo visivo di una singola lente positiva, con distanza dal suo asse, la nitidezza dell'immagine peggiora rapidamente a causa delle aberrazioni trasversali. Sebbene esistano lenti con un ingrandimento di 20 volte, il loro ingrandimento tipico va da 5 a 10. L'ingrandimento di un microscopio composto, solitamente chiamato semplicemente microscopio, raggiunge 2000 volte.
Guarda anche MICROSCOPIO; MICROSCOPIO ELETTRONICO.

Telescopi. Il telescopio ingrandisce la dimensione visibile degli oggetti distanti. Lo schema del telescopio più semplice prevede due lenti positive (Fig. 2). I raggi provenienti da un oggetto distante, parallelo all'asse del telescopio (raggi aec in Fig. 2), vengono raccolti nel fuoco posteriore della prima lente (obiettivo). La seconda lente (oculare) viene allontanata dal piano focale della lente per la sua lunghezza focale, e i raggi a e c escono di nuovo parallelamente all'asse del sistema. Un certo raggio b, proveniente da diversi punti dell'oggetto da cui provengono i raggi a e c, cade con un angolo a rispetto all'asse del telescopio, passa attraverso il fuoco anteriore dell'obiettivo e poi va parallelo all'asse del sistema . L'oculare lo dirige nel suo fuoco posteriore con un angolo b. Poiché la distanza dal fuoco anteriore della lente all'occhio dell'osservatore è trascurabilmente piccola rispetto alla distanza dall'oggetto, quindi dallo schema di Fig. 2, è possibile ottenere un'espressione per l'ingrandimento apparente M del telescopio: M = -tgb / tga = -F / f "(o F / f). Il segno negativo indica che l'immagine è capovolta. Nei telescopi astronomici, rimane così: nei telescopi per l'osservazione degli oggetti terrestri si utilizza un sistema invertente per visualizzare immagini normali anziché invertite.Il sistema invertente può includere lenti aggiuntive o, come nei binocoli, prismi.

Binocolo. Un telescopio binoculare, comunemente chiamato binocolo, è uno strumento compatto per osservare con entrambi gli occhi contemporaneamente; il suo ingrandimento è solitamente da 6 a 10 volte. I binocoli utilizzano una coppia di sistemi di rotazione (più spesso Porro), ciascuno dei quali comprende due prismi rettangolari (con una base a 45 °), orientati verso le facce rettangolari. Per ottenere un elevato ingrandimento in un campo visivo ampio, esente da aberrazioni della lente, e quindi un campo visivo significativo (6-9°), i binocoli richiedono un oculare di altissima qualità, migliore di un telescopio con campo visivo ristretto . L'oculare del binocolo fornisce la messa a fuoco dell'immagine e la correzione della vista: la sua scala è contrassegnata in diottrie. Inoltre, nei binocoli, la posizione dell'oculare si adatta alla distanza tra gli occhi dell'osservatore. In genere, i binocoli sono etichettati in base al loro ingrandimento (in multipli) e al diametro della lente (in millimetri), ad esempio 8*40 o 7*50.

Mirini ottici. Qualsiasi telescopio per osservazioni terrestri può essere utilizzato come mirino ottico, se su qualsiasi piano del suo spazio immagine vengono applicati segni chiari (griglie, segni) corrispondenti a un determinato scopo. Il design tipico di molte installazioni ottiche militari è tale che la lente del telescopio guarda apertamente il bersaglio e l'oculare è coperto. Un tale schema richiede una rottura dell'asse ottico del mirino e l'uso di prismi per spostarlo; gli stessi prismi convertono l'immagine invertita in una diritta. I sistemi con uno spostamento dell'asse ottico sono detti periscopici. Di solito, un mirino ottico viene calcolato in modo tale che la pupilla della sua uscita venga rimossa dall'ultima superficie dell'oculare a una distanza sufficiente per proteggere l'occhio dell'artigliere dal colpire il bordo del telescopio quando l'arma viene ritratta.
Telemetri. I telemetri ottici, che misurano la distanza dagli oggetti, sono di due tipi: monoculari e stereoscopici. Sebbene differiscano nei dettagli strutturali, la parte principale dello schema ottico è la stessa per loro e il principio di funzionamento è lo stesso: il lato sconosciuto del triangolo è determinato dal lato noto (base) e da due angoli noti del triangolo . Due telescopi paralleli separati da una distanza b (base) costruiscono immagini dello stesso oggetto distante in modo che sembri osservato da loro in direzioni diverse (anche la dimensione del bersaglio può servire da base). Se con l'aiuto di un dispositivo ottico adatto si uniscono i campi immagine di entrambi i telescopi in modo da poterli osservare contemporaneamente, si scopre che le immagini corrispondenti dell'oggetto sono spazialmente separate. I telemetri esistono non solo con sovrapposizione dell'intero campo, ma anche con mezzi campi: la metà superiore dello spazio immagine di un telescopio viene fusa con la metà inferiore dello spazio immagine di un altro. In tali dispositivi, utilizzando un elemento ottico adatto, le immagini spazialmente separate vengono combinate e il valore misurato viene determinato dallo spostamento relativo delle immagini. Spesso un prisma o una combinazione di prismi funge da elemento di taglio. Nello schema del telemetro monoculare, mostrato in Fig. 3, questa funzione è svolta dal prisma P3; è associato ad una scala calibrata in distanze misurate dall'oggetto. I pentaprismi B vengono utilizzati come riflettori di luce ad angolo retto, poiché tali prismi deviano sempre il raggio di luce incidente di 90°, indipendentemente dalla precisione con cui sono installati sul piano orizzontale dello strumento. In un telemetro stereoscopico, l'osservatore vede contemporaneamente le immagini create da due telescopi con entrambi gli occhi. La base di un tale telemetro consente all'osservatore di percepire la posizione dell'oggetto nel volume, ad una certa profondità nello spazio. Ogni telescopio ha una griglia con segni corrispondenti ai valori di portata. L'osservatore vede una scala di distanze che penetra in profondità nello spazio rappresentato e determina la lontananza dell'oggetto che la utilizza.

Dispositivi di illuminazione e proiezione. Proiettori. Nello schema ottico del faretto, la sorgente luminosa, ad esempio un cratere ad arco elettrico, si trova al fuoco di un riflettore parabolico. I raggi provenienti da tutti i punti dell'arco vengono riflessi dallo specchio parabolico quasi paralleli tra loro. Il fascio di raggi diverge leggermente perché la sorgente non è un punto luminoso, ma un volume di dimensione finita.
Diascopio. Lo schema ottico di questo dispositivo, progettato per la visualizzazione di lucidi e cornici di colore trasparenti, comprende due sistemi di lenti: un condensatore e una lente di proiezione. Il condensatore illumina uniformemente l'originale trasparente, dirigendo i raggi nella lente di proiezione, che costruisce l'immagine dell'originale sullo schermo (Fig. 4). L'obiettivo di proiezione prevede la messa a fuoco e la sostituzione delle sue lenti, che consente di modificare la distanza dallo schermo e la dimensione dell'immagine su di esso. Lo schema ottico del proiettore cinematografico è lo stesso.

