ОПТИКОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
ОПТИКОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
М. Я. КРУГЕР, В. А. ПАНОВ, В. В. КУЛАГИН, Г. В. ПОГАРЕВ, Я. М. КРУГЕР, А. М. ЛЕВИНЗОН
СПРАВОЧНИК КОНСТРУКТОРА ОПТИКОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
Второе издание, переработанное и дополненное
Под редакцией инж. М. я. нругера и канд. техн, наук в. а. Панова
ИЗДАТЕЛЬСТВО „МАШИНОСТРОЕНИЕ44 ЛЕНИНГРАД 1968
УДК 535.8 (03)
Справочник конструктора оптико-механических приборов. Кру rep М. Я. и др. 1968 г. 760 стр.
В справочнике приведены краткие сведения по физической и геометрической оптике, основные формулы расчета оптических систем, сведения по фотометрическим расчетам, расчету ошибок механизмов приборов и расчету допусков на оптические детали и узлы. Даны расчеты и конструкции важнейших элементов и узлов, типовые технические требования на изготовление и приемку оптических приборов, применяемые материалы и покрытия.
По сравнению с первым изданием сделаны изменения и дополнения, учитывающие новые данные и пожелания читателей. Таблиц 277. Библиография— 120 назв. Рисунков 536.
Справочник рассчитан на конструкторов, исследователей и инженерно-технических работников оптико-механических предприятий; он может быть также полезен преподавателям и студентам соответствующих втузов и техникумов.
Рецензент канд. техн, наук Е. Н. Гончаренко
3—13—6 55—67
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие................................................. 13
Обозначения некоторых величин физической	оптики........ 14
Условные обозначения, применяемые на чертежах оптических деталей и схем.............................................. 15
Глава I. Физическая оптика (В. А. Панов) . ................. 17
Электромагнитная природа света........................... —
Электромагнитные волны. Шкала электромагнитных волн —
Уравнения волнового движения........................... 19
Интерференция света. Основы теории	интерферометров . .	—
Оптическая длина пути.................................. 20
Область и поле интерференции .......................... 21
Входные и выходные зрачки и люки интерферометров ...	—
Направление полос, их форма и ширина.................... —
Ширина щели при нелокализованных полосах............... 23
Допустимый, размер входного зрачка при локализованных полосах ................................................ —
Зависимость формы интерференционных полос от положения выходных зрачков и поля интерференции.............. 24
Интерференция в пластинках............................. 25
Кольца Ньютона . . . . '............................... 26
Принцип создания интерференционной картины в интерферометре ............................................ 28
Дисперсия света. Основы теории спектральных приборов . .	30
Формула Гартмана для вычисления показателей преломления оптических стекол . . . ........................... —
Принципиальная оптическая схема спектральных приборов ................................................. —
Светосила спектрального прибора ...................... 31
Линейная дисперсия призменных спектральных приборов	32
Теоретическая разрешающая способность спектральных приборов.............................................. 33
Фраунгоферова дифракция от круглого отверстия ....	35
Увеличение прибора, имеющего спектральные призмы . .	36
Кривизна спектральных линий .......................... 37
Расположение спектра относительно оптической оси камеры спектрографа........................................... —
Реальная разрешающая способность спектрального прибора ................................................. 40
Дифракционные решетки.................................. 41
Угловая и линейная дисперсии	решетки................. —
Разрешающая способность прибора с дифракционной решеткой ............................................... 42
Излучение и поглощение света ........................... 46
Монохроматическое и сложное излучения................... —
*
Соотношения между энергетическими и светотехническими величинами.............................................. 47
Расчет световых свойств на основе кривой распределения энергии по спектру .................................... 51
Радиационные постоянные абсолютно	черного тела ....	52
Светотехнические величины ............................. 53
Излучение равнояркостных поверхностей.................. 59
Реакция приемников лучистой энергии на падающий поток излучения........................................... 60
Отражение света ....................................... 64
Поляризация света при отражении........................ 65
Виды поляризации света ................................ 67
Потери света в оптических приборах...................... —
Просветление стекол ................................... 68
Расчет светопропускания и светопоглощен и я бесцветного стекла ................................................ 69
Потери света при отражении и поглощении в светофильтрах	70
Расчет интегрального коэффициента пропускания светофильтра для видимой области спектра при сложном излучении.............................................. 72
Светофильтры переменной плотности (фотометрические клинья) ............................................... 76
Расчет коэффициента светопропускания оптических приборов ................................................... —
Формулы для вычисления оптической плотности некоторых отдельных элементов оптической системы.............. 78
Распространение, света в анизотропной среде (кристаллы)	82
Двойное лучепреломление в одноосных кристаллах ...	—
Положительные и отрицательные кристаллы. Волновые поверхности Френеля...................................... —
Поляризаторы .......................................... 83
Поляризационные призмы.................................. —
Примеры расчета симметричного поля поляризации призм	87
Поляризаторы, основанные на дихроизме.................. 88
Оптические компенсаторы................................ 89
Расчет интерференционной окраски кварцевой пластинки при параллельных николях ............................... 91
Глава II. Геометрическая оптика (В. А. Панов)................ 96
Основные понятия геометрической оптики ................... —
Основные законы геометрической оптики.................... —
Закон прямолинейного распространения света............. —
Закон независимого распространения света ............. 97
Закон отражения и преломления ......................... —
Параксиальная оптика ................................... 98
Правила знаков ........................................ —
Главные точки, главные плоскости, фокусы и фокусные расстояния............................................. 99
Формулы, определяющие положение сопряженных точек
Линейное увеличение в сопряженных плоскостях ...	101
Угловое и продольное увеличения.....................  102
Узловые точки ....................................... 104
Построение изображения ................................ —
Построение с помощью узловых точек системы............ 105
Некоторые соотношения между предметом и изображением 106
Преломление луча через сферическую поверхность ....	107
Преломление через несколько сферических поверхностей 109
Оптическая сила системы ............................... НО
Инвариант Лагранжа—Гельмгольца ......................... —
Бесконечно тонкая линза ................................ —
Линзы конечной толщины................................ 111
Соединение двух оптических систем в одну систему с общей осью симметрии........................................ 112
Система из нескольких линз, расположенная в воздухе 113
Понятие о зрачках и люках. Главные лучи. Пучки лучей 115
Геометрическое виньетирование ........................ 117
Положение зрачков и люков в основных типах оптических систем ............................................... 118
Видимое увеличение оптических приборов ................ 120
Видимое увеличение лупы............................... 121
Видимое увеличение лупы, работающей с аккомодирующим или аметропическим глазом..........................  —
Видимое увеличение фотографического объектива (фотокамеры) .............................................. 122
Телескопические или афокальные системы .............. 123
Сложный микроскоп .................................... 124
Передача перспективы оптическими приборами............... —
Наблюдение предметов через лупу....................... 125
Естественное впечатление ............................. 126
Условие естественного впечатления от изображения на киноэкране............................................ 127
Общие формулы для светосилы оптического прибора ....	—
Светосила оптического прибора при малой передней апертуре •,............................................... 128
Светосила оптического прибора при малой задней апертуре 130
Субъективная яркость изображения, воспринимаемая невооруженным глазом ................................... 131
Субъективная яркость изображения, воспринимаемая глазом, вооруженным зрительной трубой................... —
Разрешающая способность оптических приборов ........... 132
С ^гласование разрешающей способности прибора с разрешающей способностью глаза ............................ —
Дифракционная разрешающая способность прибора ....	133
Глубина изображаемого пространства .................... 136
Геометрическая глубина резкости лупы ................. 138
Геометрическая глубина резкости микроскопа............ 139
Геометрическая глубина резкости зрительной трубы ...	—
Дифракционная глубина изображения ...................... —
Глубина резкости при аккомодации глаза................ 140
Аберрации центрированных систем........................ 141
Аберрации третьего порядка............................ 143
Коэффициенты аберрации третьего порядка бесконечно тонких компонентов ................................... 144
Сферическая аберрация................................. 146
Кома.................................................. 147
Условие синусов ...................................... 149
Апланатические точки ................................. 150
Изопланатическое изображение элементарной поверхности вблизи оптической оси ................................ 151
Астигматизм и кривизна изображения...................... —
Дисторсия ............................................ 154
Хроматические аберрации............................... 156
Хроматическая аберрация положения....................... —
Хроматическая аберрация увеличения ................... 157
Вторичный спектр ..................................... 158
Вторичный спектр двухлинзовых объективов................ —
Хроматическая разность сферических аберраций (сферохроматическая аберрация).............................. 159
Зависимость между волновой и сферической аберрациями —
Объективы из двух склеенных линз ..................... 162
Особенности расчета окуляров.......................... 166
Линзовые конденсоры................................... 167
Назначение асферических поверхностей ................. 170
Выражение аберраций системы через аберрации ее компонентов ................................................. —
Формулы для вычислений аберраций системы после окуляра ................................................. 171
Пример вычисления аберраций сложной системы по аберрациям ее компонентов .................................. 176
Анализ кривой широкого наклонного пучка в меридиональном сечении .....................................	178
Отражение и преломление на плоских поверхностях оптических деталей ......................................... 179
Преломление луча	через	плоскость..................... —
Отражение от плоского	зеркала......................... 181
Система зеркал........................................ 183
Преломление пучка через плоскопараллельную пластинку или призму.............................................. —
Графическое построение хода луча через плоскопараллельную пластинку (или любую ей эквивалентную призму) методом редуцирования........................ 185
Преломление лучей через призму в ее главном сечении —
Преломление луча, проходящего через призму вне плоскости главного сечения (внемеридиональный луч) ...	186
Дисперсия призм...................................... 187
Ахроматические клинья................................. 191
Габаритный расчет зрительной трубы....................... —
Условия нерасстраиваемости оптического прибора при изменении температуры ...................................... 199
Глава III. Глаз как оптический инструмент (М. fl. Кругер) 203
Оптические характеристики и свойства глаза............... —
Строение и свойства сетчатки ........................... —
Аккомодация глаза .................................... 204
Глубина резкого видения .............................. 205
Недостатки зрения ...................................... —
Влияние на остроту зрения условий освещенности ....	—
Световые пороги....................................... 206
Контрастная чувствительность.......................... 207
Разрешающая способность............................... 208
Время возникновения зрительного ощущения.............. 209
Бинокулярное зрение .................................. 210
Цветоощущение........................................ 211
Воздействие невидимых	излучений...................... 212
Глава IV. Оптические детали	и	узлы (М. Я- Кругер) ....	213
Общие сведения........................................... —
Требования к оформлению чертежей оптических деталей, узлов и схем............................................. —
Оформление рабочих чертежей деталей.................... —
Оформление рабочих чертежей узлов.................... 218
Оформление оптических схем............................. —
Линзы.................................................. 220
Конструкция линз .................................... 221
Склейка линз......................................... 223
Зеркала................................................ 224
Плоские зеркала ....................................... —
Сферические и асферические зеркала................... 225
Призмы .................................................. —
Составные призмы .................................... 242
Расчет размеров и допусков на углы призм .............. —
Призмы с одной отражающей гранью (тип А) ............ 244
Призмы с крышей ..................................... 247
Паразитные отражения в призмах....................... 248
Призменные системы для раздвижки окуляров по расстоянию (базе) между глазами......................... 250
Призмы для разделения пучков лучей................... 251
Призмы для соединения полей зрения................... 252
Клинья................................................. 254
Фаски на призмах и некруглых пластинках................ —
Дифракционные решетки ................................. 255
Сетки ................................................. 256
Растровые (трансверсальные) сетки.................... 260
Допуски на изготовление заготовок сеток.............. 261
Методы и точность нанесения делений на	сетках.......	—
Сетки с искусственной подсветкой..................... 264
Светофильтры............................................. —
Светофильтры для телескопических приборов............ 266
Стеклянные светофильтры для микроскопии.............. 267
Светорассеивающие фильтры............................ 271
Светорассеивающие экраны............................... 273
Люминесцирующие экраны .............................. 279
Защитные стекла ......................................... —
Требования к качеству и чистоте защитного стекла. Допуски.............................................. 280
Защитные стекла в бинокулярном телескопическом приборе 281
Защитные стекла для подсветок....................... '282
Защитные стекла с обогревом............................ —
Передача изображения пучком стеклянных волокон (светопроводы) ............................................ 284
Объективы ............................................. 286
Окуляры................................................ 295
Типы окуляров и их характеристики ..................... —
Автоколлимационные окуляры........................... 300
Призменные системы..................................... 302
Оборачивающие системы.................................. —
Оптические шарниры .................................. 305
Рекомендации по выбору классов чистоты .............. 305
Допуски на чистоту поверхностей оптических деталей ...	—
Глава V. Крепление оптических деталей (>7. М. Кругер) . .	310
Общие требования ........................................ —
Крепление круглых оптических деталей .................... —
Крепление призм ....................................... 317
Крепление прямоугольных призм ......................... —
Крепление прямоугольных призм с крышей............... 322
Крепление пентапризм ................................ 324
Крепление призмы Дове................................ 325
Крепление призмы Пехана > . ......................... 326
Крепление полупентапризмы ........................... 327
Крепление призмы-куба................................ 328
Крепление призмы Шмидта ............................. 329
Крепление призмы-ромба ................................ —
Крепление башмачной призмы........................... 330
Крепление зеркал.......................................   —
Крепление круглых зеркал .............................. —
Крепление некруглых зеркал .......................... 332
Крепление некруглых защитных стекол.................. 335
Крепление линейных шкал................................ 337
Соединения труб в оптических приборах.................. 338
Глава VI. Типовые конструкции оптико-механических узлов (V- М. Кругер)............-................................ 340
Узлы крепления защитных стекол........................... —
Системы визирования...................................... —
Объективы ...........................................   348
Объективы телескопических приборов..................... —
Зеркально-линзовые объективы ........................ 350
Фото- и кинообъективы ............................... 351
Микрообъективы....................................... 354
Окуляры..............................................   358
Системы смены увеличения............................... 364
Светофильтры........................................... 367
Различные узлы приборов................................ 368
Механизм клинового компенсатора........................ —
Конденсоры микроскопов .............................. 369
Выключающееся зеркало ................................. —
Крепление дифракционных решеток ....................... —
Модуляторы света..................................... 371
Лентопротяжный барабан ................................ 374
Глава VII. Диафрагмы, щели, бленды, наглазники и налобники (М. fl. Кругер) ...................................... 375
Диафрагмы..............................................   —
Расчет ирисовых диафрагм ............................ 377
Щелевые диафрагмы.................................... 384
Бленды и устройства для защиты от рассеянного света .	.	385
Способы уменьшения вредного (рассеянного) света ....	—
Наглазники и налобники ................................ 390
Глава VIII. Уровни (М. Я- Кругер) ......................... 394
Общие сведения........................................... —
Принцип действия пузырьковых уровней..................... —
Конструкции уровней.................................... 395
Глава IX. Расчет приборов на точность (В. Е. Кулагин, Г. В. Погарев,М. fl.	Кругер)........................... 402
Общие сведения.......................................... —
Расчет допусков на изготовление и сборку оптических деталей и узлов ............................................. —
Критерии качества изображения и допуски на оптические системы ............................................. 403
Расчет допусков на оптические поверхности и детали, перпендикулярные к оси пучка лучей...................... 405
Требования к оптическим поверхностям и деталям в зависимости от их местоположения в ходе лучей............ 408
Расчет допусков для наклонных плоских поверхностей и наклонных плоскопараллельных пластинок............	410
Влияние поворотов и смещений зеркал и призм..........	415
Расчет допусков на оптические детали с учетом требований к точности работы и сборке прибора .................. 423
Расчет механизмов на	точность........................ 431
Ошибки механизмов...................................... —
Причины и,виды ошибок механизмов..................... 432
Определение ошибок	механизмов........................ 436
Расчетные формулы	ошибок	механизмов............. 441
Расчеты на точность при проектировании (виды расчетов, исходные данные и условия)........................... 443
Критерии технологичности конструкций ................. —
Критерии степени влияния ошибок ..................... 451
Методы компенсации ошибок механизмов ................ 454
Проектный расчет механизмов на точность.............. 455
Проверочный расчет механизмов на точность............ 457
Примеры расчета механизмов на точность................. —
Глава X. Направляющие для прямолинейного и вращательного движения (/И. fl. Кругер)............................ 470
Общие сведения.......................................... —
Направляющие для прямолинейного движения.............. 471
Принципы конструирования направляющих.................. —
Направляющие с трением скольжения....................... —
