Transcript Lunety

POMIARY
OPTYCZNE 1
{ 5. Lunety. Mikroskopy. Inne
Damian Siedlecki
Podstawowa konfiguracja lunet używanych w pomiarach: Keplera.
Czasami zaopatruje się ją w układ odwracający – ale w praktyce
rzadko.
Lunety instrumentów geodezyjnych wyposażone są w wewnętrzne
układy ogniskujące lub przesuwną poosiowo część okularową wraz z
płytką ogniskową. (Po co?)
Stosunkowo rzadko w przyrządach
mierniczych stosuje się tzw. lunety
pankratyczne o zmiennym powiększeniu.
Lunety takie umożliwiają ciągłą zmianę
powiększenia bez przerywania obserwacji.
Lunety
Przyrządy kontrolno-justerskie zaopatrzone są zwykle w najprostsze
lunety typu Keplera, składające się z dodatniego obiektywu i okularu
oraz płytki ogniskowej. Oprawa obiektywu stanowi najczęściej źrenicę
wejściową i przesłonę aperturową. Oprawa płytki ogniskowej określa
z kolei kąt pola widzenia lunety (jaka to przysłona?).
Zdolność rozdzielcza lunety określona jest przez kąt między
promieniami, wychodzącymi z dwóch widocznych oddzielnie przez jej
układ optyczny nieskończenie dalekich punktów, przechodzącymi
przez środek źrenicy wejściowej.
140′′
𝜑=
𝐷
60′′
𝜃=
𝐺
𝜑
- fizykalna (wynikająca z falowej natury światła) zdolność rozdzielcza lunety wyrażona w
sekundach;
𝐷
𝜃
𝐺
- średnica źrenicy wejściowej lunety w mm;
- fizjologiczna zdolność rozdzielcza lunety (skąd te 60”?);
- powiększenie wizualne lunety;
Lunety
PARALAKSA – efekt niezgodności różnych obrazów tego samego obiektu
obserwowanych z różnych kierunków. W szczególności paralaksa odnosi się
do jednoczesnego obserwowania obiektów leżących w różnych odległościach
od obserwatora lub urządzenia obserwującego, a objawia się tym, że obiekty te
na obu obrazach są oddalone od siebie o odmienną odległość kątową lub też
nachodzą na siebie na tych obrazach w odmiennym stopniu.
Lunety
W metrologii paralaksa jest zjawiskiem błędnego odczytu wskazania
przyrządu pomiarowego, wynikającym z nieodpowiedniego kąta
patrzenia człowieka na to urządzenie, skutkiem czego linia wzroku
przechodząc przez element wskazujący pada na znajdującą się za tym
elementem skalę odczytu w niewłaściwym miejscu. Różnica pomiędzy
odczytem rzeczywistym a wartością odczytu poprawnego nazywana
jest błędem paralaksy.
Lunety
Przy naprowadzaniu lunety na cel (w warunkach zerowej/minimalnej
paralaksy) popełnia się błąd naprowadzenia (w przestrzeni
przedmiotowej) :
𝛿
∆𝛼 =
𝐺
gdzie: Δα – błąd naprowadzania wyrażony w minutach; δ – błąd
naprowadzenia zauważalny okiem nieuzbrojonym (0,1-1’); G - powiększenie
wizualne lunety.
Błąd poosiowego naprowadzenia lunety związany jest oczywiście z
głębią ostrości T, która z kolei związana jest ze średnicami źrenic:
wejściowej D i wyjściowej d:
0.6𝛿
0.6𝛿
𝑇=±
=± 2
𝐺𝐷
𝐺 𝑑
Lunety
W praktyce mierniczej i do sprawdzania oraz montażu
instrumentów optycznych używa się następujących rodzajów lunet
typu Keplera:
1) Lunety astronomiczne.
2) Lunetki justerskie:
a) pomocnicze; b) dioptryjne; c) centrowane; d) podwójne;
e) przechylne z poprzeczna poziomnicą.
3) Lunety autokolimacyjne.
Lunety
LUNETY ASTRONOMICZNE stosuje się przy justowaniu układów
bezogniskowych do ustawiania siatki (znaczników) płytki ogniskowej
w płaszczyźnie ogniskowej obrazowej obiektywu.
Obiektywy lunet astronomicznych mają ogniskową 400-1200 mm i
średnicę czynną równą 1/15 do 1/10 ogniskowej. Najczęściej stosowane
są lunety o powiększeniach 30-60x i polu widzenia w granicach 1°.
Lunety
LUNETKI POMOCNICZE stosuje się w celu zwiększenia
powiększenia
układu
obserwacyjnego.