Strumenti spettrali. L'elemento principale di un dispositivo spettrale può essere un prisma dispersivo o un reticolo di diffrazione. In un tale dispositivo, la luce viene prima collimata, ad es. viene formato in un fascio di raggi paralleli, quindi scomposto in uno spettro e, infine, l'immagine della fenditura di ingresso del dispositivo viene focalizzata sulla sua fenditura di uscita per ciascuna lunghezza d'onda dello spettro.
Spettrometro. In questo dispositivo da laboratorio più o meno universale, i sistemi di collimazione e focalizzazione possono essere ruotati rispetto al centro del tavolo, su cui si trova l'elemento che decompone la luce in uno spettro. Il dispositivo è dotato di scale per leggere gli angoli di rotazione, ad esempio, di un prisma dispersivo e gli angoli di deviazione successivi di diversi componenti cromatici dello spettro. Sulla base dei risultati di tali letture, ad esempio, vengono misurati gli indici di rifrazione dei solidi trasparenti.
Spettrografo. Questo è il nome di un dispositivo in cui lo spettro risultante o parte di esso viene registrato su materiale fotografico. È possibile ottenere uno spettro da un prisma di quarzo (intervallo 210-800 nm), vetro (360-2500 nm) o salgemma (2500-16000 nm). In quelle gamme dello spettro in cui i prismi assorbono debolmente la luce, le immagini delle linee spettrali nello spettrografo sono luminose. Negli spettrografi dotati di reticolo di diffrazione, questi ultimi svolgono due funzioni: scompongono la radiazione in uno spettro e focalizzano le componenti cromatiche sul materiale fotografico; tali dispositivi vengono utilizzati anche nella regione dell'ultravioletto.
Guarda anche ASTRONOMIA E ASTROFISICA; OTTICA.
LETTERATURA
Born M., Wolf E. Fondamenti di ottica. M., 1970 Efremov A.A. e altro Assemblaggio di dispositivi ottici. M., 1978 Manuale del progettista di dispositivi ottico-meccanici. L., 1980 Kulagin S.V. Fondamenti di progettazione di dispositivi ottici. L., 1982 Pogarev G.V. Regolazione degli strumenti ottici. L., 1982

Enciclopedia Collier. - Società aperta. 2000 .

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16.1 Ottimimetri

Un ottimizzatore è un dispositivo ottico a leva progettato per misurazioni relative accurate di quantità geometriche. Tipi, parametri di base e requisiti tecnici sono stabiliti in GOST 5405-75. L'ottimizzatore è costituito da un dispositivo ottico: un tubo ottimizzatore, un dispositivo per fissare il tubo e un tavolo su cui basare la parte misurata.

Il design ottico dell'ottimizzatore si basa sull'utilizzo di un braccio ottico e di un sistema di autocollimazione. Nella fig. 71, a, b mostra lo schema ottico-meccanico del tubo ottimizzatore. La luce proveniente dalla sorgente di radiazione 7 viene diretta dallo specchio 8 sul bordo smussato del prisma illuminante 9 e, riflessa da esso, illumina la griglia 6 situata nel piano focale della lente 4 dell'autocollimatore. Sulla griglia (Fig. 1, b), a destra, in una finestra rettangolare chiara su sfondo scuro, è presente una scala di ±100 divisioni e un tratto dell'indice di conteggio. La scala è coperta dal lato dell'oculare dal prisma 9 ed è spostata rispetto all'asse ad una certa distanza b. Dopo aver attraversato la scala, i raggi entrano in un prisma rettangolare 5 e deviano di 90° all'uscita da esso (questo viene fatto per ridurre

dimensioni del tubo). Quindi i raggi, insieme all'immagine dei tratti della scala, passano attraverso l'obiettivo 4, e da questo cadono in un fascio parallelo sullo specchio 3, vengono riflessi da esso, e nel percorso inverso danno un'immagine di autocollimazione della scala sulla griglia 6 L'immagine di autocollimazione della scala è simmetrica alla scala dell'asse verticale z della griglia stessa. Poiché la metà sinistra della griglia è trasparente, l'immagine in scala viene osservata come tratti neri su uno sfondo chiaro. Se lo specchio 3 è perpendicolare all'asse ottico della lente, allora i tratti zero della scala e la loro immagine di autocollimazione saranno allineati sull'asse x orizzontale della griglia con il tratto indice.

Riso. 1. Layout ottico dell'ottimizzatore verticale

Il movimento dell'immagine di autocollimazione della scala rispetto all'indice viene conteggiato secondo il principio di una leva ottica. Se, dopo aver installato l'oggetto misurato 1, l'asta di misurazione 2 si muove e inclina lo specchio 3, allora l'iso-

Lo spostamento della griglia si sposterà parallelamente all'asse verticale della griglia (parallelo alla griglia reale). Questo spostamento si osserva nell'oculare 10 del tubo ottimizzatore. L'ugello di proiezione PN-16 è collegato all'ottimizzatore, il che facilita il processo di misurazione.

Riso. Fig. 2. Layout ottico dell'ultraottimetro OVE-2

Lo schema ottico dell'ultraottimetro OVE-02, mostrato in Fig. 2 rappresenta una combinazione di circuiti autocollimatori e un circuito a riflessione multipla. Raggi di luce dalla sorgente di radiazione 1

attraverso il condensatore 2, il filtro termico 3, la lente 4 cade sul prisma illuminante 5, illumina la finestra con una scala trasparente stampata su una lastra di vetro piano-parallela 15 situata nel piano focale della lente 14. divisioni. La scala ha ±100 divisioni su entrambi i lati (200 divisioni).

I raggi di luce escono dalla piastra 15, vengono riflessi dallo specchio 16, entrano nella lente 14, e da questa, in un flusso parallelo, insieme all'immagine della scala, cadono sullo specchio fisso 12, vengono riflessi da sullo specchio oscillante 11. Qui avviene una riflessione multipla. Successivamente, i raggi con riflessione di autocollimazione della scala ritornano sulla piastra 15, sulla quale l'immagine della scala è proiettata nel piano della barra indice. Le immagini combinate della scala e della barra dell'indice vengono proiettate attraverso il sistema di specchi 8, 9, 10 sullo schermo 13.

La messa a fuoco e il centraggio della lampada 1 avviene lungo il suo filo con focalizzazione da parte della lente 6 e proiezione della sua immagine nitida sullo schermo 13 mediante un sistema di specchi 8, 9,10.