Точность изготовления направляющих................... 478
Трение в направляющих ................................. —
Влияние температуры................................... 482
Направляющие с трением качения........................ 484
Направляющие с внутренним (молекулярным) трением . . .	491
Направляющие для вращательного движения (опоры, подшипники) ................................................... —
Направляющие с трением скольжения...................... 492
Рекомендуемые сочетания материала вала и втулки ....	—
Подшипники скольжения из пластмасс...................... 496
Фторопластовые подшипники, работающие без смазки . . .	497
Направляющие для вращательного движения с трением качения (опоры, подшипники).................................. —
Точность шарикоподшипников............................ 498
Чистота обработки и точность геометрической’формы вала и отверстия для посадки шарикоподшипников............ 502
Смазка................................................ 506
Уплотняющие устройства ................................. —
Конструкции и расчет специальных подшипников.......... 507
Направляющие (шарниры) с внутренним трением........... 509
Крестообразный пружинный шарнир..................... 511
Определение моментов трения в опорах скольжения и качения ................................................ 514
Выбор величины коэффициента трения при расчете ....	515
Чистота обработки поверхностей деталей приборов . . • .	522
Глава XI. Винтовые механизмы (М. >7. Кругер).............. 524
Винтовые механизмы точного движения..................... —
Расчет винтовых механизмов ........................... 525
Точность винтовых механизмов.......................... 527
Конструкции отсчетных винтовых механизмов............. 529
Точность изготовления ................................ —
Материалы для винтовых пар.......................... 534
Глава XII. Зубчатые передачи (М. Я- Кругер)............... 536
Общие сведения.......................................... —
Цилиндрические косозубые колеса....................... 537
Колеса с внутренним зацеплением.......................... —
Винтовые цилиндрические зубчатые передачи............... —
Червячные передачи ..................................... —
Передача с коническими зубчатыми колесами (с прямым зубом) .............................................. 540
Цилиндро-коническая передача с углом 90° между осями —
Определение коэффициента полезного действия........... 543
Корригирование зубчатых колес ........................ 544
Системы корригирования.............................. 545
Применение высотного и углового корригирования.......	546
Формулы для расчета прямозубых колес с высотной коррекцией ............................................. 548
Формулы для расчета прямозубых колес с угловой коррекцией ............................................... —
Удельное скольжение и износ зубьев.................. 549
Продолжительность зацепления.......................... —
Ошибки зубчатых передач.......................	... .	—
Допуски для цилиндрических прямозубых колес........	550
Нормы точности ..................................... 551
Материалы............................'................ 553
Конструкции зубчатых колес и передач.................... —
Конструкции цилиндрических колес с прямым и косым зубом ............................................... 554
Конструкции червячных колес........................... —
Конструкции конических колес ....................... 556
Крепление зубчатых колес ........................... 557
Контактные деформации зубчатых колес.................. 559
Дифференциалы........................................... —
Расчет моментов и усилий в зубчатой передаче.......... 567
Расчет мертвых ходов в зубчатой передаче.............. 569
Глава ХЩ. Механизмы тонкой и грубой подачи. Предметные столики микроскопов.................................   572
Механизмы тонкой подачи ................................ —
Требования к механизмам тонкой подачи ................ —
Конструкции и схемы механизмов тонкой подачи.......	573
Механизмы грубой подачи............................... 575
Предметные столики микроскопов ......................... 577
Требования к механизмам предметных столиков............. —
Конструкции предметных столиков....................... 578
Глава XIV. Отсчетные устройства (М. Я- Кругер) ....	582
Общие сведения............................................ —
Оптические отсчетные устройства .......................... —
Точность оптических отсчетных устройств............... 583
Шкаловые отсчетные устройства......................... 586
Точность нанесения линейных делений................... 587
Допуски на деления угловых шкал ...................... 588
Шкалы на металле ....................................... —
Длина штрихов......................................... 589
Толщина штрихов......................................... —
Размеры цифр ......................................... 590
Конструкции отсчетных устройств......................... 591
Применяемые материалы ................................ 599
Точные фиксаторы ......................................... —
Глава XV. Герметизация и осушка приборов (М.	Д. Кругер) 603
Общие сведения............................................ —
Конструкции корпусов приборов, сальников и	осушителей 604
Расчет элементов уплотнения .......................... 605
Глава XVI. Покрытия оптических деталей (Л4.	Д. Кругер) 610
Виды покрытий............................................. —
Основные характеристики и выбор покрытий................ 613
Глава XVII. Покрытия деталей оптико-механических приборов (Д. М. Левинзон.)....................................... 644
Назначение покрытий....................................... —
Гальванические и химические покрытия ..................... —
Обозначения покрытий.................................... —
Толщина и равномерность толщины гальванического покрытия ................................................ 646
Чистота поверхности гальванических и химических покрытий ................................................ 647
Нанесение покрытий на собранные узлы, литейные детали и детали сложной конфигурации........................... —
Свойства гальванических покрытий ..................... 648
Химические покрытия................................... 650
Лакокрасочные покрытия ................................. 651
Обозначения покрытий.................................... —
Подготовка поверхности под окраску ................... 652
Глава XVIII. Источники и приемники света (М. Д. Кругер) 654
Лампы накаливания для оптических приборов................. —
Кинопроекционные лампы накаливания ..................... 659
Лампы накаливания с йодным циклом......................... —
Лампы электрические светоизмерительные.................. 663
Ртутно-кварцевые лампы сверхвысокого давления........... 665
Газовые лампы сверхвысокого давления.................... 668
Ксеноновые лампы ....................................... —
Газоразрядные циркониевые лампы......................... —
Газоразрядные спектральные лампы с линейчатым спектром излучения .......................................... —
Высокочастотные безэлектродные спектральные лампы с парами металлов .......................................... 670
Импульсные и стробоскопические лампы.................... 672
Фотоэлектронные умножители............................ 677
Электронно-оптический преобразователь (ЭОП)................ —
Глава XIX. Организация рабочего места и конструирование органов управления приборами (Л4. Я- Кругер).......... 682
Элементы инженерной психологии............................. —
Условия наблюдения ....................................... 683
Освещенность и контрастность............................ 684
Конструкция рабочего места и компоновка приборов ....	686
Конструкция рабочего места..................._. . . .	687
Размещение органов управления........................... 688
Глава XX. Общие технические условия на изготовление и приемку оптико-механических приборов (Л1. Я- Кругер) . . .	692
Технические требования .................................... —
Организационно-технические требования ................... —
Требования к материалам ................................. —
Требования к деталям и узлам........................... 693
Качество изготовления и отделки ....................... 694
Комплектация, взаимозаменяемость частей, запасные части и принадлежности ....................................... 696
Требования к телескопическим приборам...................... —
Пыле-, влагозащищенность и герметичность приборов . . •	699
Требования к изготовлению приборов для работы в условиях тропического климата .............................. 700
Общие указания по конструированию изделий................ —
Выбор материалов ....................................... 701
Испытания приборов ..................................... 704
Глава XXI. Материалы (Л4. Я- Кругер и В. А. Панов) . . .	705
Оптическое бесцветное стекло .............................. —
Физико-химические свойства оптических стекол.........	—
Стекло листовое беспузырное............................. 713
Стекло МКР-2 (полупирекс ЛК4)........................... 714
Светорассеивающие пропускающие (молочные) стекла ...	—
Органическое стекло (плексиглас) ....................... 715
Оптические кристаллы .................................... 716
Характеристика и основное назначение кристаллов ...	—
Классификация и спектральная характеристика флюорита	719
Оптическое кварцевое стекло (плавленое) для деталей, работающих на пропускание света в одном направлении . . .	722
Механические свойства металлов и сплавов ................ 725
Нейзильбер............................................. 730
Титан и сплавы титана ................................... —
Пластмассы............................................... 737
Клеи для оптических деталей ............................. 751
Пихтовый бальзам ........................................ —
Акриловый клей ....................................... —
Клей О К-50	  752
Клей УФ-235 ......................................... 753
Смазки и замазки для оптико-механических приборов ...	—
Осушитель П-40	  755
Литература................................................. 756
ПРЕДИСЛОВИЕ
Оптико-механические приборы широко применяются в машиностроении и во многих других отраслях промышленности, а также для научных исследований в биологии, медицине, астрономии, геологии, химии, металло- и материаловедении.
Современные оптико-механические приборы представляют собой сложные технические устройства, создаваемые на основе использования разнообразных свойств лучистой энергии, оптических и электронных систем и точных механизмов.
Для дальнейшего научного и технического прогресса, повышения производительности труда и качества выпускаемых изделий в соответствии с решениями XXIII съезда КПСС требуется интенсивная разработка и расширение производства новых совершенных приборов. В связи с этим растет и потребность в технической литературе и справочниках.
В настоящем издании по сравнению с первым сделаны изменения и дополнения согласно новым техническим материалам и ГОСТам. Добавлены сведения по фотометрическим расчетам приборов, светофильтрам, призмам и призменным системам, микрообъективам, экранам, дифракционным решеткам; даны таблицы двухлинзовых склеенных объективов; дополнены примеры конструкций и узлов приборов, отсчетных устройств; включены новые источники света и фотоумножители; введены новые главы, содержащие сведения о механизмах тонкого и грубого наведения, предметных столиках микроскопов, конструктивном оформлении рабочего места и органов управления приборами.
Авторы выражают глубокую благодарность всем лицам, приславшим свои замечания или пожелания, а также инженерам Б. А. Соколову, Е. М. Петровой, В. Б. Трейеровой и Р. М. Рагузину.
В составлении справочника кроме авторов, указанных на титульном листе книги, принимали участие инж. Б. А. Соколов (ряд расчетов в гл. XI), инж. В. Н. Калинкевич (методы нанесения делений на сетках оптических приборов в гл. IV), инж. В. Н. Желудков (параграф «Направляющие с внутренним трением» в гл. X) и инж. Р. М. Рагузин (гл. XIII и частично гл. XIX).
Авторы
ОБОЗНАЧЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ВЕЛИЧИН ФИЗИЧЕСКОЙ ОПТИКИ
(в соответствии с ГОСТами 7601—55 и 7427—55)
Световые колебания и волны
Наименование величин	Обозначение
Амплитуда колебания Фаза колебания Период колебания Частота колебания Циклическая частота Скорость света в пустоте Фазовая скорость света (скорость распространения волны монохроматического излучения в среде) Длина световой волны Интенсивность колебания Разность фаз Показатель преломления Оптическая длина пути Оптическая разность хода Ширина интерференционной полосы	а, А <Р Т V, f со = 2nv с = 299 793 км/сек V К J = А2 д L — ln^ (1 — геометрическая длина пути луча в среде) А = Li — (Li и Lu — длины путей двух лучей) Ь (е)
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ НА ЧЕРТЕЖАХ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ И СХЕМ
Обозначения некоторых величин
Показатели преломления для линий С, D, F................пс,	nD, пр
Средняя дисперсия ....................................пр—пс
Коэффициент дисперсии...................................... v
Длина волны, отвечающая границе	пропускания по спектру	кпр
Длина волны, отвечающая максимуму пропускания по спектру ................................................... ^тах
Предел разрешения в сек............................... е, а
Число полос (линий) на 1 мм...........................
Обозначения основных линейных величин
Расстояние от первой поверхности системы до переднего
фокуса................................................. sF
Расстояние от последней поверхности системы до заднего фокуса.................................................... s'F,
Расстояние от первой поверхности системы до плоскости предметов ................................................ s
Расстояние от последней поверхности системы до плоскости изображений.............................................. s'
Обозначения элементов оптических деталей
Световой диаметр.............................................Св.	0
Длина хода луча в призме (геометрическая) ..................... I
Обозначения допусков
Предельные отклонения показателя преломления ... AnD Предельные отклонения средней дисперсии пр—пс .... А (пр~~пс) Предельное отклонение стрелки кривизны поверхности деталей от стрелки кривизны поверхности пробного стекла, выраженное числом интерференционных колец или полос, или допускаемая сферичность плоской поверхности, выраженная в том же измерении ............................... N
Предельное отклонение формы поверхности от сферы или плоскости, выраженное числом интерференционных колец или полос (местные ошибки)............................ АМ
Наименьшее допускаемое фокусное расстояние пластинок или призм как результат сферичности их поверхностей в мм
или м ................................................ fmla
Допускаемая общая децентрировка или децентрировка каждой поверхности (для линз) в мм (при необходимости вместо с указывается разность толщины по краю) ... с
Предельная клиновидность пластинки в мин или сек или разнотолщинность в мм................................... 9
Предельная пирамидальность призмы в мин или сек .... л Предельная разность равных по номиналу углов призмы
(с цифровым индексом угла призмы), например для прямоугольной призмы д45о в мин или сек .........	6
Классы (группы) дефектов на полированных поверхностях . . Р Класс точности пробного стекла, назначаемый по ГОСТу 2786—62, или предельные отклонения от значения расчетного радиуса поверхности в %........................ Д/?
ГЛАВА I
ФИЗИЧЕСКАЯ ОПТИКА
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ПРИРОДА СВЕТА
Светом принято называть тот вид электромагнитного излучения, который вызывает зрительное ощущение. Кроме того, в понятие свет, световое излучение включаются и такие не видимые для глаза излучения, как ультрафиолетовое и инфракрасное.
Свет обладает одновременно корпускулярными и волновыми свойствами. Одни явления (дифракция, интерференция, поляризация света) объясняются волновой природой света, другие (поглощение, фотоэлектрический эффект Столетова и т. д.) — корпускулярной теорией. Обе теории взаимосвязаны и дополняют друг друга при изучении законов оптики.
Электромагнитные волны. Шкала электромагнитных волн
Электромагнитные волны характеризуются колебанием двух векторов: электрической напряженности Е и магнитной напряженности Н. Оба вектора колеблются во взаимно перпендикулярных плоскостях в одинаковых фазах. Направление движения потока энергии электромагнитной волны определяется направлением вектора Умова—Пойн-тинга, перпендикулярного к векторам электрической и магнитной силы. Численная величина вектора Умова—Пойнтинга равна Р = ЕН, т. е. количеству электромагнитной энергии, протекающей в единицу времени через площадку в 1 см2. В изотропных средах направление вектора Умова—Пойнтинга принимают за направление луча света.
Соотношение между длиной волны Хо в вакууме и частотой коле-. с оания v = -т—, где с — скорость света в вакууме.
Ао
Длина волны X в среде, показатель преломления которой равен п, х = А». п
Показатель преломления среды есть отношение скорости распростра--	с
нения света в вакууме к скорости в данной среде: п =
При прохождении света через разные среды длина волны X изменяется обратно пропорционально п, но частота колебаний v при этом остается величиной постоянной.
На рис. 1 дана шкала электромагнитных волн. Вверху указаны методы возбуждения волн, внизу — методы их регистрации. В средней части даны длины волн в см и частота v в сек"1 (гц).
С помощью оптических методов наиболее эффективно исследуется электромагнитное излучение, характеризующееся длинами волн, расположенными в диапазоне от 0,1 А до 1 см. Этот диапазон излучений принято называть оптическим излучением и его делят на четыре области со следующими границами длин волн: рентгеновскую — от 0,1 до 50 А;
Инрра- ъ Ультра -Электрические красные-^сриолет. Рентгеновы j-лучи лучи	лучи лучи лучи
J-Ю1 3-Ю9 3-ю№ ЗЮп 3-Ю№ 3-Ю'9 3-ЮМ v сек'1
Фотографический метод Фотоэлектрический метод
Тепловые методы	Ионизация
Рис. 1. Шкала электромагнитных волн
ультрафиолетовую — от 50 А до 380 нм\ видимую (видимый свет) — от 380 до 770 нм (табл. 1); инфракрасную — от 770 нм до 1 см.
Указанные границы диапазонов и областей длин волн условны, а сами длины волн даны
для вакуума.
В табл. 2 пр иведены длины волн излучений, испускаемых некоторыми элементами.
1. ВидимЫе цвета
Видимые цвета	Диапазон длин волн в нм
Фиолетовый	380—450
Синий	450—480
Голубой	480—510
Зеленый	510—550
Желто-зеленый	550-575
Желтый	575—585
Оранжевый	585—620
Красный	620—780
2. Таблица длин волн излучений, испускаемых различными элементами
Область спектра	Длина волны в нм	Обозначение линий спектра	Элемент
Ультрафиолетовая	365,0	—	Hg
	404,7	h	Hg
	434,1	G'	H
	485,8	g	Hg
	486,1	F	H
Видимая	546,1	е	Hg
	587,6	d	He
	589,3	D	Na
	656,3	С	H
	766,5	A'	К
Уравнения волнового движения
Колебание монохроматической волны может быть описано одним из уравнений
(О
у = a sin (со/ — хх);
у == a sin 2л (v/ — kx),
где v — фазовая скорость;
2л
(о — -у?--угловая скорость;
х — угловое волновое число;
1
v = -у----частота;
. 1
k = —-----волновое число;
Л,
а — амплитуда колебания (наибольшее отклонение точки волны от положения равновесия);
X — длина волны — расстояние, на которое распространяется фронт монохроматической волны за один период колебания.
Для практики представляют интерес три частных случаях волн [115]:
1)	плоские волны (параллельный пучок лучей), распространяющиеся в идеально прозрачной среде, имеющие постоянную амплитуду а при любых значениях х;
2)	сферические волны, в которых а убывает пропорционально х, т. е. а=—^~ (а0—начальная амплитуда); энергия волн пропорциональна а2 и убывает пропорционально х2;
3)	плоские волны, распространяющиеся в поглощающей среде, т. е. _ ах
а =	2 (а— коэффициент поглощения).
Интерференция света. Основы теории интерферометров
Под интерференцией света понимается явление, возникающее при взаимодействии когерентных 1 волн и состоящее в том, что интенсивность результирующей световой волны в зависимости от разности фаз взаимодействующих волн может быть больше или меньше суммы их интенсивностей.
При своем взаимодействии когерентные волны способны образовывать новую волну, амплитуда колебания которой в каждой ее точке получается как векторная сумма амплитуд отдельных колебаний (рис. 2).
1 Когерентные волны — волны одинаковой частоты, колебания в которых отличаются постоянной разностью фаз, не изменяющейся во времени, достаточном для наблюдения.
В случае интерференции двух волн 0 и 1 с амплитудами а0 и аг результирующая волна 2 характеризуется формулой
у = у0 уг — д0 sin ср 4- ar sin (ср + д); у — Ло_1 sin (<р + Ф),
где Ло-j — результирующая амплитуда;
Л0-1 = (ао + cos d)2 + («1 sin d)2;
Л2_1 = а0 + а1 + 2e0al cos 6-
Если я0 =	= а, то
Д2_, = 2а2 (1 + cos д) — 2а2 (1 + cos •	(2)
В случае интерференции п волн с амплитудами а0, ait аг, . . ап и одинаковой взаимной разностью фаз равнодействующая амплитуда равна
(п	\2	/ л	\2
а0 + S ап C0S '16 I + IS a« Sin /i6 ’
1	/	\ 1	/
п
2 ап sin nb
tg Ф = —.	(3)
flo + У an cos nd
i
Возможность наблюдения интерференции практически ограничивается углом 2и около оси светового пучка, выходящего из источника,
Z диаметр которого 2г, т. е. 2r sin и .