Zbudowane
są
z
aplanatycznego obiektywu Ob, okularu Ok i płytki ogniskowej P.
 Typowe powiększenia takich lunetek to 3-6x. Przesuw dioptryjny
okularu w zakresie ±5 dioptrii. Pole widzenia wynosi ok. 8°.
Lunety
LUNETEK DIOPTRYJNYCH używa się do określania zbieżności
(dioptryjności) padających na jej obiektyw pęków promieni, do
ustawienia „zerowego” położenia okularu, sprawdzenia działek
podziałki dioptryjnej okularu oraz sprawdzenia paralaksy.
Lunetki dioptryjne mają obiektywy o niewielkim powiększeniu (4-5x) i
okulary o średnim powiększeniu (10-15x).
Ogniskowania takiej lunetki dokonuje się poprzez przesuw obiektywu
względem nieruchomej płytki ogniskowej i okularu, utrzymując w
płaszczyźnie krzyża ostry obraz obserwowanego przedmiotu.
Lunety
LUNETKI CENTROWANE używane są do ustawiania równolegle lub
prostopadle do siebie płaszczyzn a także do ustawiania osi
kolimatorów lub lunet równolegle lub prostopadle do bazowych
płaszczyzn.
Lunetki centrowane posiadają przesuwny obiektyw lub płytkę,
osadzone w mimośrodowych oprawach.
Przesuwając płytkę ogniskową lub obiektyw w takiej oprawie można
usunąć „bicie” obrazu dalekiego punktu względem krzyża
celowniczego lunetki podczas jej obracania. W rezultacie oś celowania
lunetki będzie równoległa do jej obudowy
Lunety
LUNETKI PODWÓJNE stosuje się do sprawdzania osi dwuocznych
instrumentów optycznych.
Lunetka taka składa się z dwóch
jednakowych lunetek o niewielkim
powiększeniu (4-6x), umieszczonych
we wspólnej obudowie. Osie obu
lunetek ustawione są równoległe z
dokładnością do 30” (jak poprzednio:
dzięki
mimośrodowym
oprawom
obiektywów).
W jednej z lunetek znajduje się krzyż kreskowy, zaś w
drugiej podobny krzyż z naniesionym polem tolerancji
na równoległość osi instrumentów dwuocznych.
Lunety
LUNETKI PRZECHYLNE Z POPRZECZNĄ POZIOMNICĄ stosuje
się do pomiaru skręcenia obrazu, wnoszonego przez układy
pryzmatyczne, a także do sprawdzania usytuowania kresek
celowniczych przyrządów optycznych.
Płytka ogniskowa takiej lunetki jest
obracana z dokładnością do 1’.
Kąt pola widzenia lunetki wynosi do 40°, zakres pomiaru skręcenia
obrazu ±5˚ a błąd pomiaru nie przekracza 5’.
Lunety
LUNETA AUTOKOLIMACYJNA jest częścią składową wielu
optycznych przyrządów pomiarowych (i nie tylko…). Stanowi ona
zwykłą lunetę typu Keplera, która wskutek oświetlenia jej płytki
ogniskowej staje się jednocześnie kolimatorem.
Płytka ogniskowa z naciętym na niej krzyżem K znajduje się w
płaszczyźnie ogniskowej obiektywu lunety. Między płytką ogniskową
a okularem znajduje się płytka półprzepuszczalna P, nachylona pod
kątem 45° do osi lunety. Płytka ta oświetlona jest przez żarówkę Z.
Część promieni ulega odbiciu od płytki P i oświetla krzyż K.
Lunety
Jeśli przed obiektywem lunety ustawimy prostopadle do jej osi zwierciadło,
to osiowy pęk promieni równoległych wróci tą samą drogą i utworzy
autokolimacyjny obraz w płaszczyźnie krzyża K. Autokolimacyjny obraz
krzyża i sam krzyż na płytce ogniskowej pokryją się.
Jeśli natomiast zwierciadło Z nachylone jest pod małym kątem α, to pęk
promieni odbitych odchyli się od kierunku promieni padających o kąt 2α, czyli
autokolimacyjny obraz środka krzyża znajdzie się w odległości:
′
𝑎 ≅ 2𝛼𝑓𝑜𝑏
Odległość zwierciadła od lunety nie ma wpływu na położenie obrazu
autokolimacyjnego (w płaszczyźnie ogniskowej obiektywu)! DLACZEGO?