Il movimento assiale dell'asta di misurazione 17 provoca l'inclinazione dello specchio di un certo angolo a, per cui anche l'immagine di autocollimazione della scala sullo schermo si sposterà rispetto alla barra dell'indice fissa in proporzione all'angolo 2a. Sugli specchi 12 e 11, che sono moltiplicatori ottici, il fascio di raggi subisce undici riflessioni.

In base alla posizione delle linee di misurazione, gli ottimimetri si dividono in verticali e orizzontali. Ottimimetri verticali: macchine utensili con dispositivo di base sotto forma di cremagliera con asse di posizionamento verticale. Ottimimetri orizzontali - standard

strumenti kovy con un asse orizzontale del tubo ottimizzatore.

Secondo GOST 5405-75, gli ottimimetri da tavolo sono prodotti nei seguenti tipi: verticale (modelli IK.V-2, IK.V-3); orizzontale (modelli IKG-2, IKG-3); oculare (modelli IKV-2, IKG-2, IKG-3). Campo di misura dei dispositivi: IK.V-2 da 0 a 180 mm; IKV-3 da 0 a 200 mm (solo per misure esterne); IKG-2 e IKG-3 da 0 a 500 mm per misure esterne e da 0 a 400 mm per misure interne. Il valore di divisione del tubo ottimizzatore è 1 micron; campo di misura su una scala di ±0,2 mm; il limite di errore consentito è ±0,2 µm sulle sezioni della scala da 0 a ±0,06 mm. La gamma di indicazioni non è superiore a 1 micron. La forza di misura per misurazioni esterne non è superiore a 200 cN.

16.2 Macchine di misura

Macchine di misura - dispositivi di contatto ottico-meccanici progettati per la misurazione accurata di pezzi di grandi dimensioni mediante misurazione diretta o confronto con una misura.

Nella progettazione della macchina, il principio di Abbe non viene rispettato, poiché solitamente la linea di misurazione e la scala si trovano su piani paralleli. Utilizzando il principio di Abbe, la lunghezza della macchina aumenterebbe di due lunghezze della parte misurata.

Il design della macchina di misura è mostrato in fig. 3. Su un massiccio telaio in ghisa 1, la contropunta 3 si muove lungo guide parallele con una punta di misura fissata nella sua penna 6, il cui movimento assiale è effettuato da volantini di microavanzamento 2. La paletta è spostata in senso longitudinale da un meccanismo cremagliera. Insieme alla paletta si muovono l'illuminatore 4 e il collimatore sinistro 15 con un prisma rifrattivo 14. Nella paletta 10 sono installati un microscopio di lettura 11 e un tubo ottimimetro 9 con punte di misurazione. La contropunta viene spostata entro 100 mm dalla rotazione del volantino 12. Allo stesso tempo, la testa viene bloccata nella posizione desiderata. Contemporaneamente alla paletta si muove anche il collimatore destro 15 ad essa fissato mediante un prisma rifrattivo 14.

Per leggere le dimensioni all'interno del campo di misurazione, nel telaio è installata una scala decimale 7, nella quale sono inserite nove lastre di vetro 8 con bisettrici ogni 100 mm. Sotto la paletta è presente una scala in vetro lunga 13 100 mm con divisioni ogni 0,1 mm.

Riso. 3. Schema schematico della macchina di misura

Per impostare la macchina in posizione zero, la contropunta viene posizionata sopra la piastra sinistra (zero) con una bisettrice, mentre

l'asse ottico dell'illuminatore si trova sopra la finestra della scala bisettrice. I raggi di luce dalla lampada 4 attraverso il condensatore 5 illuminano la bisettrice, passano attraverso il prisma rifrangente 14 e il collimatore 15 li raccoglie in un raggio parallelo. Poiché la bisettrice è nel fuoco del collimatore, nel fascio parallelo si ottiene un'immagine infinitamente distante della bisettrice. Inoltre, questa immagine entra nel collimatore destro 15, passa attraverso il prisma 14 e sovrappone l'immagine della bisettrice dello zero sulla scala situata nel fuoco del collimatore 13. Muovendo la paletta 10, la corsa dello zero coincide con la metà del bisettrice. Successivamente, con una microvite 12, le punte di misura vengono messe in contatto tra loro e la scala del tubo ottimizzatore viene azzerata. Successivamente la vite della colonna viene bloccata.

Durante la misurazione, la paletta viene allontanata dalla parte posteriore, quest'ultima viene combinata con la bisettrice richiesta della scala millimetrica. La parte misurata viene installata sulla linea di misurazione utilizzando un tavolo portaoggetti o lunette fisse, la paletta viene spostata finché le punte di misurazione di entrambi i pezzi toccano la parte misurata. In questo caso l'immagine della scala dell'ottimizzatore non deve uscire dal campo visivo del tubo dell'ottimizzatore. Inoltre, spostando la paletta 10, le divisioni più vicine della scala 13 vengono combinate con l'immagine della corsa della bisettrice e viene effettuata la lettura. Il numero di decimetri è determinato dal numero del piatto della scala 13, effettuando una lettura al microscopio 11 con una precisione di 0,1 mm, e centesimi e millesimi di millimetro sono determinati dalla scala del tubo ottimizzatore.

Le macchine di misura IZM-1, IZM-2, IZM-4 sono prodotte con campi di misura superiori di 1, 2 e 4 m. Il campo di misura IZM-1 va da 0 a 1000 mm per misurazioni esterne e da 1 a 900 mm per misurazioni interne; ISM-2 da 0 a 2000 mm per misure esterne e da 1 a 1900 per misure interne; ISM-4 da 0 a 4000 mm per misure esterne e da 1 a 3900 - per misure interne. Il valore di divisione è 1 µm. Errore consentito della scala bisettrice ± (0,3 + 9-10 ~ 3 £) μm, scale con dispositivo di lettura c = = 0,1 mm ± (0,7 + 1,5-10 -3 L), dove L è la dimensione nominale, mm.

Le componenti degli errori di misura sulle macchine di misura sono simili agli errori dell'ottimizzatore. Tuttavia, la componente temperatura è importante per le macchine. Gli errori di misurazione limite con il metodo di valutazione diretta delle dimensioni esterne di 1-500 mm vanno da ±1 a ±6 μm e, se misurati con il metodo di confronto, da ±1 a ±2 μm; dimensioni interne 13-500 mm rispetto ai blocchetti da ± 1,5 a ± 9 µm.

16.3 Calibri di lunghezza

I misuratori di lunghezza sono dispositivi ottico-meccanici del tipo a contatto in cui la scala è allineata con la linea di misurazione (pieno utilizzo del principio di Abbe).