Оптическая длина пути
Если после разделения пучка света на два пучка последние будут распространяться в различных средах, то при подсчете приобретаемой
волнами разности фаз необходимо учитывать изменение длины волны /. Ь при переходе из вакуума в среду I кср —------
\	пср
Оптической длиной пути называется произведение показателя преломления п на геометрическую длину пути /. Два пути световых волн, имеющих одинаковые оптические длины, называются таутохронными, так как такие пути свет проходит за одно и то же время.
Область и поле интерференции
Полем интерференции называется поверхность или плоскость, в которой исследуется интерференционная картина. Полем интерференции может быть фокальная плоскость лупы или микроскопа, через которые рассматривается интерференционная картина, плоскость фотопластинки и т. п. Интерферометры; в которых осуществляется интерференция в результате взаимодействия двух пучков лучей, называются двухлучевыми, трех пучков лучей — трехлучевыми, многих пучков лучей — многолучевыми [39].
Входные и выходные зрачки и люки интерферометров
Теорию интерферометров проще всего строят на основе вычисления производных функций от разности хода, применяя при этом законы геометрической оптики.
Большинство технических интерферометров имеет две ветви, каждая
из них представляет собой отдель На рис. 3 дана принципиальная оптическая схема двухлучевого интерферометра. Источник света L совмещен с входным зрачком интерферометра; плоскость В, в которой наблюдается интерференционная картина, служит полем интерференции (выходным люком). Две ветви интерферометра имеют общий входной зрачок и общее поле. Каждая из ветвей
оптическую систему.
Рис. 3. Зрачки и люки интерферометра
интерферометра дает изображение входного зрачка, и, следовательно, в общем случае имеются два выходных зрачка и L2. Интерферометр также имеет два входных люка Вг и В2, являющихся изображением выходного люка (поля) В. В некоторых конструкциях интерферометра и L2 или Bj и В2 совпадают друг с другом. Наличие в системах дополнительных ограничивающих диафрагм может создать два входных и два выходных зрачка. Совокупность входного зрачка L и двух входных люков Вх и В2 можно отнести к пространству предметов, а совокупность выходных зрачков Lr и L2 и выходного люка (поля) В — к пространству изображений.
Направление полос, их форма и ширина
Взаимное расположение зрачков L± и Ь2 и люка В в пространстве изображений определяет направление полос, их форму и ширину, которые характеризуются производными функции от разности хода Д. На рис. 4 показаны полосы, наблюдаемые в поле интерференции. Разность хода выражена в виде функции от координат точек поля, т. е. Д = = А (х, у).
Приращение разности хода от точки Р (х, у) к точке Р' (х dx, у dy) равно
d& = &х' dx + Д/ dy.
Вдоль полосы разность хода остается постоянной, т. е. с?Д = О, а угол наклона касательной к интерференционной полосе равен
Рис. 4. Схема определения формы, ширины и направления полос интерференции
(4)
Если найти значение для всех точек поля, то будет известна форма полос.
Ширина полосы е определяется интервалом между полосами по направлению ss, перпендикулярному к РР' (направлению полос).
Изменение разности хода на единицу длины по направлению ss „ dk выражается производной так как от полосы к полосе разность хода изменяется на величину X, то
4Д
—т— е = X. ds
Г>	о ^Д
Величину производной уравнения (4) можно определить из рис. 4. В точке поля Р сходятся два интерферирующих луча под углом со друг к другу; Vj и v2 — волновые поверхности, соответствующие этим лучам. Линия пересечения этих поверхностей перпендикулярна к плоскости рисунка. Вдоль этих линий разность хода не изменяется (эта линия соответствует линии РР'); в плоскости рисунка лежит линия ss. По расстоянию ds отточки Р приращение разности хода равно ^Д, и, сле-г/Д довательно, = со. ds
В соответствии с формулой (4)
X е = — (О
т. е. ширина полос зависит только от длины волны X и угла сходимости интерферирующих лучей.
(5)
Угол е, под которым из точки С, находящейся от точки Р на рас-,	л.	е
стоянии /, видна интерференционная полоса, равен е = — или, согласно
формуле (5),
X	X
8 = ------V = -------- 9
(til	С ’
(6)
где с — расстояние между интерферирующими лучами в точке наблюдения.
Ширина щели при нелокализованных полосах
Для получения хорошего контраста смещение интерференционных полос от крайних точек входного зрачка (щели) не должно превышать
е	а л
— ИЛИ Д	.	__
4	4
Из рис. 5 следует, что Д =	поэтому допусти-
мая ширина щели равна
_________$ ащ. доп — 4р •	Хз
Угол (3 зависит от расположения входного зрачка и входных люков. Например, если X = 0,55 мкм и (3=2",
Рис. 5. Схема определения ширины щели при нелокализованных полосах
_ *
ащ. кр — о •
то ширина щели gnn ~ = 1,5 мм. При Р = i° значение ащ.доп~ 0,01 мм.
Критический размер щели
Допустимый размер входного зрачка при локализованных полосах
Локализованные полосы появляются в результате интерференции лучей, полученных из одного первичного луча. Поэтому точка L входного зрачка и точки Вг и В2 входных люков расположены на одной Разность хода, возникающую на краях входного зрачка (рис. 6) относительно точки L, можно вычислить по формуле
Д = —
8<7 (<7 + с)
прямой х.
Рис. 6. Схема определения ширины щели при локализованных полосах
Если q > с, то
Л _	_ сц2
8<71 2	2 '
1 Лучи, выходящие из края входного зрачка и проходящие через точки
входных люков Bi и В2, строго говоря, дают систему нелокализованных полос, так как угол [3 отличен от нуля.
X
Для получения хорошего контраста при Д = — необходимо, чтобы ugon = Y ;
при X = 0,55 мкм величина с = 0,02 мм, и^оп = 7°. Если с = 11 мм, то и = 1°.
Критический угловой размер круглой диафрагмы определяется из условия Д = X	___
Зависимость формы интерференционных полос от положения выходных зрачков и поля интерференции
На рис. 7 даны три случая расположения поля относительно зрачков Lx и Ь2.
Л. Поле расположено по направлению, пер-пендикулярному к линии	Угол соо= — остается
практически постоянным. В поле наблюдаются прямые полосы постоян-X/ z „
нои ширины е-—^- (случаи соответствует схеме зеркал Френеля и др.).
Б. Поле расположено под углом ф к линии L^L^, <оф = w0 cos ф, полосы искривлены. Чем больше угол ф, X тем шире полосы е =-------.
<о0 cos Ф
В. Поле расположено по линии LrL2; & ~ и — v, s	s	as
q а + q q (а + q)
Угол сходимости со зависит от s. Приращение разности хода от центра поля до Р равно
s
Д = [<!><&=	°	S2.
J 2q (а + <7) о
Интерференционные полосы имеют вид концентрических колец, 1 /2о(а+ q) „	,	Л
радиусы которых s = у 	-—— .Максимумы интерференции наблю-
даются при Л = NX, поэтому s= г = сУ N, где
с= i/S+лй.
Радиусы колец относятся друг к другу, как корни квадратные из целых чисел.
as^“	s
Если q > а, то = М; отношение и = — определяет угловой радиус колец, поэтому
f u2 = NX.
Максимальная разность хода в направлении LjL2 равна а, следо-
,	а
вательно, число всех полос на полусфере равно п — -т-. Л
Интерференция в пластинках
Явления интерференции в пластинках используются в различных-схемах интерферометра. Примеры интерференционных схем даны на рис. 8 [36]:
1)	источник света L (рис. 8, а) и поле интерференции В находятся на произвольных конечных расстояниях от испытуемой пластинки (наблюдаются полосы смешанного типа);
2)	источник излучения расположен на произвольном расстоянии (рис. 8, б), а поле отнесено на бесконечность (наблюдаются полосы равного наклона);
3)	источник света расположен в бесконечности (рис. 8, в), а поле находится на произвольно конечном расстоянии (наблюдаются полосы равной толщины);
4)	поле Р и источник света L удалены в бесконечность (рис. 8, г). Плоскости L и В сопряжены, поэтому через каждую точку поля можно провести множество лучей.
В первых трех случаях источник света L не сопряжен с полем В, поэтому через каждую точку поля проходят только два вполне определенных луча, показанных на рисунке.
Углы пересечения со учитывают ширину интерференционных полос е\ X
е = — [формула (5)].
Угол 0 определяет критическую ширину источника света (щели), при которой контрастность полос падает до нуля.
Полосы равного наклона — интерференционные полосы, локализованные в бесконечности и образующиеся в результате прохождения
света через плоскопараллельный слой, лучей в слое соответствует определенное
Рис. 8. Интерференция в плоскопараллельной пластинке
причем одинаковому наклону положение интерференционной полосы (рис. 8,6).
Оптическая разность хода с учетом потери полуволны при отражении от первой поверхности (п> пг)
Д = 2Л Уп* — sin2 i---,
или
Д = 2nh cos i'-;	(7)
изменение разности в зависимости от изменения угла i d& = 2nh sin i' di'.
Полосы равной толщины — интерференционные полосы,
образующиеся вдоль линий равных оптических толщин слоя (при угле падения i — const), в котором происходит интерференция (рис. 8, в). Из формулы (7) при постоянных Г и п следует, что
d\ = 2п cos i' dh.
Интерференционные полосы могут служить для очень точных измерений толщин пластинки или для обнаружения небольших неровностей на поверхности.
Если принять, что чувствительность соответствует 0,1 ширины полосы (изменение разности хода на 0,1Х или 0,06 мкм), то погрешность определения толщины при нормальном падении луча (Г = 0) составляет d\	0,06	0,03
dh = -X-----7— = -77— — ----- мкм.
2п cos i	2п п
Для воздушных пластинок dh = 0,03 мкм.
С увеличением угла падения i чувствительность метода понижается.
Кольца Ньютона
Кольца Ньютона представляют частный случай полос равной толщины. Они образуются в тонком воздушном слое между двумя поверхностями стеклянных деталей, из которых одна обычно служит эталоном.
При нормальном падении лучей (i = 0) на испытуемую деталь раз-X	X
ность хода Д = 2d В точке контакта деталей Д = Система интерференционных колец, наблюдаемых в отраженном свете, образует темный центр. При монохроматическом свете темные кольца находятся от дочки контакта на расстояниях, при которых 2d равно целому числу
волн 2d — Nk (W = 0, 1, 2, 3, . . .). Если радиус г сферической поверх-ности испытуемой детали велик (рис. 9), то стрелка d = При наложении на такую поверхность плоской эталонной пластинки радиус TV-го темного кольца, наблюдаемого в отраженном свете, равен
RT = V rkN = с VN, радиус светлого кольца
=гтх +^-=с .
По измеренному диаметру кольца 2R и его порядковому номеру при данной длине волны X можно вычислить радиус сферической поверхности исследуемой детали.
В табл. 3 приведены формулы для вычисления разности радиусов испытуемой поверхности и пробного стекла.
Рис. 9. Схема образования колец Ньютона
3. Формулы для вычисления разности радиусов испытуемой поверхности и пробного стекла в отраженном свете
Разность радиусов	Предел измерения
f2 Дг = 41-<г N D2	— г
Л _ ХУУ cos а Г ~ 2(1 — cos а)	D , — > 1 при касании пробного стекла краями
kN Г ~ 2 (1 — cos а)	D — > 1 при касании пробного стекла серединой
Примечания: 1. D = 2R — диаметр наблюдаемой интерференционной картины. D 2. sin а = —— . 2г	
Каждое кольцо (полоса) соответствует приращению толщины воздушного промежутка на Если Х= 0,5* 10"3 мм, то число интерференционных полос
АГ 5007)2 Л
N = —-5— Дг.
Зависимость между фокусным расстоянием и числом интерференционных колец в плоскопараллельной пластинке, установленной перед системой в качестве защитного стекла или светофильтра,
Г =_____________
1	4М(л- 1) ’
N = Ni ± N2,
где Л\ и Л/2 — числа колец на каждой стороне пластинки.
Если обе поверхности пластинки являются одновременно выпуклыми или вогнутыми, то и М2 складывают. Если одна из сторон выпуклая, а другая — вогнутая, то AZ равно разности чисел колец.
Пример. Определить допустимую разность N защитного стекла (светофильтра), если его фокусное расстояние не должно быть меньше 1000 м. Диаметр светофильтра 50 мм, п = 1,5, X = 0,6 мкм.
N =______01_____=_______52!_____= 2
4Х(п—1)/'	4 0,5-6-10~4-106
Принцип создания интерференционной картины в интерферометре
Создание интерференционной картины основано на принципе разделения пучка лучей на два самостоятельных пучка, которые после прохождения внутри оптической системы снова сводятся в один пучок.
Элементарная освещенность в некоторой точке Р', создаваемая от источника света площадью dS в случае = аг = а,
dE = 2а2 (1 -J- cos2л-ф-dS.	(8)
В интерферометрах источник света (например, апертурная диафрагма) имеет конечные размеры. Поэтому разность хода можно представить суммой двух величин Д = Д0+бД (До — разность хода лучей, исходящих из центра апертурной диафрагмы; 6Д — приращение разности хода между осевым лучом и лучом, выходящим из некоторой произвольной точки апертурной диафрагмы). По ней выбирается источник света для освещения интерферометра. Небольшое отклонение До от нуля не вызывает заметного изменения контрастности. Однако при значительном Д вследствие недостаточной монохроматичности применяемого света контрастность интерференционных полос понижается. Величина 6Д зависит от размеров апертурной диафрагмы. Суммарная освещенность в данной точке Р найдется интегрированием формулы (8)
Е = 2a*S + 2а | cos [-у- (До + дД)] dS.	(9)
S
При вычислении освещенности в некоторой точке поля интерферометра задача сводится к нахождению 6Д и вычислению интеграла по площади действующей апертурной диафрагмы (прямоугольной, щелевой, круглой и т. д.). Контрастность интерференционных полос в данной точке
k = ^max — £min	ЦО)
£max + ^mln
где Fmax и EmJn — соответственно наибольшая и наименьшая освещенность в рассматриваемой точке поля.
Для вычисления Етах и £mln формула (9) приводится к виду
Е = 2аг [s + Pcos(-?y^)-(2 sin	,	(9а)
D f / 2лбД	\ .с n f . ( 2лбД	\
где Р	= J	cos [ —\ dS, Q	= I sin ( —\ dS.
(S)	(S)
На рис. 10 по осям координат отложены отрезки Р и Q. Конец вектора q (точка Л4) имеет координаты (Р и Q), ф — полярный угол вектора q с осью х.
Из рис. 10 следует:
Р = Q COS ф, Q = Q Sin ф, Q = У Р2 + Q2, тогда Е = 2а2 -Ь q cos ^2л	•
Наибольшая освещенность получится, когда
/ 2лД0 , \	. 2лД0 , п
cos I —-----г ф ) = 1 или —------Н ф — 2лу,
\ X /	X
где v = 0, 1, 2, 3, . . ., и будет равна £max — 2а2 (S Q).
Рис. 10. К расчету контрастности интерференционных полос
Наименьшая освещенность соответствует
/ 2лЛо .	\ i
cos(^-+,p)=-1’
т. е. при + <р = (2v + 1) л Л
Еmin — 2а2 (S — q).
Принимая во внимание выражение (4), формула для контрастности интерференционных полос примет вид
. _ Q _ S - S
В интерференционных фазовых микроскопах особое значение имеет предел разрешения по глубине (фазовый предел разрешения), так как здесь структура объекта наблюдается при сдвиге фазы. Для отражен-
X
ного света фазовый предел разрешения составляет около для про-
X
ходящего света------------jy и не зависит от числовой апертуры, если
принять во внимание, что оценка производится до одной десятой полосы. Точность измерения сдвига фазы (толщины или изменения показателя преломления) можно получить посредством дополнительного фотометри-рования гораздо большей. В этом случае предел разрешения может быть
X X
на порядок выше, т. е. и -	-----jy. Эти границы разрешения
при определенных условиях могут быть достигнуты при помощи многолучевой интерференции без фотометрирования и даже превзойдены в некоторых конструкциях интерференционных микроскопов. Так, например, точность измерения сдвигов фаз в ширинг-микроскопе и микроскопе акад. А. А. Лебедева с кристаллическими элементами при благо-X ..	,	,
приятных условиях достигает Методы фазового и интерференцион-uUU
ного контраста в микроскопе и схемы интерференционных микроскопов для биологических исследований см. [38].
ДИСПЕРСИЯ СВЕТА. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СПЕКТРАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Формула Гартмана для вычисления показателей преломления оптических стекол
Явления, обусловленные зависимостью показателя преломления вещества от длины волны света п = f (X), называют дисперсией. Для всех прозрачных веществ п монотонно возрастает с уменьшением X, т. е. фиолетовые лучи преломляются сильнее красных, что соответствует нормальной дисперсии.
Для оптических стекол зависимость и от X для видимой области спектра определяется по эмпирической формуле Гартмана
" = =
При а = 1 показатель преломления п определяется с точностью до 2—3 единиц пятого знака в области длин волн от 440 до 660 нм. Постоянные п0, с и Хо можно вычислить по трем известным значениям длины волны X и соответствующим им показателям преломления п для данной марки стекла. Зависимость п = f (X) оптических кристаллов и других веществ см. гл. XXI.
Принципиальная оптическая схема спектральных приборов
В зависимости от способа разложения света спектральные приборы делятся на призменные,'дифракционные и интерференционные [64, 104].