Lunety
 Zastosowanie lunet autokolimacyjnych:
1) (z płaskim zwierciadłem) pomiar niewielkiego kąta obrotu różnych
elementów i do określenia wielkości przesunięć liniowych powodujących te
obroty;
2) do badania urządzeń, które realizują równoległe przesunięcie (np. łoża
tokarek, frezarek) – przy pomocy lunety autokolimacyjnej i zwierciadła
możemy ustawić szereg wzajemnie równoległych płaszczyzn (zaczynamy
od najdalszej – dlaczego?);
3) stosując pryzmat pentagonalny przesłaniający połowę obiektywu lunety,
można ustawić dwie płaszczyzny prostopadle względem siebie.
Lunety
Jasność obrazu i zdolność rozdzielcza lunety autokolimacyjnej zależy
od prawidłowego oświetlenia i dlatego stosuje się specjalne
oświetlacze, złożone z żarówki i kondensora
Lunety
Jasność obrazu i zdolność rozdzielcza lunety autokolimacyjnej zależy
od prawidłowego oświetlenia i dlatego stosuje się specjalne
oświetlacze, złożone z żarówki i kondensora
Lunety
UWAGA! Często nazywa się skrótowo kolimatorami celowniki
kolimatorowe, wykorzystujące skolimowaną wiązkę światła jako
znacznik celu.
 Ale to już zupełnie inna
bajka…
Lunety
MIKROSKOPÓW używa się do kontroli i pomiaru liniowych i
kątowych wymiarów części, siatek płytek ogniskowych, podziałek, a
także jako zespołów składowych przyrządów kontrolno-justerskich i
mierniczych (np. do obserwacji skal pomiarowych).
 Głównymi częściami mikroskopu są: obiektyw, tworzący
rzeczywisty, powiększony i odwrócony obraz przedmiotu oraz okular,
przez który jak przez lupę obserwujemy obraz utworzony przez
obiektyw. (Jaki obraz daje okular?).
 Główną cechą, charakteryzującą mikroskop, jest jego zdolność
rozdzielcza, na którą decydujący wpływ ma obiektyw.
Mikroskopy
𝜆
𝛿=
2𝐴
Graniczną zdolność rozdzielczą obiektywu mikroskopowego:
wykorzystujemy przy powiększeniu mikroskopu G= 1000A, stosując
skośne oświetlenie. (Co to A, λ? )
𝜆
𝛿=
𝐴
 Przy oświetleniu poosiowym:
i powiększenie mikroskopu powinno wynosić G=500A. (A czemu
wobec tego NIE stosuje się oświetlenia skośnego?)
 Średnica d źrenicy wyjściowej mikroskopu nie powinna być mniejsza
niż 0.5 mm i większa niż 1 mm. Jej wielkość wyznacza się ze wzoru:
𝐴
𝑑 = 500
𝐺
Mikroskopy
 Przy pomiarach (obserwacji) mikroskopowych, związanych z
ustawieniem ostrości, główną rolę gra głębia ostrości mikroskopu (w
przestrzeni przedmiotowej, dla obiektywów „suchych”):
0.037𝜑
𝑡≅±
𝐺𝐴
 Ważna jest też (zakres pomiarowy!) głębia akomodacji oka patrzącego
przez mikroskop:
𝐴𝑘
𝑡 = 62.5
𝐺
gdzie Ak oznacza zakres akomodacji oka w dioptriach – dla oka normalnego
Ak=7 i wtedy:
440
𝑡≅
[mm]
𝐺
Mikroskopy
Do mikroskopowych przyrządów
mierniczych stosuje się najczęściej
okulary typu Ramsdena, Huygensa,
Kellnera oraz kompensacyjne i
mikrometryczne.
Mikroskopy
MIKROSKOP AUTOKOLIMACYJNY pracuje na zasadzie podobnej
jak luneta autokolimacyjna.
Mikroskopy
Prosty mikroskop biologiczny/laboratoryjny:
Mikroskopy
Mikroskop warsztatowy:
Mikroskopy
Źródło: pl.wikipedia.org
Mikroskop projekcyjny (lanametr):
Źródło: www.ft.tul.cz
Mikroskopy
W mikroskopach pomiarowych stosuje się OKULARY
MIKROMETRYCZNE. Cztery podstawowe typy okularów
mikrometrycznych:
1) śrubowe;
2) spiralne;
3) klinowe;
4) okulary z podziałkami.
Okulary mikrometryczne
Śrubowe okulary mikrometryczne stosuje się w tych przypadkach, w
których konieczne jest wykonanie pomiarów liniowych oglądanych
przez mikroskop przedmiotów. W okularach tych przesuwanie płytki z
naniesionym bisektorem odbywa się za pomocą śruby mikrometrycznej.