Riso. Fig. 4. Schema ottico del misuratore di lunghezza verticale IZV-2

Il diagramma schematico del misuratore di lunghezza verticale IZV-2 è mostrato in fig. 4. L'asta di misurazione 4 ha una finestra longitudinale nella quale è inserita una scala di vetro 5, che ha 100 divisioni ad intervalli di 1 mm. La scala 5 è illuminata dalla sorgente luminosa 1 attraverso il filtro luminoso 2 e il condensatore 3. L'immagine della scala millimetrica viene proiettata dalla lente 11 nel piano delle griglie 7 e 8 dell'oculare 6 del micrometro a spirale. I prismi 9 e 10 deviano di 45° il fascio di raggi che esce dalla lente.

Riso. Fig. 5. Schema ottico del misuratore di lunghezza di proiezione verticale IZV-3

Il misuratore di lunghezza di proiezione verticale IZV-3 (Fig. 5) differisce dal misuratore di lunghezza IZV-2 in quanto qui, invece di un micrometro oculare, viene utilizzato un dispositivo di proiezione di lettura con un micrometro ottico. La luce della lampada / passa attraverso il condensatore 2, il filtro luminoso 3, illumina le lenti 4 e cade sullo specchio riflettente 5, illumina la sezione della scala millimetrica 6, che si muove insieme all'asta di misurazione 7. L'immagine di questa sezione della scala mediante la lente 8 attraverso il sistema prismatico 9, le lenti 10 e la lastra piano-parallela // proiettata su una griglia fissa 13 (scala dei decimi di millimetro con indice). L'arto 12 ha una scala di millesimi di millimetro. Il lembo e la griglia si trovano nel piano focale della lente 16. L'immagine delle linee millimetriche, dei decimi e dei millesimi di millimetro, nonché dell'indice è proiettata dalla lente collettiva 14, dalla lente 16 e dal sistema di specchi 15, 17, 18 sullo schermo 19.

Sul calibro di lunghezza si effettuano misurazioni assolute di misure finali, diametri di limitatori lisci, parti di carrozzeria con piani di altezza. Utilizzando goniometri di piccole dimensioni è possibile misurare i profili di camme a disco di piccole dimensioni.

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Riso. 6. Schema della sagoma orizzontale IK.U-2

Il diagramma schematico del misuratore di lunghezza IKU-2 è mostrato in fig. 6. Sulle guide del bancale / è installata una testa di misurazione 6, nella quale sulla linea di misurazione (secondo il principio di Abbe)

è installata una colonna di misurazione 23. All'estremità destra della colonna è fissata una scala millimetrica lunga 9 100 mm e all'estremità sinistra un tubo ottimizzatore. Allo stesso tempo, la sua asta di misurazione 4 può muoversi rispetto alla colonna 23 e ruotare lo specchio 5 del tubo ottimizzatore. Il movimento grossolano dell'asta di misurazione viene eseguito dal volantino 13 e quello fine da una microvite 10. Nella parte superiore sono installati uno schermo e un sistema di illuminazione. La luce proveniente dalla lampada 8 è divisa in due fasci. Il primo raggio viene rifratto dal prisma 7, illumina una sezione della scala millimetrica e proietta l'immagine della scala mediante la lente 11 nel piano di una scala bisettrice fissa 12 con un valore di divisione di 0,1 mm con una lunghezza totale di 1 mm. Le immagini combinate dei tratti delle scale 9, 12 sono proiettate dalla lente 14 sulla sezione 15 dello schermo 17. Il secondo raggio viene rifratto nel prisma 7 e diretto al cubo divisore, dove, riflesso dalla faccia traslucida , cade sullo specchio di illuminazione 20. Successivamente passa la scala optometrica 21 e la sua immagine attraverso la lente 22 viene proiettata sullo specchio 5 del tubo ottimimetro. L'immagine di autocollimazione della scala optometrica ritorna sulla faccia traslucida del cubo 19, lo oltrepassa e, riflessa dallo specchio 20, viene diretta dalla lente 18 alla sezione 16 della scala optometrica dello schermo 17. Si verificano due movimenti indipendenti aggiunto - la sonda di misurazione 23 insieme alla scala millimetrica 9 entro 100 mm e l'asta di misurazione 4 del tubo ottimizzatore entro 100 micron. Questi movimenti sono fissati sullo schermo sulle scale 15, 16.

La testa di misurazione 6 insieme alla punta di misurazione 3 viene portata sul pezzo misurato dal volantino 13. La microvite 10 sposta la colonnina di misura 23 insieme alla scala 9 finché la scala millimetrica non risulta allineata con la corsa bisettrice più vicina della scala fissa dei decimi di millimetro. La lettura viene effettuata su una scala 15, aggiungendo o sottraendo ad essa la lettura della scala 16 del tubo ottimizzatore.

I principali tipi e caratteristiche tecniche dei misuratori di lunghezza verticale e orizzontale sono riportati in GOST 14028-68.

Sono in funzione i misuratori di lunghezza verticale e orizzontale dei seguenti tipi: verticale IZV-1, IZV-2, schermo IZV-3 con un campo di lettura di 100 mm, un campo di misurazione di O-250 mm e una lettura di 0,001 mm; IKU-2 orizzontale con un campo di lettura di 100 mm, un campo di misurazione di 500 mm e da 1 a 400 mm, rispettivamente, per dimensioni esterne ed interne e una lettura di 0,001 mm.

I principali vantaggi di questi misuratori di lunghezza sono una maggiore precisione di misurazione (3 volte), una maggiore produttività (2 volte), la facilitazione del controllo manuale e semiautomatico del processo di misurazione, misurazioni assolute con elevata precisione e relative dal valore certificato dell'esemplare misurare con il risultato della misurazione visualizzato su un display digitale e un dispositivo di stampa digitale.

Le principali caratteristiche tecniche del misuratore di lunghezza verticale a lettura digitale IZV-4 sono le seguenti: limite di misura O-160 mm; risoluzione di lettura 0,2 µm; errore strumentale base ± (0,4 + L/500) 10 3 mm, dove L è la lunghezza misurata in mm.

Il misuratore di lunghezza orizzontale con lettura digitale IZG-4 ha le seguenti caratteristiche principali: limiti di misurazione per dimensioni esterne 0-500 mm, interne - 10-400 mm; risoluzione di lettura 0,2 µm; errore di base ± (0,3-M0 ~ 3 L) mm, dove L è la lunghezza misurata in mm.

Il limite di errore consentito del misuratore di lunghezza è normalizzato in base alla dimensione nominale L e al tipo di dispositivo: per verticale ± (1,4 + L / 100) micron (IZV-1); ±(1,4 + 1/140) µm (IZV-2)"; per misurazioni orizzontali ± (1,4 + L/100) µm (IKU-2) - per misurazioni esterne e ± (1,9 + L/140) µm con variazioni interne

renio. Il campo di indicazioni non è superiore a 0,4 micron, la forza di misurazione è 200 cN.