Рис. 11. Принципиальная оптическая схема прибора с линзовой оптикой
Принципиальная схема спектрального прибора дана на рис. 11. Осветительная система L изображает источник света / во входную щель S, расположенную в передней фокальной плоскости объектива Oj входного
коллиматора. Входная щель S изображается с помощью объективов Ot и О2 в задней фокальной плоскости Р объектива О2. Между объективами Ох и О2 б параллельных пучках расположена диспергирующая призма D. В плоскости Р может быть установлена фотопластинка для регистрации спектров. Прибор, построенный по этой схеме, называется спектрографом. Если вместо фотопластинки применяется щель, то прибор называется монохроматором. Вместо призмы D может быть установлена плоская дифракционная решетка с некоторым изменением осей входного и выходного коллиматоров.
Светосила спектрального прибора
Светосила характеризует освещенность Е% в спектре, даваемую прибором, или лучистый поток фэх, проходящий через выходную щель прибора [64].
Лучистый поток вычисляется по формуле
Фж =
для спектральной линии
Фэл = АХ
для участка АХ непрерывного спектра,
где — яркость входной щели, представляющая среднюю величину яркости по длинам волн данного участка непрерывного спектра или интегральную яркость в случае отдельной спектральной линии;
S — площадь входной щели;
Q — телесный угол, под которым видно из центра входной щели действующее отверстие системы;
тх — коэффициент светопропускания системы;
АХ определяется геометрическим изображением входной щели.
Если лучистый поток полностью проходит через выходную щель прибора и попадает на приемник (например, фотоэлемент), то светосила по лучистому потоку определяется выражением
Нк =	= SQta, или = Sfirx АХ.	(11)
В случае фотографирования спектра имеет значение освещенность, создаваемая на фотопластинке. Освещенность Е\ соответственно для спектральной линии и непрерывного спектра равна
с	S
= Вк ИЛИ Ек = Вк Qtx ах,	(12)
где S' — площадь фотопластинки, на которую падает лучистый поток Фэх-
Светосила в этом случае
S	S
Н\ = -^7- Qta или Нх = -^7- Отд ах.
Из сопоставления формул (11) и (12) следует, что светосила спектрального прибора определяется различно для фотоэлектрической и 4ютографической регистрации спектра. При визуальном рассмотрении спектра светосила определяется освещенностью на сетчатке глаза.
Линейная дисперсия призменных спектральных приборов
Линейный отрезок dl, соответствующий угловой дисперсии dft, создаваемой призменной системой между двумя лучами с соответствующими длинами волн X и К -+* dk (рис. 12) в фокальной плоскости f2 объектива камеры, равен
di = Ав = dQf2	f'2
sin e sin e ИЛИ dX — dX ’ sin e ’
где e — угол наклона плоскости спектра к оптической оси объектива камеры.
Рис. 12. Схема определения линейной дисперсии
Величина -тг- называется линейной дисперсией прибора и измеряется иА
числом миллиметров, приходящихся на единицу интервала спектра о
(мм/А, мм/нм, мм/мкм). На практике обычно пользуются величиной, обратной линейной дисперсии и выражают ее К/мм, нм/мм, мкм/мм.
В табл. 4 даны линейная дисперсия и разрешающая способность трех типов спектральных приборов. Линейная дисперсия для любой длины волны, проходящей призму в минимуме отклонения, равна
OL . а
2* sin -7Г"	f	j
dl _	2	h	dn
~ 1/,	. • , a’’ sin e '~dk’
у 1 — n2 sin2-^-
где k — число призм;
a — преломляющий угол призмы.
4. Линейная дисперсия и разрешающая способность спектральных приборов [64]
Тип прибора	Линейная дисперсия на 1 мм	Предел разрешения
Призменные с малой и средней дисперсией	loo-ю А	Ю3—10s
Большие призменные приборы и дифракционные решетки	10—1 А	105—5-105
Интерференционные приборы	0,1—0,01 А	До нескольких миллионов
Линейная дисперсия призмы в задней фокальной плоскости объектива камеры, когда лучи любой длины волны не идут в минимуме отклонения,
dl sin «4 dn
cos (J cos i'2 sin e
где q и i2 — углы преломления луча на входной и выходной гранях призмы.
Пример. Определить линейную дисперсию спектрографа с фокусным расстоянием объектива камеры /2 = 50 см, содержащего призму а = = 60°, см. стр. 188; призма находится в минимуме отклонения, если е = 90°.
Выражая X в А, а остальные длины в мм, получим
dl	о
-yr- = 540,3 -10~8-500 = 0,0027 мм/А, аХ
отсюда расстояние между D-линиями натрия (АХ = 6 А) равно
Д/ = I -%- I ДХ = 0,0027-6 = 0,016 мм.
I dl I
Величина, обратная линейной дисперсии, равна
~dT = ода = 370 ^,мм'
Теоретическая разрешающая способность спектральных приборов
Разрешающая способность ограничивается явлением дифракции света от действующего отверстия призмы или от отверстия коллиматорных объективов.
2 Заказ 1902
При дифракции на одной щели (рис. 19) положение минимумов при нормальном падении света определяется формулой
a sin ф — тК,
(13)
где ф —- угол дифракции;
т — порядок минимума;
а — ширина щели.
В основу оценки разрешения двух спектральных линий равной интенсивности положен критерий Рэлея, в соответствии с которым указанные спектральные линии считаются разрешенными, если центральный дифракционный максимум второй линии совпадает с первым минимумом первой линии (см. рис. 30, гл. II). Критерий Рэлея является условным и в некоторых случаях заниженным; например, современные фотоэлектрические установки и контрастная фотопластинка регистрируют различие в освещенностях или в световых потоках до 5% и менее.
Принимая во внимание дифракцию в действующем отверстии СЕ = X
= D (рис. 12) по формуле (13) при т — 1, угол ф= — (при малом
угле ф) дает угловое расстояние между центральным дифракционным максимумом и первым минимумом. По условию Рэлея этому угловому расстоянию ф должно соответствовать угловое расстояние ДО между разрешенными двумя спектральными линиями, отличающимися на ДХ
по длине волны
Угловое расстояние ДО можно выразить через угловую дисперсию —рг а/*
призмы:
ла
ДО = —yr* дх «X
X d0
По условию Рэлея ф = ДО, тогда — = — ДХ и и йк
A n r dk dk ’
(14)
т. е. разрешающая способность определяется двумя величинами: D — действующим отверстием прибора (в данном случае отверстием призмы) и угловой дисперсией призмы. Эта формула справедлива для всех спектральных приборов.
Принимая во внимание формулу (97) гл. II, когда призма находится в минимуме отклонения, формуле (14) можно дать иное выражение:
X г~ ДА
2D sin
У 1 — n2 sin2
dn dX"’
2D sin-^-
Из рис. 13 при L —------- - имеем
у 1 — п2 sin2 ~ —	_ г dn
Г~ ДА "ЗГ»
(15)
т. е. разрешающая способность спектрографа пропорциональна основанию призмы (если она полностью заполнена пучком света) и дисперсии ее материала.
Если прибор содержит k одина-
ковых призм, то
Рис. 13. Определение величины основания призмы
В случае неполного заполнения призмы пучком света вместо L в формулу (15) следует подставить разность геометрических путей крайних лучей 1 и 2, ограниченных действующим отверстием D объектива (рис. 13). Например, разрешающая способность
призмы А'В'С' равна разрешающей способности призмы АВС при одном и том же действующем отверстии D объектива. Поэтому в формулу (15) следует подставить величину L' = В'С'. Из этого очевидно, что нецелесообразно делать размеры призмы большими, чем размеры действующего отверстия объектива коллиматора.
Рис. 14. Дифракция от круглого отверстия объектива: а — общий вид дифракционной картины; б — кривая распределения освещенности
Фраунгоферова дифракция от круглого отверстия
Фраунгоферова дифракция от круглого отверстия дает центральное светлое пятно (диск Эри) диаметром п = 2X3,83 оптических единиц [86 К окруженное рядом темных и светлых концентрических колец (рис. 14).
Первое темное кольцо (первый минимум) находится под углом <pmln к нормали к плоскости отверстия и соответствует условию
122 k
Sin финн —	>
где D — диаметр круглого отверстия.
Радиус первого темного кольца в задней фокальной плоскости объектива, фокусное расстояние которого f', равен
122Х
r3pu—f' sin фпНп — Г •
Освещенность Ер в некоторой точке Р', расположенной от оптической оси на расстоянии z't вычисляется по формуле
Ер~ • 2л / /
где п = -у- z umax выражается в оптических единицах;
Ji — функция Бесселя первого порядка.
Ер в центре дифракционного пятна принята за единицу. Ер = О при следующих значениях п: 3,83; 7,02; 10,17; 13,32; 16,47; 19,62 и соответствует максимумам при значениях /г, приведенных в табл. 5.
5. Зависимость Етах от п
№ светлого кольца	п	^тах	Распределение энергии по кольцам в %
Центральный диск Эри	—	—	83,78
1	5,13	1,75	7,22
2	8,42	0,416	2,77
3	11,62	0,160	1,46
4	14,80	0,078	0,91
Остальные кольца	17,95	0,044	Остальное
		Итого	100
Увеличение прибора, имеющего спектральные призмы
При использовании в приборе спектральной призмы необходимо рассматривать увеличения в двух плоскостях» в плоскости главного сечения призмы и в плоскости, перпендикулярной главному сечению. В главном сечении призма обладает увеличением, которое равно единице только для лучей, идущих в минимуме отклонения [85]. Угловое увеличение призмы в главном сечении равно отношению выходного угла к входному для лучей, выходящих из одной точки предмета (рис. 15).
^2 cos ц cos ОУ = —77— = ----'-----F .
cos ij cos i2
При прохождении пучка лучей в минимуме отклонения линейное увеличение системы равно а'	/2	1
U = --- —-----— • -;--,
a	f	sin е
где а и а' — соответственно ширина щели и ее изображение.
Так как входная щель располагается параллельно преломляющему ребру призмы, то ее линейное увеличение к плоскости, перпендикулярной главному сечению, равно отношению
V = — =_______
h f'l'
где h и hl — соответственно высота щели и высота ее изображения.
Кривизна спектральных линий
Бесконечно удаленная прямая линия, параллельная ребру призмы (например, изображение щели или спектральной линии S, расположенной в переднем фокусе объектива Oj коллиматора; см. рис. 11) и рассматриваемая через призму, кажется искривленной по дуге окружности с вогнутостью, обращенной в коротковолновую область спектра. Когда призма не находится в положении наименьшего отклонения лучей, кривизна и стрелка прогиба линий, рассматриваемых в задней фокальной плоскости объектива О2, соответственно равны [74, 96]
1	м2-	1
Q	П	/
R	nf2
и 1 Г- и2-1
Ппр - ~2- • *2 п
sin а
cos i\ cos i'2
tg20
-----?-----— sin a, cos cos i2
где 0 — угол, под которым из центра объектива О2 видна данная точка линии (щели), расположенная в плоскости изображения.
Если призма находится в положении минимума отклонения, то
a
_1_2 (пг— 1) S‘n ~Г = 2 (п2 — I) tg 11 .
R~ < ’ ~
„	. sin-x-
^-/2^---^—2	tgO.
J/ 1 - n2 sin2
Пример. Определить радиус кривизны спектральной линии для призмы с прямоугольным углом a = 60°, п = 1,6 в положении минимума отклонения (в долях фокусного расстояния объектива).
R	/1-^sin^ _ 16
f, 2(п2—1)’	. a ~ 3,12	0^
2	sin —
Если в приборе имеется несколько призм, то кривизны, вызываемые отдельными призмами, не просто складываются, а каждая кривизна q должна быть помножена на увеличение в главном сечении следующих за ней призм
Расположение спектра относительно оптической оси камеры спектрографа 1. Коллиматорный объектив ахроматизован, а камерный объектив состоит из простой л и н -з ы [96]. Спектр располагается под углом е к оптической оси объектива (рис. 12).
2 sin -5- An tge = —= 1/1 —n2 sin2
ri — 1
An' ’
где пип' — показатели преломления соответственно призмы и объектива камеры
Если призма и объектив камеры выполнены из одного и того же материала (например, кварца), тогда
2 (п — 1) sin
Ап = Ап', п' = п; tg е — ——=======.
j/ 1 — й2 sin2
Если угол призмы а == 60е, то
tg в =
2(п-1) /4-й2‘
Для кварца п = 1,59 (кср « 2570 А) значение в = 44®. В этом направлении следует располагать и фотографическую пластинку (кассету спектографа).
При использовании для объектива более легких сортов стекол, чем для призмы, т е. при An' <« Ап, угол 8 будет увеличиваться.
2.	Объективы коллиматора и камеры неахро-матизованы (простые линзы). Смещение фокуса ds2 в пространстве изображения при переходе от X к соседней длине волны X—dX
Если оба объектива выполнены из одного вещества, то для каждого фокусного расстояния имеем df' _ dn'
тогда
*2 = - J- (/1 + М /1 п
Для случая автоколлимационного спектрографа = f2= f и ds2 — —2f —----j-. Знак минус соответствует тому, что при увеличении
показателя преломления (dn'£> 0) фокусное расстояние уменьшается: ds2 <5 0.
Угол наклона кассеты в точке на оси спектрографа (при условии, что на оси находится луч, проходящий призму в минимуме отклонения)
2 sin -Г dn fl(n'-l) |/ 1 _ „г sin2 -J- ’	+
Если объективы и призма изготовлены из одного вещества, например кварца (п' = п), тогда
(п — 1) sin tg 8 =------------- - .
(4 + ^)	1—n2sins-^-
2000	2100 2200 2300 240025002600 2800 3000	3500 4000
а \	’ I ’ I • I I I I I I I I I I 111 11111 Illi lllllllllllll
2000 2200 2000 2Б00 2800 3000 3200 3000 3600 3800 0000
Н I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I | I I I I I I I I I I h |
Рис. 16. Сравнение шкал спектрографа с призмами (а) и дифракционной решеткой (б) для нормального спектра (оба спектра одинаковой длины)
40	50	60 70 00 100	150 200 240 1Ч0*т
Рис. 17. Вид призматического спектра Солнца лк, ~
1--1--1—I-Г 1 1 I—I—I-1-1-Г-1—I—I—П^Г--|--1—1—	< I .	о
4Z7 60 80 100 120 100 160 180 200 220 200 260 М0‘нк
Рис. 18. Вид нормального спектра Солнца
Для автоколлимационного кварцевого спектрографа, когда = /2, то
(п— 1) sin tg е =	.— --------- .
У 1 — п2 sin2 ~
В случае 60-градусной призмы (а = 60°) ,	п — 1
tg е = —= . /4 — п2
Примем п — 1,59 (кварц, X = 2570 А), тогда tg е — 0,486 и е = 26°.
Спектр, даваемый призмой, менее удобен, чем нормальный спектр дифракционной решетки, так как его фиолетовая часть растянута значительно сильнее красной (рис. 16—18 и табл. 14 гл. II). Дисперсия в призматическом спектре меняется обратно пропорционально X3. Поэтому при исследовании распределения интенсивности в непрерывных спектрах следует всегда вносить поправку на зависимость дисперсии от длины волны. Чтобы получить спектр приближающимся к нормальному, необходимо все ординаты интенсивностей призменного спектра разделить на Xs.
Реальная разрешающая способность спектрального прибора
Реальная разрешающая способность прибора зависит от следующего:
1)	ширины щели спектрального прибора и условия ее освещения (когерентное или некогерентное освещение);
2)	разрешающей способности приемника излучения (фотоэлемент, фотопластинка, глаз и т. д.);
3)	погрешностей оптической системы.
Реальная разрешающая способность спектрографа (фотографическая регистрация спектра) определяется по формуле
______X______X f2 dQ rp ~ bkp ~ Р sin е dX ’
где Р — предельное разрешимое пластинкой расстояние в мм.
Разрешающая способность прямо пропорциональна f2- Однако светосила прибора резко уменьшается, если увеличить f2.
Эффективное действующее отверстие прибора определяется по формуле
п X *	1
Для определения разрешающей способности пользуются нормальной шириной входной щели [39, 64]
ХД ан =	= XX,
где Д — фокусное расстояние объектива переднего коллиматора. При этой ширине
тральной линии
X .-I
D ^2|’ T’
а' —
е. той
щели геометрическое изображение ширины спек-^2
а —
равно дифракционной ширине =
наименьшей ширине, которую может обеспечить прибор при бесконечно тонкой щели.
Вследствие конечных размеров ширины щели практический предел разрешения меньше теоретического и может быть вычислен по формуле [93]
X
Гпр ~ 'теор d , . хг s г ‘г Л 2sd + Xf'
где s — ширина щели;
f' — фокусное расстояние объектива коллиматора;
d — действующая ширина светового пучка.
3
Для оптимальной ширины щели sonrn — следует гпр = — гтеор
В инфракрасных лучах, когда работают с широкой щелью, которая по энергетическим причинам превышает оптимальный размер, частота спектра определяется условием
R-r	К
К — r теор ~j s -Н
Рис. 19. Схема прозрачной дифракционной решетки
Дифракционные решетки
По форме рабочей поверхности дифракционные решетки делятся на плоские и вогнутые, а по свойству материала — на прозрачные и отражательные.
Прозрачная дифракционная решетка (рис. 19) представляет совокупность строго
параллельных щелей, разделенных непрозрачными промежутками: а — ширина щели (штриха), b — расстояние между щелями; d — а 4* b — называется постоянной или периодом решетки.