Okulary mikrometryczne
Spiralny okular mikrometryczny posiada wewnątrz obudowy dwie
płytki: obrotową i nieruchomą. Na płytce obrotowej naniesiona jest
metodą fotograficzną spirala Archimedesa oraz tarczka mikronowa
podzielona na 100 działek elementarnych.
Okulary mikrometryczne
Klinowy okular precyzyjny:
Okulary mikrometryczne
Okulary mikrometryczne
Okulary mikrometryczne
Płytka ogniskowa z naniesioną skalą/krzyżem
„wydłuża” instrument optyczny o wielkość ∆:
𝑛−1
∆=
𝑑
𝑛
Okulary mikrometryczne
Szerokość kresek g
maleje wg postępu
geometrycznego o
ilorazie:
𝑞=
1
12
2
≅ 0.94
Kątowa odległość 𝛿′′
sąsiednich kresek dla
ogniskowej obiektywu
𝑓′:
𝑒
𝛿′′ = 206265 ′ [sek]
𝑓
Ilość linii na milimetr:
Test zdolności rozdz.
60𝐾𝑣
𝑁=
𝐵
𝐵 – odl. między liniami
testu [mm]
𝐾𝑣 = 1.06𝑣−1 - wsp.,
którego wartość zależy
od numeru 𝑣 testu.
Test zdolności rozdz.
Goniometr służy do pomiaru kątów dwuściennych pryzmatów i
kryształów, do pomiaru kątowej odległości linii widmowych itp.
Goniometr
Urządzenie odczytowe kręgu (dwa mikroskopy) jest sztywno
związane z ramieniem lunety. Stosuje się dwa przeciwległe układy
odczytowe, które eliminują błędy niecentryczności podziału względem
osi obrotu kręgu.
Goniometr
Goniometr z 1912 r.
Źródło: www.uvm.edu
Goniometr
Goniometr
Źródło: www.gum.gov.pl
Poziomnice:
Pomocnicze
przyrządy kontrolne
Poziomnice elektroniczne:
Pomocnicze
przyrządy kontrolne
Poziomnice laserowe:
Ale takich się nie stosuje w przyrządach optycznych…
Pomocnicze
przyrządy kontrolne
Pryzmaty pentagonalne:
pryzmat pięciokątny. Wpadające światło, odbija się od 2 płaszczyzn,
nachylonych do siebie pod kątem 45 stopni, dzięki czemu obraz jest prosty. W
pryzmacie tym, ze względu na niewielki kąt padania światła, nie zachodzi
całkowite wewnętrzne odbicie. Zamiast tego ścianki pokryte są powłoką
odbijającą światło.
Pomocnicze
przyrządy kontrolne
Pryzmat rombowy – służy do równoległego przesunięcia pęku
promieni (w przekroju romb, złożenie dwóch pryzmatów
prostokątnych).
Pomocnicze
przyrządy kontrolne
Płytka płasko-równoległa – stosowana najczęściej przy
pracach z lunetami autokolimacyjnymi.
Szkła okularowe – w zakresie od ±0,25 do ±5 dioptrii –
stosuje się przy sprawdzaniu podziałki dioptryjnej
okularów.
Soczewki długoogniskowe – służące do oglądania przez
lunety blisko położonych przedmiotów. Soczewki takie
wykonuje się jako płasko-wypukłe o ogniskowej 2,5 i 10 m.
Lupy – używane do oglądania małych części, przy
urządzeniach odczytowych w noniuszem itp. Najczęściej
stosowane są lupy achromatyczne, o powiększeniu 5-6x.
Pomocnicze
przyrządy kontrolne
DYNAMETRY są to przyrządy stosowane przy pomiarach źrenic
wyjściowych instrumentów optycznych, odległości źrenic od ostatniej
powierzchni układu optycznego okularu, a także pośrednio do
pomiaru powiększenia lunet.
Dynametr Ramsdena – składa się z achromatycznej lupy o
powiększeniu 10x umieszczonej w przesuwnej obudowie, na końcu
której umieszczona jest diafragma z otworkiem. W stałej części
obudowy umieszczona jest płytka ogniskowa z podziałką.
Pomocnicze
przyrządy kontrolne
Źródło: en.wikipedia.org
Pomocnicze
przyrządy kontrolne
Ława optyczna:
służy do zestawiania potrzebnych układów optycznych.
Pomocnicze
przyrządy kontrolne
Stół optyczny:
Pomocnicze
przyrządy kontrolne