Le principali componenti dell'errore di misura con misuratori di lunghezza sono: l'errore di lettura con microscopio a spirale non è superiore a 0,001 mm per misurazioni doppie: l'errore di lettura con micrometro ottico non è superiore a 0,001 mm; errori nella differenza della forza di misura dovuti a deformazioni termiche.

Gli errori di misurazione limite con i misuratori di lunghezza variano da 1,5 a 2,5 micron, a seconda delle condizioni di applicazione.

La verifica dei misuratori di lunghezza è regolata da GOST 8.114-74 e MU-No. 341. Per la verifica vengono utilizzati i misuratori finali della 4a categoria. Dato l'uso di misure finali di grandi dimensioni, è necessario prestare particolare attenzione alla loro equalizzazione della temperatura. Per fare ciò, le misure finali vengono solitamente posizionate su una piastra metallica di blocchi di misure finali per 1-2 ore o più con una lunghezza delle misure fino a 100 mm e 100-250 mm, rispettivamente.

16.4 Catetometri

I catetometri sono dispositivi per la misurazione remota senza contatto in luoghi difficili da raggiungere delle coordinate verticali e orizzontali di prodotti difficili da misurare con metodi convenzionali.

Il catetometro (Fig. 7, a) è costituito dalle seguenti parti principali: dispositivo di mira - cannocchiale 3 mobile lungo le guide 1, dispositivo 4 per posizionare il cannocchiale in posizione orizzontale (livella o autocollimatore), scala 5 e dispositivo di lettura 2 (microscopio, nonio, lente d'ingrandimento). Nella fig. La Figura 7b mostra la disposizione ottica del catetometro KM-6, che consiste in un telescopio e un microscopio di lettura con un sistema di illuminazione. Il telescopio comprende un obiettivo 10 con lenti montate 8, un filtro luminoso 9, una lente di messa a fuoco 11, una griglia 13 e un oculare 15. Il microscopio di lettura comprende un microobiettivo 2, un prisma cubico 3, una griglia graduata 12 e un oculare 14.

La parte di illuminazione del microscopio, progettata per illuminare la scala 1, è costituita da una lampada 7, un condensatore 6, un filtro luminoso 5 e uno specchio 4.

Nel microscopio di riferimento, i raggi di luce della lampada 7 passano attraverso il condensatore 6, il filtro luminoso 5, vengono riflessi dallo specchio 4, passano attraverso il cubo-prisma 3 e attraverso il microobiettivo 2 cadono sulla superficie riflettente del scala millimetrica 1; poi si riflettono da esso e nella direzione opposta passano il microobiettivo 2, il cubo-prisma 3, "E l'immagine del tratto viene proiettata sulla griglia della scala 12. L'immagine combinata del tratto e della griglia della scala viene osservata in l'oculare 14. Quando si misurano le coordinate con un catetometro, la distanza dall'oggetto da misurare all'obiettivo è determinata approssimativamente dal telescopio. Impostare l'asse della colonna in posizione verticale in piano. Sollevare il carrello di misurazione all'altezza del punto selezionato di l'oggetto e, utilizzando un mirino meccanico, regolare approssimativamente il telescopio. Puntare l'oculare del telescopio su un'immagine nitida dell'oggetto. Puntare il telescopio sul punto selezionato a dell'oggetto in modo che la sua immagine si trovi nella metà destra dell'oggetto. la griglia al centro della bisettrice angolare a livello della corsa orizzontale. La prima lettura viene effettuata lungo la griglia della scala. Dopo aver spostato il carrello di misura nella posizione del secondo punto b, viene effettuata la seconda lettura. il segmento misurato è la differenza tra le due letture.

Riso. 7. Cateterometro

In conformità con GOST 19719-74, i catetometri sono prodotti in due tipi: B - verticale per misurare le coordinate verticali; U - universale con un dispositivo per misurare le coordinate orizzontali.

I catetometri verticali a coordinata singola KM-6, KM-8, KM-9 hanno limiti di misurazione di 0-200, 0-500 e 0-1000 mm e errori del dispositivo di lettura di ±1,5; ±2 e ±2 µm, rispettivamente.

Il catetometro universale a due coordinate KM-7 ha un limite di misurazione di 300X300 mm; errore del dispositivo di lettura ±2 µm; Il catetometro modernizzato a tre coordinate KM-9 ha un limite di misurazione di 1000 mm; errore del dispositivo di lettura ±2 µm.

I limiti di errore ammissibile dei catetometri durante la misurazione su scale standard della 2a categoria non devono superare ±(10 + L/100) µm per intervalli di misurazione su scale di 40-320 mm e ±(10 + L/50) µm su scale di 500-1250 mm, dove L è la distanza dall'estremità anteriore della lente del telescopio all'oggetto da misurare.

Quando si misurano le coordinate con i catetometri, si verificano errori dovuti a una violazione del principio di confronto, imprecisioni nella produzione dei singoli elementi strutturali, errori nell'installazione dei segni target sul prodotto ed errori di temperatura.

16.5 Sferometri

Gli sferometri sono dispositivi progettati per misurare i raggi di curvatura delle superfici sferiche mediante misurazione indiretta dell'altezza di un segmento sferico. Il diagramma schematico dello sferometro SSO (IZS-7) è mostrato in fig. 8, a. Nel corpo a forma di tazza 4 nella parte superiore è installato un anello di misura sostituibile 1, sulla cui estremità vengono premute tre sfere 10 con un angolo di 120° per basare il pezzo misurato. All'interno dell'alloggiamento, un'asta di misurazione 9 con una sfera di contatto all'estremità superiore può muoversi lungo precise guide. Nella scanalatura longitudinale dell'asta è montata una scala millimetrica di vetro 6, illuminata dal flusso luminoso dell'illuminatore 2 riflesso dallo specchio 3. L'immagine della scala millimetrica viene proiettata dal microobiettivo 7 nel piano delle scale dell'asta. micrometro oculare a spirale 8. Il contrappeso 5 assicura che l'asta di misurazione si alzi finché la sfera non entra in contatto con la superficie (con una certa forza) delle sfere.

Quando si misurano i raggi di curvatura delle superfici convesse, quest'ultimo poggia sulla superficie interna dell'anello e le superfici concave - sulla superficie esterna dell'anello, cioè lungo i punti Ki, Kg (Fig. 8, b).

Riso. 8. Sferometro SSO (IZS-7)

Durante la misurazione si posiziona una lastra di vetro di riferimento sull'anello e si effettua la prima lettura; posizionando la parte misurata sull'anello, effettuare la seconda lettura. La differenza nelle letture è l'altezza del segmento sferico.

Raggi di curvatura delle superfici sferiche /? 4 e R z sono determinati dalle formule: per una sfera convessa Ri - r 2 + h 2 /2h- q; per una sfera concava Rz=r 2 + h 2 j2h + Q.