Современные решетки, как правило, работают на отражение. Отражательные решетки представляют собой совокупность штрихов — канавок, расположенных на опреде
*2
d
Р-----
р’
Рис. 20. Теоретический профиль штриха ступенчатой решетки и схема отражения света:
AZ1 — нормаль к поверхности решетки; — нормаль к грани решетки; а — угол падения лучей; <р—угол дифракции
ленном расстоянии друг от друга (рис. 20). Отражающим свет элементом служит отражающая грань. Наклон грани к общей плоскости РР' решетки определяет угол «блеска» решетки; при дифракции света в направлении этого угла решетка дает максимальную интенсивность света.
Угловая и линейная дисперсии решетки
Положение главных максимумов решетки определяется из основного уравнения [30, 104]
d (sin а + sin ф) =	(17)
где k — положительные или отрицательные целые числа, так как угол ф может быть расположен по обе стороны от регулярно отраженного луча ф = а.
Каждому значению k= 1, 2, 3 и т. д. соответствуют спектры 1, 2, . . ., k-ro порядка.
Практически решетки применяются при углах а и ф до 65°, что позволяет наблюдать предельную длину волны до Хпр — b,8d; поэтому решетка с 3600 иипр/мм пригодна только до X = 500 нм.
Изменение угла ф, соответствующее изменению длины волны на единицу, носит название угловой дисперсии решетки. Дифференцируя (17) по длине волны X при постоянстве угла падения а для всех длин волн, получим формулу для вычисления угловой дисперсии
dq _ k dk ~ d cos ф *
Дисперсия минимальна при ф — 0°. При малых значениях ф косинус изменяется медленно, поэтому угловая дисперсия практически остается постоянной. Такие спектры с постоянной дисперсией, расположенные вблизи нормали к решетке, называют нормальными (рис. 16).
Разрешающая способность прибора с дифракционной решеткой
С вопросом о разрешающей способности спектрографа связано понятие о ширине спектральной линии. Для бесконечно узкой или «нормальной» щели прибора принято считать, что ширина спектральной линии определяется угловым размером Дф центрального дифракционного максимума по формуле
Дф = — ------= —L_.	(18)
т N d cos ф / cos ф	4
Его линейная ширина s = Дф»^ s £ > Nd= I — ширина заштрихованной части решетки; f'2 — фокусное расстояние объектива камеры.
Пример. Х = 6000 А, 1= 100 мм, ф = 0, тогда Дф = 6-10"8 или 1,2".
Формула (18) определяет угловой размер дифракционного максимума при дифракции в действующем отверстии решетки, равном / cos ф для угла дифракции ф.
Предел разрешения дифракционной решетки пропорционален порядку спектрами числу штрихов N:
= Ш	(19)
где ДХ — разность сумм волн двух спектральных линий, дифракционные максимумы которых видны раздельно;
X — средняя длина волны разрешаемых линий.
Предел разрешения можно вычислить по формуле
г = (sin а + sin ф) = -4- (sin а + sin ф).	(20)
Л	Л
6. Классификация дифракционных решеток (приближенная)1
Наименование характеристик	Спектральная область	1												
	рентгеновская, вакууг пая и ультр. фиолетовау			и- ультрафиолетовая а-	и видимая I				инфракрасная					
Длина волны	1—200 НМ			200—750 нм				0,75—5 мкм				5—50 мкм	50 мкм— 1,5 мм
Число штрихов на 1 мм	2400—100							600—100				100—25	25-0,3
Форма поверхности заготовки	Вогнутые	11111 1											IIIIIIIIIHIIIIIIIIIII	
	1	III		1	1	Плоские							
Свойство материала							Прозрачные						
	Отражательные												
Типы решеток по их назначению	Решетки для рентгеновской, ультрафиолетовой и видимой областей							Эшелетты					
					Эшелле							1	
							Метрологические			।			1
	Специальные												
Максимальная ширина нарезной поверхности 1 По материалам Ф. М. Герасимова.	До 100 мл			1	До 300 мм								До 500 мм	
Дисперсия света. Основы теории спектральных приборов
Для автоколлимационной установки при а = ф
2/ .
Г = — Sin ф
21
В предельном случае <р = 90°, поэтому г=
С точки зрения повышения дисперсии прибора выгодно работать в высшем порядке спектра. Так как интенсивность спектральных линий быстро падает с увеличением порядка спектра, то обычно не пользуются порядком выше четвертого. Исключение представляют ступенчатые отражательные решетки Эшелле, у которых k доходит до 100 для инфракрасной области спектра. Поэтому, чтобы иметь прибор с хорошей дисперсией и разрешающей способностью в спектрах низкого порядка, применяют дифракционную решетку с малым значением ее постоянной d и с достаточно общим числом штрихов. Решетки отличаются друг от друга частотой штрихов, размерами нарезанной площади, формой поверхности и другими характеристиками. В табл. 6 даны приближенная классификация решеток и спектральная область их применения.
7. Размеры плоских и вогнутых решеток, применяемых в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра
Форма решетки	Размер заготовки в мм	Размер заштрихованной поверхности в мм 1		Радиус кривизны вогнутых решеток в м
		плоские решетки	вогнутые решетки	
Круглая	70X10 90X15 120X15 150X20 170X25	60X50 80X70 100X90	50X40 60X50 80X60 100X60 145X70	0,5 1 2 3 6
Круглая со срезанными сегментами	120Х60Х 15 150X75X20 150X110X20 240X160X30	100X40 120X60 100X90 180X130	—	—
Прямоугольная	40 X 20X10 40X30X10	—	18X30' 28X30	1 2
Квадратная	70X70X 10 90X90X10 120X120X10 120X120X15 170X170X25 220X220X35	60X50 80X70 30X30; 40X40 100X90 150X140 200X 180	—	—
1 Первое число соответствует ширине решетки, второе — длине штриха.
В табл. 7 даны размеры плоских и вогнутых решеток, а в табл. 8 — характеристики решеток по группам. Решетки, предназначенные для
8. Характеристики решеток по группам
Характеристики решетки	Группы		
	1 1	II	III
Рабочие порядки спектра для решеток в штр/мм-. 1200 600 300 200	1 1 и 2 1—4 1—6	1 1 И 2 1—4 1-6	1 1 и 2 1 и 2 1 и 2
Разрешающая способность	Соответствует теоретическому значению	Не менее 0,9 от теоретического значения	Не менее 0,3 от теоретического значения
Интенсивность фона и спутников вблизи монохроматических линий	Не более 0,5% от интенсивности линий	Не более 2% от интенсивности линий	Не нормируется
Относительная интенсивность духов Роуланда в пересчете на первый порядок решетки 600 tump!мм	Не более 0,1%	Не более 0,2%	Не более 0,5%
Относительная интенсивность духов Ляймана	Не более 0,01%		
Угол «блеска» 1	В соответствии с заданной областью высокой концентрации света решетки могут иметь значения в пределах от 5 до 60°		
Угол отклонения «блеска» от заданного значения	Не более 0,1%		
Коэффициент отражения в максимуме концентрации	Не менее 30%		
Предельные возможности использования в приборах с фокусным расстоянием объективов камер 1 Под углом «блеска» подр шетке и направлением пика ма ционной установке решетки. Чи< рабочей плоскости штриха.	Любое фокусное расстояние )азумевается yi ксимума конце с лен но угол «бл	1—3 м гол между нор нтрации при а ,еска» равен yrj	малью к ре-втоколлима-iy наклона а
ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областей спектра нарезаются преимущественно на слоях алюминия, нанесенных на стекло методом испарения в вакууме; эшелетты для средней и далекой инфракрасной областей нарезаются на металлических заготовках из меди, сплавов алюминия, магния или на специальных металлических покрытиях, полученных электрическим способом.
В настоящее время широко используются копии с дифракционных решеток (реплики), получаемые методом копирования на основе применения полимеризующихся пластмасс. Дифракционные решетки изготовляются на алюминиевых слоях или непосредственно на полированной поверхности стекла (см. гл. IV).
Материалом заготовок служит стекло марок ЛК4, ЛК5, ЛК7.
Решетки типа вогнутых прямоугольных и круглых (заготовки 70Х X 90 мм) со штрихами, нарезанными непосредственно на полированной поверхности стекла марки Ф1, предназначены только для работы в рентгеновской, вакуумной и ультрафиолетовой областях спектра.
При заказе решеток указываются следующие характеристики: тип решетки (плоская или вогнутая); для вогнутых решеток указывается радиус кривизны; количество штрихов на 1 мм; размер нарезаемой поверхности (первое число — ширина нарезаемой поверхности, второе — длина штриха в мм); рабочий порядок спектра; область высокой концентрации света; для какого прибора предназначается решетка (указываются фокусное расстояние объектива камеры спектрографа и угол между падающим и дифрагированным пучками), и другие свойства решетки, интересующие заказчика.
ИЗЛУЧЕНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА
Монохроматическое и сложное излучения
Процесс испускания электромагнитных волн материальной системой называется излучением.
Оптическое излучение характеризуется энергией излучения, переносимой электромагнитными волнами, и спектральным составом, т. е. диапазоном длин волн в пределах от 0,1 А до 1 см (ориентировочно).
Монохроматическое излучение — простейший вид излучения вполне определенной длины волны X; его полная характеристика определяется мощностью или потоком излучения.
Большинство источников света испускает сложные по спектральному составу излучения, состоящие из совокупности монохроматических излучений.
Различают два вида сложного излучения.
1. Излучение, имеющее прерывный линейчатый спектр, т. е. состоящее из конечного числа монохроматических излучений. Полная характеристика такого излучения определяется мощностью входящих в его состав монохроматических излучений.
2. Излучение, имеющее непрерывный спектр, содержащий непрерывный ряд монохроматических излучений. Для полной характеристики такого излучения необходимо знать его общую мощность, а также ее непрерывное распределение по длинам волн внутри всего спектрального состава.
Если в спектральном промежутке от X до X + ДХ энергетический поток излучения равен б/Ф3, то отношение
I^U=’‘=/w
характеризует монохроматический поток излучения с длиной волны X и называется спектральной плотностью потока излучения.
Спектральной кривой лучистого потока или кривой распределения энергии по спектру называется такая кривая, у которой абсциссами яв-
ляются длины волн, а ординаты у таковы, что ydk выражает мощность, передаваемую лучистым потоком в виде излучений, длины волн которых заключены между Хи X + ДХ (рис. 21). Величина у выражается в единицах мощности на единицу длины волны, например в ваттах на микрон.
Практически для любого источника излучения можно установить зависимость у\ = f (X) и определить Спектральный диапазон потока излучения в пределах от Хх до Х2 равен
Рис. 21. Зависимость спектральной плотности потока ук излучения от длины волны X
Xj	Х2
ФэЛ1-12= ( d®A= J У^К.
Л.,	X,
Величина Ф5?1 _определяется заштрихованной площадью (рис. 21).
На практике характеристика источников излучения какого-нибудь тела определяется путем сравнения с характеристикой излучения абсолютно черного тела.
Соотношения и размерность энергетических величин даны в табл. 9.
Соотношения между энергетическими и светотехническими величинами
Излучения различаются по мощности (количественная характеристика) и по спектральному составу (качественная характеристика).
Поток лучистой энергии можно рассматривать:
а)	с энергетической точки зрения и характеризовать мощностью Ф3 в ваттах;
б)	с точки зрения производимых им световых ощущений и характеризовать световым потоком Ф в люменах.
В каждом случае поток энергии характеризуется плотностью излучения, яркостью, спектральным составом (плотностью распределения энергии по длинам волн) и т. д. Соотношения и размерности этих величин даны в табл. 9, 11 и 12.
Отношение светового потока к лучистому потоку этого излучения V = лм!вт называется световой отдачей сложного излучения.
9. Соотношения и размерность энергетических величин
Характеристики энергетических величин	Формулы
Спектральная плотность монохроматического потока с длиной волны X в вт/мкм Интегральный поток с непрерывным спектром в интервале длин волн от X == 0 до X = оо Сила света (плотность потока) в малом телесном угле (в данном направлении) в emjcmep Сила света сложного -спектрального состава в диапазоне волн от Xj до Х2 Светность (поверхностная плотность потока излучения) с поверхности dS в вт/см? Спектральная плотность энергетической светности (dRzi — энергетическая светность монохроматического излучения) в вт/см?-мкм Интегральная светность в пределах длин волн от Xi до Х2 Освещенность	(поверхностная плотность) потока излучения, падающего на площадку dS, в вт!см2 Поток излучения с площадки dS в телесном угле Q в направлении, составляющем с нормалью к площадке угол i Спектральная плотность энергетической яркости потока излучения сложного состава с непрерывным спектром в вт/см? • мкм Интегральная яркость в области длин волн от X = 0 до X =оо	ЛФэА, dX Х=ОО Фэ = J е\ dk г 	 ^Фэ ~ d9. А 2 f </ФэХ J	_ _2_!	 _ ЛФ3 uS dRsK _ r d\	K Rs — [ rKdk A, F _ d®3 э dS d(D9 = B3dSdP. cos i h	dBak Ьк=~ж Вэ= J bKdX
Примечание. Зависимость между телесным (й) и плоским (и) углами: Q = 2л (1 — cos и).	
Отношение У\ ~ называется коэффициентом видности или коэффициентом отдачи монохроматического излучения.
Коэффициент видности У^ есть функция длины волны X рассма-
триваемого монохроматического излучения.
На границах видимого спектра ординаты кривой приближаются к нулю. Ее максимум Vmax приходится на длину волны 555 нм, т. е. на такое излучение, для которого чувствительность глаза при равных
энергетических потоках максимальна.
Величина Vmax служит соотношением между энергетическим и световым потоками и называется световым эквивалентом лучистого потока. Практически установлено, что V’max — 683 лм/вт, т. е. при длине волны X = 555 нм монохроматический лучистый поток 1 вт эквивалентен монохроматическому световому потоку (желто-зеленого цвета) 683 лм.
Рис. 22. График относительной видпо-
Отношение коэффициента	сти
видности при длине волны X к максимальному значению этого коэффициента Vmax называется коэф-
фициентом относительной видности Кх для данной длины волны, т. е.

У max
(21)
На рис. 22 дана кривая относительной видности. По оси абсцисс отложены длины волн, а по оси ординат — коэффициент относительной видности Л\. Эту кривую принято называть кривой относительной спектральной чувствительности глаза. Кривая имеет максимум, равный единице для X = 555 нм. За пределами видимой области все ординаты кривой равны нулю.
Данные относительной видности приведены в табл. 10.
Для каждого монохроматического излучения световой поток пропорционален лучистому потоку, но для различных монохроматических излучений значение коэффициента пропорциональности различно в соответствии с коэффициентом относительной видности. Поэтому для получения, например, от монохроматического излучения с длиной волны X = 620 нм (красный цвет) и Кк = 0,381 (табл. 10 и рис. 22) такого же светового потока, как от излучения с длиной волны X = 555 нм (желто-зеленый цвет) и /(max = 1, необходимо, чтобы лучистый поток первого излучения был в 2,6 раза больше лучистого потока второго излучения:
Ктах  	1	_ос
Кк ~ 0,381	’
Величина, обратная коэффициенту видности, называется удельным потреблением излучения. Минимальное удельное потребление излучения называется механическим эквивалентом света:
М = -Д- = 4^- = 0,00146 вт/.ш.	(22)
Утах 683 ЛМ
10. Относительная видность монохроматических излучений (дневное зрение)
Длина волны в нм	Относительная видность К	Длина волны в нм	Относительная видность К
380	0,0000	580	0,870
390	0,0001	590	0,757
400	0,0004	600	0,631
410	0,0012	610	0,503
420	0,0040	620	0,381
430	0,0116	630	0,265
440	0,023	640	0,175
450	0,038	650	0,107
460	0,060	660	0,061
470	0,091	670	0,032
480	0,139	680	0,017
490	0,208	690	0,0082
500	0,323	700	0,0041
510	0,503	710	0,0021
520	0,710	720	0,00105
530	0,862	730	0,00052
540	0,954	740	0,00025
550	0,995	750	0,00012
560	0,995	760	0,00006
57Q	0,952	770	0,00003
Этот эквивалент представляет собой минимальную мощность в вт, необходимую для создания светового потока в 1 лм при длине волны 555 нм.
Пример. Определить световой поток натриевой лампы мощностью 150 вт, если она испускает в видимой области спектра лучистый поток 20 вт, длиной волны X = 590 нм.
Решение. Из табл. 10 К = 0,757, следовательно, световой поток Ф = 683-/G20 лм = 9402 лм.
Из формул (21) и (22) следует, что V% =	.
Согласно формуле (21), монохроматическому лучистому потоку йФэ% длиной волны X будет соответствовать световой поток
б/фх = ЛФэХ = VmaxKk ЛФэь ЛМ.
Распределение светового потока в сплошном спектре определяется спектральной интенсивностью светового потока fa:
_ Юл.
J*~ dk dX
здесь уэк — спектральная интенсивность лучистого потока (функция спектрального распределения лучистого потока).
Световой поток сложного излучения со сплошным спектром можно
определить интегрированием:
Х=770	1=770
ф = J УдЛд, = Утах J КуУэК ЛМ’ Х=380	k=380
y3)dk — лучистый поток излучения, заключенный между длинами волн X и X + ДХ.
Тогда световую отдачу излучения можно определить как отношение светового потока к лучистому потоку источника излучения:
00
683 [ ФэККк dX
фэ	*
J ФзЛ ^Х
О
Расчет световых свойств на основе кривой распределения энергии по спектру
Требуется определить характеристику потока; кривая распределения энергии по спектру потока известна [102]. Длина волны X соответствует ординате этой кривой у = f (X); см. рис. 21. Значения у могут быть выражены в произвольных единицах. Излучения, длины волн которых заключены между X и X -В dX, переносят лучистый поток, пропорциональный ydk.
Соответствующий световой поток равен d® = AV^y d'k,
где А — постоянная, зависящая от масштаба ординат у;
Vx — коэффициент видности монохроматического излучения X, или d<D = A-^i/dk.
•Световой поток, соответствующий всей рассматриваемой совокупности излучений, равен
00
Лучистый поток для того же излучения
00
Фэ = A J t/dX.
о
К. п. д.
00
f Kwdk
Рис. 23. Спектральные кривые лучистого и светового потоков излучения кратера обычной вольтовой дуги
J ydk о
Световая отдача
= * Фэ М П
Удельное потребление г __ Фэ _ Ф Т] ‘
Практически надо построить на миллиметровой бумаге спектральные кривые лучистого и светового потоков. Абсциссами обеих кривых будут служить длины волн, ординатами первой кривой — значения у, ординатами второй— значение z= Ку. Отношение двух площадей дает величину т), затем по приведенным выше формулам легко определяются световая отдача и удельное потребление.
Пример. Даны кривая А — спектральная кривая лучистого потока для излучения, испускаемого кратером обычной вольтовой дуги (подобная спектральной кривой черного тела пр и 3750° К), и кривая В — спектральная кривая светового потока для
того же излучения (рис. 23). Отношение двух площадей непосредственно дает т) = 0,068. Следовательно, световая отдача излучения V = =0,068 X683=46,4 лм!вт\ удельное потребление С= -у- = 0,022вт/лм.
Фотометрические характеристики какого-либо излучателя определяются спектрофотометрическим сравнением их с излучением абсолютно черного тела, характеризуемого законами Планка, Стефана—Больцмана, Вина и др.
Радиационные постоянные абсолютно черного тела
Спектральная плотность светности вычисляется по формуле Планка
Х“5	> 2
\АЧТ = “77---------вт'см мкм;
ект -1
= 3,71 • 104, X в мкм, с2 — 14,38-103 мкм-град, Т = 273 + /°C.
Интегральная светность 00
#ЭАЧТ ~ J r>kA4T о Закон Стефана—Больцмана
^эачт = ып/сл?\ о = 5,67- IO"12 вт/см2-град\ Закон Вина T'Xniax == const == — 2896 мкм-град, где Х1Пах — длина волны, соответствующая мак- 20 симуму энергии его излучения придан-' ной температуре Т.
ПпахАчт= 1,301.10-“Г* вт!см2 • мкм.	10
При повышении температуры тела значение Хтах сме- 5 щается в сторону более коротких длин волн (рис. 24).
Энергетическая яркость вэ =-ЬГгяХ = — = р 3 АЧТ	Л J X Л г<
0
= а	турах
л
. 24. Спектральная плотность энер-Iческой светности q для абсолютно ного тела при различных темпера-
Светотехнические величины
Светотехнические величины применяются для оценки визуального действия лучистого потока. Определения этих величин аналогичны определениям соответствующих энергетических величин, но количественно они не равны аналогичным энергетическим величинам. Согласно ГОСТу 7932—56 «Световые единицы», а также ГОСТу 9867—61 «Международная система единиц», за основную светотехническую единицу принята единица силы света — свеча.
Сила света. Понятие сила света относится лишь к точечным источникам. Часто встречаются случаи, когда размеры источника света очень малы по сравнению с расстоянием от источника до освещаемой поверхности, поэтому такой источник называют точечным, хотя размеры его конечны.
Если, например, вычислить освещенность поверхности через силу света, когда расстояние до источника в 10 раз больше его размеров, то получающаяся ошибка составляет около 0,5%.
Сила света точечного источника в некотором направлении есть приходящийся на единицу телесного угла световой поток, излучаемый этим источником в данном направлении:
. с!Ф т Ф
7= rfT>’ ,,ли ,/ = 1Г •	(23)
Рис. 25. Освещенность площадки точечным источником света, расположенным на бесконечности
За единицу силы света принята свеча (св) — сила света точечного источника, который испускает световой поток в 1 лм, распределенный равномерно внутри телесного угла в 1 стер.
Применительно к излучателю, представляющему абсолютно черное тело, определение силы света дается в соответствии с решением IX Генеральной конференции по мерам и весам 1948 г.
Средняя сферическая сила света J0, представляющая собой отношение всего излучаемого источником светового потока Фо к максимальному телесному углу Йо,
г _ Фо___ Фо___ Фо
Qo “ 4л - 12,56 •
Световой поток—мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею световому ощущению. За единицу светового потока принят люмен, равный световому потоку, испускаемому внутри единичного телесного угла точечным источником силой света в 1 св.
Освещенность. Плотность светового потока на освещае-
мой им поверхности называется освещенностью. Она определяется отношением светового потока к освещаемой площади:
„ б/Ф	ф
или £ = -у-
т. е. освещенность поверх-
За единицу освещенности принят люкс, ности, получающей равномерно распределенный по ней световой поток в лм на площадь в 1 м2.
„	1 лм t
Е = -—о- = 1 лк.
1 м2
Рис. 26. Освещенность площадки расходящимся пучком лучей
Рассмотрим три случая освещенности от точечного источника света.
1.	Телесный угол Й = 0. Если точечный источник света расположен на большом расстоянии от освещаемой площадки или последняя очень мала,
то можно считать, что падающие лучи будут параллельны между собой (рис. 25). Если световой поток Ф освещает площадку So, перпендикулярную к падающим лучам, и площадку 5/, наклонную под углом i к этим лучам, то
Ei = Ео cos f,	(24)
т. е. освещенность поверхности наклонным пучком лучей прямо пропорциональна косинусу угла падения лучей на поверхность.
2.	Точечный источник света L излучает расходящийся световой поток Ф внутри телесного
угла щадках
_ ф
Q (рис. 26). Этот световой
Si и S2, перпендикулярных
S2 г22 но — = —, тогда
поток создает освещенность на пло-Ф
к оси пучка лучей, Ех= — , £а = •51
(25)
"1
Рис. 27. Освещенность наклонной площадки расходящимся пучком лучей
т. е. освещенность изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от освещаемой поверхности до источника света.
3.	Общий случай. Предположим, что в вершине телесного угла расположен источник света L, сила света которого J (рис. 27). Световой поток Ф, излучаемый источником внутри телесного угла Q, создает на наклонной площадке S/ освещенность Ei — Е о cos i, п	ф
где Eq= — —освещение
ность, полученная тем же световым потоком на площадке So, перпен-
£
дикулярной к оси световой трубки, т. е. Ф = JQ и Й = —, тогда
с- Ф . JQ . J El = cos l = -о— COS I = COS I, So So r
(26)
Из формулы (26) следует, что освещенность поверхности, создаваемая точечным источником света, прямо пропорциональна силе света источника, косинусу угла падения лучей на поверхность и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника света до освещаемой поверхности.
Пример. Определить освещенность, созданную электролампой силой света / = 400 св, на горизонтальной поверхности стола в центре и в радиусах 1,0 и 2,0 м от центра, если лампа подвешена над центром стола на высоте h = 2 м от поверхности стола.
Решение. Воспользуемся формулой (26).
Для освещенности в центре стола
i = 0, cos i = 1, г = h, Е =	— 100 лк.
Для освещенности в радиусе R = 1 м от центра стола г2 = R2 + h2 = 5,	= cosi = - = -^=9
1	1	г /5
Jcosii	400-2
1 =------гт-2- =-----=71 лк
г\	5 И5
Для освещенности в радиусе R = 2 м от центра стола
ri = R2 + Л2 = 8, г.2 = 2 /2, cos «2 = — =	,
2	2	2 г2 2
р Jcos«2 400 /2	_
£’ = -^-="'8-2	=35
ЛК.
Светность. Светность какой-либо светящейся поверхности есть световой поток, испускаемый единицей поверхности, или плотность излучаемого потока. Эта величина той же размерности, что и освещенность, и для обеих величин могут быть употреблены одни и те же единицы
Рис. 28. К вычислению яркости светящейся поверхности
Фо
« = -#,	(27)
О
где R — светность поверхности;
Фо — световой поток, испускаемый поверхностью, в лм\
S — площадь поверхности в м2.
Пример. Определить светность листа белой матовой бумаги площадью 5=240 см2, отражающей 90% падающего на него светового потока Фо = 80 лм.
Решение. Величина светового потока, отраженного листом бумаги, равна
Фо = О,9Фо = 72 лм.
Согласно формуле-(27),
Фо 79
Яркость. Яркостью светящейся поверхности называется отношение силы света, излучаемой в данном направлении, к проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к направлению излучения.
На рис. 28 S — светящаяся поверхность, i — угол между направлением ОМ излучения и нормалью ON к светящейся поверхности, 50 — проекция светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к направлению излучения.
Пусть Ji — сила света в направлении излучения М, В — яркость светящейся поверхности, тогда
в = А = J‘ . So S cos i
(28)
Для направления, перпендикулярного к светящейся площадке S (угол i = 0, cos I = 1), из формулы (28) имеем
в = 4-о
(28a)
11. Единицы световых величин
Физическая величина	Фотометрические единицы			Энергетические единицы	
	Определяющее уравнение	Название единицы	Обозначение единиц	Определяющее уравнение	Обозначение единиц
Сила света J	Основная J- — &	Свеча	св	< Со II	вт/стер
Световой поток Ф	Ф = JQ	Люмен (св стер)	лм		вт
Световая энергия W	W =Ф/	Люмен-секунда	лм-сек	э ^тепл	дж
Светность R (светимость)	е|^ и	Люмен на кв. метр	лм/м2	e“h II "5 о:	вт/м2
Яркость В	в. =			 1 S cos i	нит (к-св/км2)	нт	э~ S cos i	вт/м2 -стер
Освещение Е		Люкс (лм/м2)	лк	Е = з ~ S	вт/м2
Количество освещения	Et	Люкс-секунда	лк-сек	Еэ‘	дж/м2
Освечивание	Jt	Свеча-секунда	св - сек		дж/стер
Примечание. Q — телесный угол; 5 — площадь; t — время; i — угол между нормалью к плоскости и лучом; э — индекс, обозначающий энергетические единицы в отличие от соответствующих фотометрических; k— произвольный предельно малый числовой множитель.					
Излучение и поглощение света
За единицу яркости принят нит. Яркостью 1 нт обладает равномерно светящаяся плоская поверхность, излучающая в перпендикулярном к ней направлении свет силой в 1 се с 1 м2.
п Л 1 Св в - S “ 1 л2 - х нт"
До 1965 г. была принята другая единица яркости — стильб (сб). Стильб — яркость равномерно светящейся плоской поверхности, излучающей в перпендикулярном направлении силу света 1 се с 1 см2 поверхности.
Пример. Определить яркость вольфрамовой нити лампы накаливания в осевом направлении, если сила света лампы в том же направлении J0 = 300 се, а площадь светящейся поверхности нити равна 0,20 см2.
Применяя формулу (28а), получим о________________	_ 300 _____ - . 7
В~ S ~ 0,00002 - ,5’ °
Единицы световых и спектральных величин даны в табл. 11 и 12.
12. Единицы спектральных световых величин
Физическая величина	Распределение энергии по длинам волн X			
	Фотометрические единицы		Энергетические единицы	
	Определяющее уравнение	Обозначение единиц	Определяющее уравнение	Обозначение единиц
Спектральная плотность светового потока Фх	Л ЙФ Фл~ Л	лм!м		 d®3 ФэК~ dl	вт/м
Спектральная светность (излучательная способность)	р. = ^-к SdK	лм!м2 мкм		 t/Фэ rK~~Sdi	вт м2мкм
Видность (функция видност и) Vx	ФэХ	лм/вт	—	—
Относительная видность	v max	—	—	—
Примечание. Переход от энергетических единиц к фотометрическим: ОО	00 <!> = ] Wx" = l,maxj> 0	0				
Излучение равнояркостных поверхностей
Светящиеся поверхности излучают или отражают свет с различной яркостью в разных направлениях. Однако часто пользуются поверхностями, которые диффузно излучают или отражают свет с яркостью, практически одинаковой во всех направлениях (закон Ламберта) или в пределах некоторых телесных углов. Например, белая матовая бумага,
магнезиевая пластинка, молочные стекла ламп накаливания, абсолютно черное тело и т. д.
Пусть S — светящаяся площадка, J 0 — сила света по нормали к поверхности, Ji — сила света в направлении, составляющим угол i с нормалью к поверхности (рис. 29).
Яркость для обоих направлений, согласно фор-
мулам (28) и (28а), равна В = и В =	—..
о	о COS I
Так как яркость во всех направлениях одина-JI	J 0	_   у
кова: ~—-—. =	, то Л = Jo cos I, т. е. сила све-
S cos i S 1 и
та в любом направлении равна силе света в направлении нормали к поверхности, умноженной на косинус угла, образованного нормалью с направлением излучения.
При соединении концов векторов силы света
Рис. 29. Распределение силы света от равнояркостной поверхности
в различных направлениях, построенных по закону косинусов, получается фотометрическая кривая (окружность, касательная к поверхности), характеризующая распределение силы света от равнояркостного источника (рис. 29).
Световой поток, излучаемый в полусферу плоской поверхностью конечных размеров, равен Ф = J ол.
Соотношения между светностью и яркостью. Так как = R —
светность поверхности, а = В — яркость этой поверхности, то
R = лВ.
(29)
Если яркость выразить в нт, то светность получится в лм/м*.
Соотношения мея(ду освещенностью и яркостью. Так как R = qE и R = лВ, то Е = ——, или В = , где освещенность выражена в лк, а яркость — в нт.
Если поверхность является идеально рассеивающей Q= 1, т. е. полностью отражает весь падающий на нее световой поток и равномерно рассеивает его по всем направлениям, то R = Е и В = — , т. е. светность идеально рассеивающей поверхности равна ее освещенности, а яркость этой поверхности в л раз меньше освещенности.
Соотношения и размерность энергетических величин для идеально излучающей или отражающей поверхности даны в табл. 13.
13. Соотношения энергетических величин для идеально излучающей или отражающей поверхности 1
Характеристики энергетических величин	Формулы
Сила света в направлении, составляющем угол i с нормалью к испускающей энергию площадке (JQ9 — сила света вдоль нормали к поверхности) Яркость излучающей поверхности Энергетическая плотность отражающей поверхности (Фэ и Фэ — падающий и отраженный потоки, q — коэффициент отражения) Светность отражающей поверхности Яркость отражающей поверхности Поток, излучаемый элементом dS поверхности внутри конуса, ограниченного углами i и i + di Энергетический поток в интервале от 0 до 1 Энергетический поток внутри полусферы 1 Матовые поверхности, имеющие п энергетическую яркость, называются пс цевым поверхностям, имеющим направ применимы.	J io — Jо э COS 1 = еФэ ф'	фэ Вотр. э — Q d(&3 = 2лВэ sin i cos i di dS фэ = лВэ dS sin2 i ф5 = лВэdS о всем направлениям одинаковую •верхностями Ламберта. К глян-ленное отражение, формулы не
Реакция приемников лучистой энергии на падающий поток излучения
Приемники лучистой энергии делятся на неселективные и селективные [16, 30, 90].
Реакция неселективных приемников (болометр, термоэлемент и др.) зависит только от потока энергии и не зависит от длины волны.
Чувствительность приемника
S =	- —
~ t/Фэ вт ’
где — реакция приемника;
б/Фэ — падающий поток излучения.
Размерность реакции приемника зависит от свойств самого приемника Например, г выражается в вольтах или амперах при электрическом токе, вызываемом в приемнике потоком излучения.
Пороговая чувствительность приемника — способность реагировать на минимальный поток излучения.
Селективные приемники (фотоэлементы, ФЭУ, глаз, фотопластинки и др.) характеризуются спектральной и интегральной чувствительностью.
Реакция приемника от действия на него монохроматического потока излучения вычисляется по формуле dW =	где — коэф-
фициент, характеризующий спектральную чувствительность приемника.
Рис. 30. Спектральная кривая излучения источника типа Л,(ф&х) и спектральная чувствительность (Sx) фотоэлектронного приемника
Относительная спектральная чувствительность приемника $х “
= —	- (Sx max — максимальная чувствительность приемника при
max
длине волны ХП1ах).
В фотоэлектронных приборах (фотоэлемент, ФЭУ и др.), преобразующих лучистую энергию в электрическую, чувствительность S определяется отношением изменения фототока к изменению падающего на
потока S = [мка/вт] аФэ
или светового потока
приемник лучистого
5 = 44 [мка/лм]. йФ
Спектральная чувствительность определяется отношением изменения фотртока к изменению монохроматического излучения с длиной волны X:
Sx=Wxkxa/e”!] или 5х=ж
[мка/лм].
Интегральная чувствительность приемника — чувствительность к не-разложенному свету определенного источника излучения. Стандартным источником света может служить лампа накаливания с вольфрамовой спиралью, работающей в определенном режиме при температуре тела накала 2850° К. На рис. 30 даны спектральная характеристика излучения
источника типа А (Фэх) и спектральная чувствительность Sx [ма/вт] фотоэлектронного приемника. Интегральная чувствительность приемника, выраженная в энергетических единицах, равна
00
S =	-------- [а/вт].
о
Рис. 31. Спектральная характеристика абсолютно черного тела и вольфрамовой нити
Если интегральная чувствительность определяется как отношение полного фототока к падающему световому потоку, то оо
J
683 i
X,
где и Х2 — границы видимой области спектра;
Лх — относительный коэффициент видности излучения.
Пределы интегрирования при определении величины фототока могут быть сужены со стороны ультрафиолетовой области излучения границей пропускания окна, через которое освещают фотоэлемент; со стороны инфракрасного излучения — порогом 4ютоэффекта (фотоэлемент становится нечувствительным).
Реальные температурные источники, в которых излучателем служит металлическое тело, могут быть разделены на тела с серым и селективным излучением. Для тел с серым излучением применимы законы черного
излучения с поправкой на постоянный множитель (относительную излучательную способность или степень черноты данного материала.) Кривая спектрального распределения энергии подобна кривой абсолютно черного тела, но с меньшей интенсивностью излучения.