GOST 11194-76 prevede la produzione di sferometri a contatto anulare dei seguenti tipi: SSO (IZS-7) - stazionario con un dispositivo di lettura ottica con una parte installata sul dispositivo; SNO (IZS-8) - lettera di vettura con dispositivo di lettura ottica con l'installazione del dispositivo sulla parte; SNM (IZS-9) è un dispositivo meccanico, misurazione mediante confronto con un blocchetto di riscontro.

Gamma di misurazione dei raggi sugli sferometri ССО, СНО, СНМ da 10 a 40000 mm: gamma di scale degli sferometri ССО, СНО da 0 a 30 mm e SNM da 0 a 100 mm; valore di divisione 1,0 mm; il valore di divisione della scala del dispositivo di lettura è 0,001 mm.

16.6 Microscopi strumentali e universali

I microscopi strumentali e universali sono strumenti di misura ottico-meccanici di ampia applicazione. Sono utilizzati nei laboratori metrologici degli impianti di costruzione di macchine per misurare grandezze geometriche lineari e angolari.

Riso. 9. Layout ottico del microscopio strumentale

I microscopi di misurazione strumentali sono progettati per misurare dimensioni geometriche esterne e interne, angoli di prodotti lungo la testa e il tavolo goniometrico, frese, frese, camme, modelli e altri dettagli in luce trasmessa e riflessa.

Lo schema ottico (di un grande microscopio strumentale (LMI) è mostrato in Fig. 9. La luce della lampada 1 passa attraverso il condensatore paraboloide 2, la lente 3, il filtro luminoso 4, il diaframma a iride 5, viene riflessa dallo specchio 6 e diretta alla lente con una direzione modificata di 90° 7, e da esso, con un fascio parallelo, illumina l'oggetto misurato situato sul tavolo portaoggetti 8 o al centro della paletta. L'obiettivo 9 proietta l'immagine dell'oggetto nel piano focale di l'oculare 14, dove è installata la griglia 13 della testa goniometrica dell'oculare. Nel piano focale posteriore dell'obiettivo è presente un diaframma 10, coniugato con un diaframma a iride, risultando in un percorso del raggio telecentrico.

Il prisma 11 fornisce un'immagine diretta e cambia la direzione dell'asse ottico in una direzione conveniente per l'osservatore. Il vetro protettivo 12 protegge le parti ottiche dalla contaminazione durante la sostituzione della testa dell'oculare.

Nello schema è mostrata una testa goniometrica, costituita da un oculare 14, un arto di vetro 18 con scala da 0 a 360° con valore di divisione di 1°, una griglia 13, che può ruotare con l'arto; un microscopio da lettura con obiettivo 17, un oculare 15 con griglia 16, un dispositivo di illuminazione 20 e un filtro luminoso 19.

Nella testa dell'oculare si osserva un'immagine del contorno dell'oggetto e una griglia. Simmetricamente alla linea tratteggiata diametrale, a destra e a sinistra vengono tracciate due linee tratteggiate parallele a una distanza rispettivamente di 0,3 e 0,9 mm, rispetto alla posizione dei segni dal bordo dei coltelli di misurazione quando sono in contatto con il valore misurato superficie della parte. Quando si mira, i rischi corrispondenti del coltello e della griglia vengono combinati, il che aumenta notevolmente la precisione della misurazione.

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STRUMENTI OTTICI, dispositivi in ​​cui la radiazione di qualsiasi regione dello spettro (ultravioletta, visibile, infrarossa) viene convertita (trasmessa, riflessa, rifratta, polarizzata). In omaggio alla tradizione storica, i dispositivi ottici sono solitamente chiamati dispositivi che funzionano in luce visibile. Durante la valutazione iniziale della qualità del dispositivo, vengono prese in considerazione solo le sue caratteristiche principali: la capacità di concentrare la radiazione - luminosità; la capacità di distinguere i dettagli dell'immagine vicini - potere risolutivo; il rapporto tra la dimensione di un oggetto e la sua immagine è un aumento. Per molti dispositivi, la caratteristica distintiva è il campo visivo, l'angolo con il quale i punti estremi dell'oggetto sono visibili dal centro del dispositivo.

Potere risolutivo.

La capacità del dispositivo di distinguere tra due punti o linee vicini è dovuta alla natura ondulatoria della luce. Il valore numerico del potere risolutivo, ad esempio, di un sistema di lenti, dipende dalla capacità del progettista di far fronte alle aberrazioni delle lenti e di centrare attentamente queste lenti sullo stesso asse ottico. Il limite teorico di risoluzione di due punti adiacenti nell'immagine è definito come l'uguaglianza della distanza tra i loro centri e il raggio del primo anello scuro del loro modello di diffrazione.

Aumento.

Se l'oggetto è lungo H perpendicolare all'asse ottico del sistema e la lunghezza della sua immagine H΄, quindi l'aumento Mè determinato dalla formula M = H΄/ H. L'aumento dipende dalle lunghezze focali e dalla posizione relativa delle lenti; esistono formule corrispondenti per esprimere questa dipendenza. Una caratteristica importante degli strumenti per l'osservazione visiva è l'ingrandimento apparente M. È determinato dal rapporto tra la dimensione delle immagini dell'oggetto che si formano sulla retina durante l'osservazione diretta dell'oggetto e il suo esame attraverso l'apparecchio. Aumento solitamente visibile M esprimere l'atteggiamento M=tg B/tg UN, Dove UNè l'angolo con il quale un osservatore vede un oggetto ad occhio nudo, e B- l'angolo con il quale l'occhio dell'osservatore vede l'oggetto attraverso il dispositivo.

Se desideri creare un dispositivo ottico di alta qualità, dovresti ottimizzare l'insieme delle sue caratteristiche principali: apertura, risoluzione e ingrandimento. È impossibile realizzare un buon telescopio, ad esempio, ottenendo solo un grande ingrandimento apparente e lasciando una piccola luminosità (apertura). Avrà una risoluzione scarsa, poiché dipende direttamente dall'apertura.

I design dei dispositivi ottici sono molto diversi e le loro caratteristiche sono dettate dallo scopo di dispositivi specifici. Ma quando si traduce qualsiasi sistema ottico progettato in un dispositivo ottico-meccanico finito, è necessario posizionare tutti gli elementi ottici in stretta conformità con lo schema accettato, fissarli saldamente, garantire una regolazione precisa della posizione delle parti mobili e posizionare i diaframmi per eliminare lo sfondo indesiderato della radiazione diffusa. Spesso è necessario mantenere i valori impostati di temperatura e umidità all'interno del dispositivo, per ridurre al minimo le vibrazioni, per normalizzare la distribuzione del peso, per garantire la rimozione del calore dalle lampade e da altre apparecchiature elettriche ausiliarie. L'importanza è attribuita all'aspetto del dispositivo e alla facilità d'uso.

Microscopi.

Se un oggetto viene visto attraverso una lente positiva (di raccolta), situata dietro la lente non oltre il suo punto focale, viene vista un'immagine immaginaria ingrandita dell'oggetto. Una lente di questo tipo è un semplice microscopio ed è chiamata lente di ingrandimento o lente d'ingrandimento. Dal diagramma in Fig. 1 è possibile determinare la dimensione dell'immagine ingrandita. Quando l'occhio è sintonizzato su un fascio di luce parallelo (l'immagine dell'oggetto è a una distanza indefinita, il che significa che l'oggetto si trova nel piano focale della lente), l'ingrandimento apparente M può essere determinato dalla relazione (Fig. 1):

M=tg B/tg UN = (H/F)/(H/v) = v/F,

Telescopi.

Il telescopio ingrandisce la dimensione visibile degli oggetti distanti. Lo schema del telescopio più semplice prevede due lenti positive (Fig. 2). Raggi provenienti da un oggetto distante, parallelo all'asse del telescopio (raggi UN E C nella fig. 2) sono raccolti nel fuoco posteriore della prima lente (obiettivo). La seconda lente (oculare) viene rimossa dal piano focale della lente dalla sua lunghezza focale e dai raggi UN E C uscirne nuovamente parallelamente all'asse del sistema. Qualche raggio B, che non proviene da quei punti dell'oggetto da cui provenivano i raggi UN E C, cade ad angolo UN all'asse del telescopio, passa attraverso il fuoco anteriore dell'obiettivo e poi va parallelo all'asse del sistema. L'oculare lo dirige obliquamente nel suo fuoco posteriore B. Poiché la distanza dal fuoco anteriore della lente all'occhio dell'osservatore è trascurabilmente piccola rispetto alla distanza dall'oggetto, quindi dallo schema di Fig. 2 puoi ottenere un'espressione per l'aumento apparente M telescopio:

M= -tg B/tg UN = –F/F O F/F).

Il segno negativo indica che l'immagine è capovolta. Nei telescopi astronomici rimane così; I telescopi terrestri utilizzano un sistema di inversione per visualizzare immagini normali anziché invertite. Il sistema di inversione può includere lenti aggiuntive o, come nei binocoli, prismi.

Dispositivi di illuminazione e proiezione.

Proiettori.

Nello schema ottico del faretto, la sorgente luminosa, ad esempio un cratere ad arco elettrico, si trova al fuoco di un riflettore parabolico. I raggi provenienti da tutti i punti dell'arco vengono riflessi dallo specchio parabolico quasi paralleli tra loro. Il fascio di raggi diverge leggermente perché la sorgente non è un punto luminoso, ma un volume di dimensione finita.

Diascopio.

Lo schema ottico di questo dispositivo, progettato per la visualizzazione di lucidi e cornici di colore trasparenti, comprende due sistemi di lenti: un condensatore e una lente di proiezione. Il condensatore illumina uniformemente l'originale trasparente, dirigendo i raggi nella lente di proiezione, che costruisce l'immagine dell'originale sullo schermo (Fig. 4). L'obiettivo di proiezione prevede la messa a fuoco e la sostituzione delle sue lenti, che consente di modificare la distanza dallo schermo e la dimensione dell'immagine su di esso. Lo schema ottico del proiettore cinematografico è lo stesso.

Strumenti spettrali.

L'elemento principale di un dispositivo spettrale può essere un prisma dispersivo o un reticolo di diffrazione. In un tale dispositivo, la luce viene prima collimata, ad es. viene formato in un fascio di raggi paralleli, quindi scomposto in uno spettro e, infine, l'immagine della fenditura di ingresso del dispositivo viene focalizzata sulla sua fenditura di uscita per ciascuna lunghezza d'onda dello spettro.

Spettrometro.

In questo dispositivo da laboratorio più o meno universale, i sistemi di collimazione e focalizzazione possono essere ruotati rispetto al centro del tavolo, su cui si trova l'elemento che decompone la luce in uno spettro. Il dispositivo è dotato di scale per leggere gli angoli di rotazione, ad esempio, di un prisma dispersivo e gli angoli di deviazione successivi di diversi componenti cromatici dello spettro. Sulla base dei risultati di tali letture, ad esempio, vengono misurati gli indici di rifrazione dei solidi trasparenti.

Spettrografo.

Questo è il nome di un dispositivo in cui lo spettro risultante o parte di esso viene registrato su materiale fotografico. È possibile ottenere uno spettro da un prisma di quarzo (intervallo 210-800 nm), vetro (360-2500 nm) o salgemma (2500-16000 nm). In quelle gamme dello spettro in cui i prismi assorbono debolmente la luce, le immagini delle linee spettrali nello spettrografo sono luminose. Negli spettrografi dotati di reticolo di diffrazione, questi ultimi svolgono due funzioni: scompongono la radiazione in uno spettro e focalizzano le componenti cromatiche sul materiale fotografico; tali dispositivi vengono utilizzati anche nella regione dell'ultravioletto.

Gli strumenti ottici hanno aperto all'uomo due mondi polari in termini di scala: il mondo cosmico con le sue vaste distese e quello microcosmico, abitato dagli organismi più piccoli. La trasmissione televisiva, la dimostrazione cinematografica, la ripresa rapida del terreno, la misurazione accurata delle distanze e delle velocità sono possibili solo attraverso l'uso di strumenti ottici.

I dispositivi più comuni che formano le immagini. Si tratta di un telescopio e un binocolo, un microscopio e una lente d'ingrandimento, una macchina fotografica e un proiettore per diapositive ... Un apparecchio di proiezione è uno dei dispositivi più caratteristici che formano un'immagine (Fig. 1). Se il proiettore è adattato per visualizzare un film, viene chiamato cinepresa. Se viene utilizzato per dimostrare le trasparenze, allora questo è un proiettore per diapositive. In un proiettore per diapositive, una fotografia trasparente - una diapositiva D, illuminata dalla luce di un condensatore K, viene posizionata vicino al piano focale dell'obiettivo in modo da ottenere un'immagine chiara sullo schermo. La dimensione dell'immagine dipende dalla distanza del proiettore dallo schermo. Quando si modifica questa distanza, è necessario modificare la posizione della lente rispetto ai lucidi. Se metti un oggetto illuminato al posto dello schermo, verrà visualizzato nella posizione dei lucidi. Ora, se metti una pellicola al posto dei lucidi e rimuovi il condensatore, ottieni un circuito della fotocamera.

Anche lo schema ottico dell'occhio umano ricorda quello di una macchina fotografica. L'occhio forma un'immagine sulla sua retina. La dimensione dell'immagine di un oggetto sulla retina dipende dall'angolo dal quale vediamo l'oggetto. Pertanto, il diametro angolare del Sole è 32. Questo angolo determina la dimensione dell'immagine del Sole sulla retina. Quando due punti estremi di un oggetto vengono visti con un angolo inferiore a 1, si fondono sulla retina e l'oggetto appare all'osservatore come un punto. In questo caso diciamo che la risoluzione dell'occhio non supera il minuto d'arco.