Спектральная характеристика излучения источников с селективным излучением (почти все металлы) для различных областей спектра не подобна спектральной характеристике излучения абсолютно черного тела. Их свойства приближенно описываются формулами, относящимися к абсолютно черному телу, с различными поправочными коэффициентами для соответствующих областей спектра. На рис. 31 дана спектральная характеристика абсолютно черного тела (/—6) и вольфрамовой нити (Г—6') для тех же температур.
Яркостная температура Тя всегда меньше истинной (табл. 14).
14. Яркостная температура, энергетическая светимость, яркость и световая отдача ламп накаливания с вольфрамовой нитью [91]
Истинная температура в °К	Яркостная (черная) температура в °К	Энергетическая светимость	Яркост-ность В в сб	Световая отдача 2 в лм/вт
2200	2026	38,2	61,3	5,43
2300	2109	47,2	100,5	7,16
2400	2192	57,7	157,2	9,27
2500	2274	69,8	237,5	11,55
2600	2356	83,8	347	14,15
2700	2437	99,8	498	17,12
2800	2516	117,5	694	20,2
2900	2595	137,5	949	23,6
3000	2673	160,3	1257	27,1
3100	2750	185,5	1647	30,7
3200	2827	214	2110	34,2
3300	2903	215	2685	38,1
3400	2978	280	3370	42,2
3500	3053	318	4220	45,3
Если селективный приемник лучистой энергии, например фотоэлемент, глаз, фотографический слой и т. д., применяется совместно со светофильтром, то необходимо знать интегральный коэффициент пропускания этого светофильтра и чувствительность приемника лучистой энергии по спектру.
Интегральный коэффициент пропускания светофильтра может быть вычислен по формуле
J	ф-
Фо’
Л
Рис. 32. Схема определения интегрального коэффициента пропускания
где Фо — поток, упавший на светофильтр;
Ф' — поток, прошедший через светофильтр;
Фд, — спектральная интенсивность падающего излучения;
—	спектральная чувствительность приемника;
—	спектральный коэффициент пропускания светофильтра (см. ГОСТ 9411—60).
Интегралы формулы можно вычислить графо-аналитическим способом (рис. 32).
В прямоугольной системе координат строятся кривые (Фд,), (тд) и (Гд,). Перемножив соответствующие ординаты кривых Фд, и Гд,, строят кривую ФдУд.» а затем, перемножив ординаты кривых ФдУд, и тх, наносят кривую
Площадь Ф' соответствует интегралу, стоящему в числителе, а площадь Фо — интегралу в знаменателе приведенной выше формулы.
Отражение света
Характер отражения света от поверхности зависит от качества ее обработки и материала.
Отражение света можно подразделить на три вида: зеркальное (угол падения равен углу отражения), которое дают хорошо полированные поверхности (рис. 33, а); направленно-рассеянное, при котором максимум силы света совпадает с направлением зеркального отражения (рис. 33, 6); диффузное (рассеянное) отражение, которое дают идеально рассеивающие матовые поверхности (рис. 33, в).
Рис. 33. Три вида отражения
Силу света или яркость отраженного от тела света можно характеризовать с помощью фотометрической поверхности, образуемой концами радиусов векторов, определяющих указанные величины.
В случае рассеянного или полурассеянного отражения пользуются понятием коэффициента яркости
где Ва — яркость поверхности в данном направлении;
Во — яркость идеально матовой белой поверхности при равных освещенностях.
Общий коэффициент отражения q складывается из коэффициентов направленного и диффузного отражений. Величина q всегда меньше единицы. Коэффициент га может быть больше единицы (рис. 34). Окружность / изображает распределение удельной силы света, отраженного идеально рассеивающей поверхностью, а кривая 2 — полурассеянное отражение от некоторой поверхности при той же освещенности. Коэффициенты яркости для направлений OD и ОС равны отношению векторов
OD 1. rOD ОВ > ’
_ 0А
ОС - ОС
Рис. 34. Распределение удельной силы света
Коэффициенты яркости зависят от угла
падения, поэтому они даются для случая нормального падения света. Для естественного света коэффициент отражения преломляющей поверхности можно вычислить по формуле Френеля (32).
Поляризация света при отражении
Для расчета отраженного света от поверхности прозрачных сред
с показателем преломления п при угле
Рис. 35. Кривые зависимости и q И от угла падения I. При угле Брюстера (tg х—п) составляющая qц = О
падения света i пользуются формулами Френеля [112].
Если электрический вектор Е перпендикулярен к плоскости падения света, то
J
Q±=-j
sin i'
sin2 (i — х") ып-(?4-Г) ’
sin i n
(30)
Если вектор E параллелен к плоскости падения света, то о = J 11 г ,= tg2 (Z ~ "	•! II tS" (' + <') ’
где Jг и J — интенсивности отраженного и падающего света.
Степень поляризации при отражении
~ II ех+ец
становится равной 1, если £ц =0 (рис. 35), т. е. если х-^ Г —90°.
3 Заказ 1902
Отсюда следует, что отраженный свет становится линейно поляризованным и соответствует условию tg ip = п (закон Брюстера) х. Отношение интенсивностей поляризованных компонент дает
_	_ / 2п угп
Например, при п— 1,5163 (К8) имеем q= 0,714^.
При отражении поляризуются лучи от короткой ультрафиолетовой (кварцевая, зеркальная пластинка) до длинноволновой инфракрасной (селеновое стекло) части спектра [112]. В табл. 15 даны ip для некоторых сред.
15. Угол поляризации 1Р
Вещество	Пр при t = 20° С	‘р
Вода	1,333	53°7'
Стекло марки К8	1,516	56°36'
»	»	Т Ф10	1,806	61°1'
Периклаз	1,737	60°4'
Кристаллический кварц:		
п0	1,544	57°4'
пе	1,553	57°13'
Ромб Френеля — стеклянная ромбическая призма, в которой пучок лучей, дважды испытывая полное внутреннее отражение, приобре-
Рис. 36. Схемы ромбов Френеля
хождением.
тает сдвиг фазы (рис. 36). Если показатель преломления стекла п= = 1,51 и свет падает по нормали, то каждый преломляющий угол ромба должен быть равен 0 = = 54,6°.
В тех случаях, когда учитывается сдвиг фазы на входной и выходной поверхностях, оптимальное значение угла 0 подбирается методом проб. Если пучок света падает
(а) и Муни (б)	на ромб не по нормали, то сдвиг
фазы будет иным.
Ромб Муни [112], имеющий п = 1,65 и преломляющие углы 0 = 60°, позволяет использовать пучки со значительным угловым рас-
1 Для случая преломления линейно поляризованного света под углом Брюстера потери света равны нулю. Это явление широко используется в лазерной технике.
Виды поляризации света
Состояние светового вектора всегда можно представить двумя взаимно перпендикулярными слагающими х и у этого вектора в плоскости волны [14]
х — J a sin (со/ + 6J Jco; о
у = b sin (со/ + 62) d®.
Здесь а и b — амплитуды;
61 и 62 — фазы, зависящие от угловой скорости <о.
Исключая время t из уравнений, получим уравнение эллипса 4+i - 5-cos (61 -6а) = sin2 (dl -б2)-
Рассмотрим частные случаи поляризации света:
1) 6Х — 62 = 0 и kn — эллипс вырождается в прямую (линейная
. X , у Л поляризация) — ± -4- = 0; а b
2) 6Х — 62 = (2п -г 1) -у и а — b — эллипс принимает вид круга.
Следовательно, различают три вида предельной поляризации света: линейную, круговую и эллиптическую (с вращением вектора вправо или влево; см. рис. 42).
Для полной характеристики состояния поляризации светового пучка требуется знание четырех величин [14]: интенсивности естественного света; интенсивности подмешанного поляризованного света; азимутов осей эллипса; эксцентриситета эллипса.
Линейно поляризованный свет вполне определяется только указанием плоскости поляризации, т. е. плоскости, перпендикулярной к световому (электрическому) вектору.
Для характеристики света, поляризованного по кругу, достаточно указать направление вращения. Для эллиптически поляризованного света необходимо определить азимут осей, эксцентриситет и направление вращения. Все четыре признака полностью требуются для определения состояния поляризованного света.
Потери света в оптических приборах
В оптических приборах различают три вида потерь света: потери на отражение на преломляющих поверхностях; потери на поглощение и рассеивание внутри массы стекла; поглощение света в отражающих металлических поверхностях.
Коэффициенты отражения q, пропусканиях и поглощения а светового потока выражают долю отражаемой Фо, пропускаемой Фт и поглощаемой Фа частей светового потока по отношению ко всему падающему потоку Фо, т. е.
е->. ,_®L,
* Фо Фо Фо
Поскольку Фо + Фт + Фа = Фо» 10 Q + т а = 1.
Коэффициент отражения света на преломляющей поверхности, разделяющей две среды, вычисляется по формуле Френеля
п _ ф0 = Г tg2 (i'—i) , Sin2 (i’ — i) 1	„
б~Фо 2 L tg2 (i'+ <) ' sin2 (Г + Z) J * V >
Для малых углов падения применение закона преломления п sin i = = л' sin i' дает
где п и п' — показатели преломления до и после преломления. Для углов 30—40° формула дает достаточно точное значение q.
Для значений ——*ло > 2,5 формула (32а) дает завышенный ре-
П воздух
зультат, поэтому необходимо учитывать вторичные отражения [161.
Просветление стекол
Просветление стекол применяется с целью увеличения светопро-пускания и повышения контрастности изображения вследствие устранения рефлексов при отражении.
Просветление оптики достигается нанесением пленок на поверхность стекла. Показатель преломления п и толщина пленки h подбираются так, чтобы суммарная интенсивность светового потока, отраженного от поверхности пленки и стекла вследствие интерференции света, была равна нулю.
Согласно формуле (32), интенсивности отраженных лучей будут равны при выполнении условия
из —п2 \2 = / п2 —П1 \2
^3 + П2 /	\ П2 +	’
откуда п2 = при nx = 1.
Разность хода лучей при нормальном падении Д = 2d = 2hn2.
X
Для гашения отраженного света необходимо, чтобы Д = — =
0,	,	, X D	* 2k 1 'k
= 2йл2, т. е. hn2 =	—. В общем случае Д = —------------— или
2k 4- 1
d = —-—X (k — 0, 1, 2, 3, . . .). Общая толщина пленки для X —
= 550 нм должна быть равна d — 137,5 нм и для более общего случая d~ 137,5 4- 275/?. Пленка отражает свет избирательно, и просветленная поверхность стекла приобретает интерференционную окраску, характерную для тонких пленок. Покрытия оптических деталей могут быть однослойными, двухслойными, трехслойными и многослойными (см. гл. XVI).
Расчет светопропускания и светопоглощения бесцветного стекла
Под светопропусканием т' среды понимается отношение светового потока Ф, прошедшего через среду, к Фо падающему. Если световой поток проходит через ряд сред с коэффициентами пропускания т1э т2» . . ., тл, то вся система будет иметь коэффициент пропускания
т = Т1Т2 Тз ... тп .	(33)
Логарифм величины, обратной пропусканию, называется оптической плотностью.
D' = *g (тр-) = — 1g Т'.
Суммарная оптическая плотность системы, состоящей из п числа
сред, равна
D — Dx + D2 + • • • + Dn,
(34)
т. е. имеет место закон аддитивности. Формулы, определяющие т или D, применимы в тех случаях, когда падающий поток является монохроматическим, а среды селективны, или когда падает поток любого спектрального состава, но среды не селективны.
Светопропускание бесцветного стекла вычисляется по формуле т'--=-^ = (1-е)2е-а</ = йт,	(35)
где
q — коэффициент отражения от одной полированной поверхности;
(1 — q)2 = R— поправка .на отражение, выраженная в единицах пропускания.
Коэффициент поглощения а равен
1g т' — 1g 7?	D' — Dq
а.= —	п—— и ли a =- ———
d Ige	d- 0,4343
где 1g e = 0,4343;
d выражается в см.
Светопропускание в любой заданной толщине для монохроматического света находится по формуле
, ’ST(rf> П xD^
= или D^~-=—Т~>
при X — 1
1SX(1) = I-^L или =
Пример 1. Определить а стекла К8 (п = 1,5163), если т' = 0,84 и R = 0,918, толщина стекла d = 10 см.
Решение. —1g т' = —1g 0,84 = — (0,924 — 1) = 0,076; lg R = = lg 0,918 = 0,963 — 1 = —0,037;
Пример 2. Определить светопропускание стекла ТФ1 толщиной 10 мм для X = 365 нм, если при d = 40 мм D' = 0,860.
Решение. Поправка на отражение DQ = — 2 1g (1 — q) = 0,060.
Оптическая плотность слоя стекла толщиной d = 40 мм равна D = D' — Dn = 0,860 — 0,060 = 0,8.
у	10*08
Плотность при толщине d = 10 мм равна	= 0,200.
Следовательно, £\ю) — 0,200+ 0,060= 0,260.
Для перехода отD' кт' и обратно пользуемся табл. 20 (см. стр. 79)-В первом ее столбце даны значения D' через 0,1, а в верхней строке — сотые доли. На пересечении строк со столбцами приведены значения т', отвечающие любым значениям плотности от 0,01 до 1,99. Из этой таблицы по плотности 0,260 находим т' = 0,55, или 55%.
Потери света при отражении и поглощении в светофильтрах
Спектральная характеристика светофильтра выражается численными значениями показателя поглощения для различных длин волн и спектральными кривыми оптической плотности D и коэффициента пропускания т'.
За светопоглощение оптического цветного стекла принимается отрицательный десятичный логарифм светопропускания в толщине слоя 1 мм. Оптическая плотность стекла толщиной d = 1 мм называется показателем поглощения и определяется из формулы
где — светопропускание стекла толщиной d мм.
Оптическая плотность Dx массы стекла для монохроматического света с длиной волны X связана с kx и выражением
Dx = — 1g тх = kxd.
При расчете плотности необходимо учитывать потери на отражение на двух поверхностях стекла. Светопропускание светофильтра толщиной d мм монохроматического света данной длины волны вычисляется по формуле 1
< = (l-Q)2Tx = (l-e)2-10-w,	(36)
где 10~w = тх — светопропускание светофильтра в толщине d.
Оптическая плотность светофильтра для данной длины волны
Dk = -‘gTx-2ig(i-e) = ^ + o0 = ^d + D0.
Пример 1. Требуется определить показатель поглощения стекла, если при d — 3 мм для данной длины волны = 0,355 и DQ = 0,04.
Решение. Из табл. 20 находим DK — 0,45. Следовательно,
DK = DK - Do = °-45 - °-04 = о,41;	= + = -2^1 = 0,137.
1 Из формул (35) и (36) следует; k = a lg10 е= 0,4343а.
Пример 2. Определить и светофильтра толщиной d = 2,5 мм для длины волны X, если k^ = 0,30 и DQ = 0,04.
Решение. Из табл. 20 находим = 0,162.
Каждая марка стекла характеризуется следующими спектрофотометрическими параметрами: минимальной плотностью \ предельной, или граничной, длиной волны Хлр или Хгр; крутизной kp.
Под предельной длиной волны подразумевается та длина волны, для которой коэффициент пропускания стекла в два раза меньше макси
Рис. 37. Параметры светофильтра КС 14
Рис. 38. Кривые пропускания и плотности синего стекла
мального его значения, или, что то же самое, для которой плотность на 0,3 больше минимальной плотности данного светофильтра,
,	DKnp = DK0 + °-3’
№ DM = DM + Do.
Крутизна светофильтра численно выражается разностью плотностей Хлр и Хлр_ 20 т. е. kp = DKrip_2Q нм Dnp.
На рис. 37 графически показаны параметры светофильтра КС14. Удобство выражения спектральной характеристики через оптическую плотность = f (X) показано на рис. 38. Кривые 1 и 2 представляют собой спектральную характеристику синего стекла (СС) для толщины соответственно 1,5 и 3 мм, выраженную величиной т; кривые 3 и 4 выражены через плотность D\ соответственно для d — 1,5 и d = 3 мм.
Из рис. 38 видно, что при увеличении толщины светофильтра в два раза плотность повышается также в два раза, значения же возводятся в соответствующую степень (в данном случае в квадрат).
Для характеристики вещества с сильным поглощением (металлы и т. д.) показатель поглощения относится не к 1 см или 1 мм, а к длине о .	6Х , аХ
волны, деленной на 4л, т. е. х — или х = -т—.
4л	4л
Тогда т из формул (35) и (36) принимает вид
—4лх' d	_ 4лх
т = е х , или т = 10 к
Расчет интегрального коэффициента пропускания светофильтра для видимой области спектра при сложном излучении
Коэффициент пропускания светофильтра для видимой области спектра может быть вычислен, если даны [102]:
кривая спектра, определяющая ординату у для падающего излу-волны X (Фх = ydk — спектральная
1)
чения в зависимости от длины интенсивность);
2) спектральная кривая пропускания поглощающей пластинки, выражающая зависимость коэффициента пропускания т от длины волны X;
ООО 500	600	700нм У00	500	600	700
Рис. 39. Спектральная кривая пропускания аммиачного раствора медного купороса (а) и схема определения интегрального коэффициента пропускания светофильтра для сложного излучения (б)
3) кривая относительной видности, дающая коэффициент относительной видности Кх в зависимости от 1.