Il telescopio consente di aumentare l'angolo di visibilità di un oggetto distante. Il primo telescopio fu creato all'inizio del XVII secolo. G.Galileo. Descriviamo il percorso dei raggi provenienti da un oggetto distante in un moderno telescopio. Dai punti estremi dell'oggetto, i raggi paralleli cadono sulla lente e delineano il contorno dell'oggetto nel piano focale. Attraverso l'oculare, l'immagine viene vista ad un angolo maggiore di , al quale l'oggetto è visibile ad occhio nudo. Ingrandimento angolare del telescopio. Lo schema ottico mostrato in fig. 2 è un diagramma di un rifrattore: un telescopio con un obiettivo a lente. Un telescopio con una lente a specchio è chiamato riflettore o telescopio riflettente. Il primo riflettore fu costruito da I. Newton nel 1668 (Fig. 3).

Un telescopio con lente di diametro D consente di osservare oggetti o punti di un oggetto che si trovano a una distanza angolare , se assumiamo che la lunghezza dell'onda luminosa emessa dall'oggetto sia µm. Si scopre che maggiore è il diametro del telescopio, con il suo aiuto si possono distinguere i dettagli più fini dell'oggetto. Per i rifrattori più grandi, il diametro dell'obiettivo non supera . È tecnicamente più semplice realizzare uno specchio di grande diametro e costruire un riflettore.

Il telescopio più grande del mondo con uno specchio da un metro è stato costruito in Unione Sovietica. È progettato per osservare galassie variabili, pulsar, quasar e altri oggetti spaziali.

Per vedere un piccolo oggetto da un ampio angolo, bisogna avvicinarlo il più possibile all'occhio. Tuttavia, il cristallino raffigura chiaramente un oggetto sulla retina se è posizionato a non più di 10 cm dall'occhio. A distanze minori, la curvatura massima del cristallino non è sufficiente per ottenere un'immagine nitida sulla retina. Pertanto, oggetti molto piccoli vengono esaminati attraverso una lente d'ingrandimento o un microscopio, dispositivi che aumentano l'angolo di visibilità dell'oggetto.

Lenti d'ingrandimento inventate nel XVII secolo il naturalista olandese A. Leeuwenhoek, lo scopritore del mondo dei microrganismi, ha dato un incremento di 300 volte. Il design del microscopio fu migliorato nel 1650. Scienziato inglese R. Hooke. Ma fino agli anni '20. 19esimo secolo i microscopi non potevano competere con ottimi occhialini. Sono stati compiuti progressi attraverso lo sviluppo di complesse lenti multilente. Le dimensioni minime di un oggetto distinguibile al microscopio sono determinate dalla dipendenza: A. Qui A è una costante pari a circa 1. Per la luce verde, μm. Per vedere un oggetto con un angolo G è sufficiente un ingrandimento di 1000 volte.

Gli strumenti ottici spettrali sono progettati per studiare la composizione spettrale della luce. Svolgono un ruolo importante nello sviluppo della scienza e vengono utilizzati sia per studiare i processi che si verificano nel microcosmo sia per scopi applicati. Ad esempio, con l'aiuto delle moderne apparecchiature spettrali, è possibile giudicare la forma di un nucleo atomico ed eseguire un'accurata analisi elementare di una sostanza. Un esempio di strumento spettrale è lo spettroscopio (Fig. 4), nel quale è possibile osservare visivamente lo spettro di emissione. La parte principale dello spettroscopio è un prisma o reticolo di diffrazione. La lente raccoglie la radiazione studiata sulla fenditura di un collimatore - un dispositivo che forma un raggio luminoso a bassa divergenza - un raggio "parallelo". Tale fascio, dopo aver attraversato un prisma, si trasforma in n fasci che viaggiano con angoli diversi se la radiazione è costituita da onde elettromagnetiche di lunghezza . La lente sullo schermo darà le immagini della fenditura A, che formano lo spettro. Quando è necessario studiare la radiazione "quasi" monocromatica, ad esempio la composizione spettrale di una riga, uno strumento ad alta risoluzione viene installato in serie con uno strumento a prisma spettroscopico. I dispositivi ad alta risoluzione non possono essere utilizzati senza una preliminare decomposizione della luce, perché possono funzionare solo in una gamma di lunghezze d'onda molto ristretta.

La creazione dei laser ha aperto nuove strade nella strumentazione ottica.

I moderni giroscopi laser sono in grado di funzionare con elevati sovraccarichi meccanici e possono essere installati su razzi e veicoli spaziali. Sono stati costruiti magnetometri laser per misurare campi magnetici deboli e dispositivi per misurare la velocità delle particelle e la distribuzione dimensionale. I radar ottici laser vengono utilizzati con successo per vari scopi (Fig. 5). L'elevata luminosità della radiazione laser consente di trasmetterla su lunghe distanze e la breve durata dell'impulso laser fornisce un'eccezionale precisione di misurazione della distanza. Interessante è il misuratore di velocità laser (Fig. 6). Riflesso da una particella in movimento, la luce laser cambierà la sua frequenza di oscillazione. A velocità normali, questa variazione dovuta all'effetto Doppler è trascurabile. Eppure, grazie all'elevata stabilità di fase e alla monocromaticità della luce laser, può essere misurata e il valore misurato può essere utilizzato per determinare la velocità di una particella, ad esempio, che si muove in un flusso di fluido turbolento (vedi Turbolenza).

Fisici e ingegneri stanno sviluppando un computer ottico. La sua capacità di progettazione è di oltre 1 miliardo di operazioni al secondo, vale a dire decine di volte superiore a quella dei computer "più veloci" attualmente esistenti. La base di tale macchina saranno i dispositivi laser. E la sua memoria sarà ottica, basata sulla registrazione di dati olografici (vedi Olo-rafia). Su un ologramma 10 X 10 si possono registrare più di 100 milioni di unità di informazione: per un tale volume di informazioni sarebbero necessarie circa 1 milione di pagine di testo stampato. Con l'aiuto dell'ottica olografica, oggi vengono eseguiti calcoli matematici complessi, differenziazione di funzioni, operazioni integrali, vengono risolte le equazioni più complesse. Gli elementi ottici sono parte integrante della progettazione di molti dispositivi. Pertanto, le trasparenze ottiche controllate consentono di convertire un'immagine ottenuta con l'ausilio di radiazioni elettromagnetiche non percepite dall'occhio in radiazioni visibili.

I dispositivi ottici basati su fibra ottica consentono di esaminare gli organi interni di una persona e prevenire gravi malattie.

Quindi, i moderni strumenti ottici sono assolutamente necessari e sono ampiamente utilizzati in molti rami dell'economia nazionale, nella ricerca scientifica.