Строим для падающего излучения спектральную кривую светового потока, ордината которой г — уКк, и аналогичную кривую для пропущенного излучения, ординаты которой г' — х^уК\. Отношение площади, ограничиваемой второй кривой, к площади, ограничиваемой первой кривой, дает коэффициент пропускания Т для рассматриваемого падающего излучения
770
,г 380___________
1 —	770
J УКкак
380
Пример. На рис. 39, а дана спектральная кривая пропускания кюветы, содержащей аммиачный раствор медного купороса. Падающим
излучением является излучение лампы накаливания, для которой распределение энергии по спектру в видимой области представлено кривой / на рис. 39, б; масштаб ординат выбран произвольно. Кривая 2 получена умножением каждой ординаты кривой 1 на соответствующее значение т. е. на значение ординат кривой рис. 22. Кривая 3 получена умножением ординат кривой 2 на значение коэффициентов снятых с кривой рис. 39, а.
Коэффициент пропускания т равен отношению площадей, ограничиваемых кривыми 3 и 2.
В табл. 16 приведены основные назначения некоторых светофильтров.
16. Основные назначения светофильтров
Марка стекла	Назначение
УФС1 УФС2 ФС1 ФС6 ФС7 СС1 СС2 СС4 СС5 СС8 СС9 СС14 СЗС15 СЗС16 СЗС17 СЗС24 ЗС1 ЗС2 ЗСЗ ЗС6 ЗС7 ЖЗС1 ЖЗС4 ЖЗС5 ЖЗС6	Люминесцентный анализ; выделение области 240— 400 нм Люминесцентный анализ; выделение области 270 — 380 нм Выделение области 330—460 нм (визуальные приборы) в	в	290—460 и 720—1200 нм в	»	300—440 » 730—1100 в Светофильтр дневного света; цветное освещение Белый сигнальный для источников света с цветовой температурой 1900—2400° К Выделение области 340—470 нм Трехцветная проекция; выделение области 370—500 нм Синий сигнальный; цветное освещение Светофильтр дневного света Защитные очки для работы у пламенных печей Светофильтр для сенситометрии Теплозащитный, термически устойчивый Светофильтр дневного света (в сочетании с ПС5 и ПС6) Теплозащитный Трехцветная проекция; выделение области 480—570 нм\ фотография Выделение области 500—570 нм\ фотография Зеленый сигнальный светлый; цветное освещение Зеленый сигнальный темный Выделение узких участков спектра; в комбинации с ОС13 — линии ртутного спектра 578 нм\ в комбинации с СЗС18 — области 510—530 нм Светофильтр для наблюдательных приборов Защитные очки от солнечных лучей Фотография; цветное освещение в	»	»
Продолжение табл. 16
Марка стекла	Назначение
ЖЗС9	Светофильтр для объективной фотометрии; цветное ос-
	вещение
жзсю	Фотография
ЖЗС12 ] ЖЗС13 1 ЖЗС17 J	Светофильтр для наблюдательных приборов
жсз	Выделения линии ртутного спектра 313 нм (в комбинации с УФС2)
ЖС4	Поглощение ультрафиолетовой области спектра
ЖС11	Поглощение ультрафиолетовой области спектра (до 410—420 нм)\ в комбинации с СС4 выделение линии ртутного спектра 436 нм
ЖС12	Фотография; в комбинации с СЗС11 и СЗС12 выделение участков спектра в области 450—540 нм
ЖС16	Фотография; в комбинации с СЗС10, 18, 11 и 12 выделение участков спектра в области 470—570 нм
ЖС17	Фотография; наблюдательные приборы; в комбинации с СЗС10, 18, 11 выделение области 480—570 нм
ЖС18	Фотография; в комбинации с СЗС10 и СЗС18 выделение области 480—570 нм
0С5	Сигнальный; наблюдательные приборы; цветное осве-
	щение
0С6	Калориметрия; объективная фотометрия
ОСИ	Фотография; наблюдательные приборы; в комбинации с ПС7 выделение линии ртутного спектра 546 нм
ОС12	Фотография; наблюдательные приборы; в комбинации с СЗС10 выделение области 540—570 нм
ОС13	Фотография; в комбинации с ЗС7 выделение линии ртутного спектра 578 нм
ОСИ	Фотография; в комбинации с СЗС10 выделение участков спектра в области 580—600 нм
ОС17	Наблюдательные приборы
КСЮ	Выделение участков спектра в области 600—610 нм (в комбинации с СЗС10)
КС11	Выделение трети спектра; красный сигнальный светлый
КС13	Трехцветная проекция, красный сигнальный
КС14	Фотография
КС15	Светофильтр для оптических пирометров; фотография
КС17	Выделение области 670—2700 нм
КСЮ	»	»	680—2800 »
П родолжение табл. 16
Марка стекла	Назначение
КС19 ИКС1 ИКС2 иксз ПС5 ПС7 ПС8 ПСИ НС1 НС2 НСЗ НС6 НС7 НС8 НС9 нею НС11 НС12 ТС1 ТС2 тез ТС4 ТС6 | ТС7 J ТС8 БСЗ БС4 БС5 БС6 БС7 БС8 БС10	Выделение области	700—2800	нм »	в	800—2800	в ; фотография в	в	840—2800	в	в в	в	860—2800	в	в Светофильтр дневного света (в комбинации с СЗС17 и ПС6); цветное освещение Выделение линии ртутного спектра (в комбинации с ОСП и ОСЮ); градуировочный светофильтр Калориметрия; поглощение области 500—550 нм Выделение области 250—460 нм\ поглощение области 460—660 нм Защитные очки от яркого света Фотометрия; спектрофотометрия; наблюдательные приборы Защитные очки от ультрафиолетовых лучей Защитные очки: при газовой сварке в электросварке в газовой сварке от солнечного света Усиление цветовых контрастов; наблюдательные приборы Пропускающие ультрафиолетовые лучи до X в нм: 270 290 310 320 360 370 Люминесцирующее стекло при возбуждении длинноволновым ультрафиолетовым излучением
Светофильтры переменной плотности (фотометрические клинья)
Светофильтры переменной мерно нарастающую толщину
Рис. 40. Схема линейного фотометрического клина:
1 — поглощающий слой клина;
2 — подклин
плотности представляют собой равнооднородного поглощающего, слоя. Плотность любого места клина вычисляется по формуле
D = Ы 4- Do,
где Do— начальная плотность клина; k — константа клина, т. е. приращение оптической плотности на 10 мм длины клина. Для получения равномерной плотности по фотометрическому полю применяется подклин с той же константой (рис. 40).
Расчет коэффициента светопропускания оптических приборов
Коэффициент светопропускания оптической системы можно вычислить по формуле
т' = (1 — 61) •  • (1—6?) (1 — «1/ ... (1 — am/mx
X Ri . . . RsT'i • • • Т р,	(37)
где q — коэффициент отражения от поверхности деталей на границе воздух—стекло для непросветленных деталей из стекла
( п — 1 \2
с показателем преломления и; Q = п | у ;
a — коэффициент поглощения стекла оптических деталей системы;
I — длина хода осевого луча в деталях в см\
R — коэффициент отражения зеркальных непрозрачных покрытий и светоделительных покрытий (определяется из нормали на покрытие, см. гл. XVI);
Т — коэффициент пропускания светоделительных покрытий;
т — число деталей системы, кроме зеркал с внешним отражающим покрытием;
q — число поверхностей, граничащих с воздухом, кроме поверхностей с зеркальным и светоделительным покрытиями;
s — число поверхностей с зеркальным непрозрачным покрытием и светоделительным покрытием в условиях работы на отражение;-
р — число поверхностей со светоделительным покрытием в условиях работы на пропускание света.
Формулой (37) не учитываются потери при отражении на поверхностях склейки детали, если на них нет светоделительного покрытия, и на поверхностях призм при полном внутреннем отражении, так как потери на этих поверхностях незначительны.
При расчете коэффициента пропускания оптических систем удобнее пользоваться формулой (38), по которой сначала вычисляют оптическую
плотность системы D' — —1g т*, а затем по вычисленному значению D' находят коэффициент пропускания т'.
D' — liDi + • • • + Im^m +	+ • • • + Aq^Qq + B\DR^ + • • . +
+ BkDRk + СгОТ1 + • • • + CpDTpt	(38)
где D = _Ig (i __ a); dq = -1g (1 - e); DR - -1g R; DT = -1g T; /ь • • •» tm — суммарная длина хода луча (в см) в деталях из стекла с одинаковым коэффициентом поглощения а1» • • •» ат> т. е. из стекла одной категории по светопоглощению;
Л1, . . ., Aq — число непросветленных и просветленных поверхностей с одинаковым коэффициентом отражения;
Bk — число поверхностей с зеркальным и светоделительным покрытием одинакового коэффициента отражения. В это число входят поверхности со светоделительным покрытием, работающие в проходящем ходе лучей оптической системы.
Согласно ГОСТу 3514—57, оптическое стекло по светопоглощению делится на пять категорий (00; 0; 1; 2; 3). Для каждой марки стекла установлена наивысшая категория. Оптическая плотность D и т слоя стекла толщиной 1 см в зависимости от коэффициента светопоглощения a и категории (по ГОСТу 3514—57) приведены в табл. 17.
17. Оптическая плотность D и т в зависимости от a
Категории	a	т	D
00	0,004	0,996	0,0017
0	0,006	0,994	0,0026
1	0,008	0,992	0,0035
2	0,010	0,990	0,0044
—	0,012	0,988	0,0052
3	0,015	0,985	0,0066
—	0,020	0,980	0,0088
—	0,025	0,975	0,0110
—	0,030	0,970	0,0132
—	0,040	0,960	0,0177
—	0,050	0,950	0,0223
—	0,060	0,940	0,0269
В табл. 18 и 19 даны поправки на отражение от непросветленной поверхности в зависимости от показателя преломления.
При расчете коэффициента пропускания оптической системы с небольшим ходом луча в стекле деталей величину D достаточно брать с точностью до 0,001. По табл. 17 можно находить величины Do для просветленных поверхностей с коэффициентом отражения Q. Например, для q = 1,5%, в таблице имеется значение a = 0,015, которому соответствует D = 0,0066. Эта величина одновременно является и величиной £>у.
18. Поправки на отражение DQ от непросветленной поверхности в зависимости от показателя преломления
п	00	01	02	03	04	| 05	06	1 07	08	09
1.4	0,0122	0,0127	0,0133	0,0138	0,0144	0,0149	0,0155	0,0160	0,0166	0,0171
1,5	0,0177	0,0183	0,0189	0,0195	0,0201	0,0207	0,0213	0,0219	0,0226	0,0232
1,6	0,0238	0,0244	0,0250	0,0257	0,0263	0,0269	0,0276	0,0282	0,0288	0,0295
1.7	0,0302	0,0309	0,0316	0,0322	0,0329	0,0336	0,0343	0,0350	0,0356	0,0363
1,8	0,0370	0,0377	0,0384	0,0391	0,0398	0,0405	0,0412	0,0419	0,0426	0,0433
1.9	0,0440	0,0447	0,0454	0,0462	0,0469	0,0476	0,0483	0,0490	0,0498	0,0505
2.0	0,0512	0,0519	0,0526	0,0534	0,0541	0,0548	0,0555	0,0563	0,0570	0,0578
2.1	0,0585	0,0592	0,0599	0,0607	0,0614	0,0621	0,0628	0,0636	0,0643	0,0651
2,2	0,0658	0.С666	0,0673	0,0681	0,0688	0,0696	0,0703	0,0711	0,0718	0,0726
19. Поправки на отражение DQ от непросветленной поверхности в зависимости от д>2,3
п	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
2	—	—	—	0,073	0,081	0,088	0,095	0,103	0,110	0,118
3	0,125	0,132	0,139	0,147	0,154	0,161	0,168	0,175	0,181	0,188
4	0,194	0,200	0,206	0,213	0,219	0,225	0,231	0,237	0,243	0,249
Коэффициенты отражения от просветленных поверхностей, коэффициенты отражения непрозрачных зеркальных покрытий и коэффициенты отражения и пропускания светоделительных покрытий берутся из технических условий на соответствующий вид покрытия, а затем вычисляют или находят по табл. 17 или 20 соответствующие поправки DQf и DT.
По формуле (38) с помощью табл. 20 находят коэффициенты пропускания т' оптической системы. Величину D' предварительно округляют до второго знака после запятой. С помощью этой таблицы можно также находить величины D# и Dr по известным значениям R и Т.
Например, оптические детали лабораторных и полевых приборов, служащие в качестве зеркал с внешним отражением, обычно покрываются зеркальн. 1И21Е (алюминирование испарением с защитой анодным оксидированием с фосфорнокислым аммонием); коэффициент отражения покрытия R не менее 86%. Следовательно, по табл. 20 интерполированием находят D# = 0,065.
Коэффициент пропускания светоделитель но го покрытия Т = 20%. По табл. 20 ближайшей величиной является коэффициент пропускания 19,9, которому соответствует величина Dr = 0,70.
Формулы для вычисления оптической плотности некоторых отдельных элементов оптической системы
1.	Для линз, пластин, призм полного внутреннего отражения
D' = ID + 2Г>0,	(39)
где I — толщина линз и пластин по оптической оси и длина хода осе-його луча в призмах в см.
20. Коэффициент пропускания т' в % в зависимости от плотности D'
D'	00	01	02	03	04	05	06	07	08	09
0,0	100,0	97,7	95,5	93,8	91,2	89,1	87,1	85,1	83,2	81,3
0,1	79,4	77,6	75,9	74,1	72,4	70,8	69,2	67,6	66,1	64,6
0,2	63,1	61,7	60,3	58,9	57,5	56,2	54,9	53,7	52,5	51,3
0,3	50,1	49,0	47,9	46,8	45,7	44,7	43,7	42,7	41,7	40,7
0,4	39,8	38,9	38,0	37,1	36,3	35,5	34,7	33,9	33,1	32,4
0,5	31,6	30,9	30,2	29,5	28,8	28,2	27,5	26,9	26,3	25,7
0,6	25,1	24,5	24,0	23,4	22,9	22,4	21,9	21,4	20,9	20,4
0,7	19,9	19,5	19,1	18,6	18,2	17,8	17,4	17,0	16,6	16,2
0,8	15,8	15,5	15,1	14,8	14,5	14,1	13,8	13,5	13,2	12,9
0,9	12,6	12,3	12,0	11,7	11,5	11,2	11,0	10,7	10,5	10,2
1,0	10,0	9,8	9,5	9,3	9,1	8,9	8,7	8,5	8,3	8,1
1,1	7,9	7,8	7,6	7,4	7,2	7,1	6,9	6,8	6,6	6,5
1,2	6,3	6,2	6,0	5,9	5,8	5,6	5,5	5,4	5,2	5,1
1,3	5,0	4,9	4,8	4,7	4,6	4,5	4,4	4,3	4,2	4,1
1,4	4,0	3,9	3,8	3,7	3,6	3,5	3,5	3,4	3,3	3,2
1,5	3,2	3,1	3,0	3,0	2,9	2,8	2,8	2,7	2,6	2,6
1,6	2,5	2,5	2,4	2,3	2,3	2,2	2,2	2,1	2,1	2,1
1,7	2,0	2,0	1,9	1,9	1,8	1,8	1,8	1,7	1,7	1,6
1,8	1,6	1,6	1,5	1,5	1,5	1,4	1,4	1,4	1,3	1,3
1,9	1,3	1,2	1,2	1,2	1,2	1,1	1,1	1,1	1,1	1,0
2.	Для склеенной системы из двух линз
Z)' = liDr -р /2^2 + ^oi + ^q2-	(40)
3.	Для зеркала с задним отражением
D'= 21D + 2Dq + Dr.	(41)
4.	Для светоделителя незаклеенного
D' = ID + Dq + DT.	(42)
По формуле (42) вычисляется оптическая плотность в прямом ходе лучей системы. Оптическая плотность в отраженном ходе лучей вычисляется по формуле (41).
5.	Для светоделителя, заклеенного покровным стеклом,
D' =	+ /2^2 + Dqi + Dq2 + D-p.	(43)
По формуле (43) вычисляется оптическая плотность в прямом ходе лучей системы. При вычислении D' в отраженном ходе лучей в формулу (43) вместо Dt подставляют DR.
Приращение оптической плотности AD' системы после облучения прибора заданной дозой гамма-излучения вычисляется по формуле
AD' = /х АРг -|- /2 AD2 + • • • + 1т
21. Расчет потерь в оптической системе визира, состоящей из защитного стекла, объектива, призмы Шмидта с крышей, сетки и окуляра
№ поз, по рис. 41	Наименование деталей			Марка стекла	nD	Длина хода в см	а	Категория	№ поверхности детали	Вид просветления	Q при просветлении
1	Защитное		стекло	К8	1,5163	0,6	0,006	0	1 2	63Т 63Т	0,03 0,03
			1	ТК16	1,6126	0,7	0,01	2	3 л	44Р.43Р	0,011
и	Объектив <		2	ТФ5	1,7550	0,5	0,01	2	ч 5	44Р.43Р	0,011
			3	ТК21	1,6568	0,7	0,01	2	6	44Р 43Р	0,011
									7	44Р.43Р	0,011
III	Призма Шмидта			БКЮ	1,5688	10	0,004	00	8 9	24И 24И	0,014 0,014
IV	Сетка			К8	1,5163	0,4	0,006	0	10 11	—	0,04 0,04
			1	ТК21	1,6568	0,7	0,01	2	12	44Р.43Р	0,011
									13	—	—
V	Окуляр		2	ТФ5	1,7550	0,5	0,01	2	14	—	—
			3	ТК16	1,6126	0,6	0,01	2	15	44Р.43Р	0,011
			4	ТК16	1,6126	1,3	0,01	2	16	44Р.43Р	0,011
									17	63Т	0,03
Примечани		е. Общая длина хода			осевого луча в деталях системы			16 см,	число поверхностей, граничащих		
с воздухом, 14.											
Физическая оптика
где AD — приращение оптической плотности стекла на 1 см при облучении заданной дозой гамма-излучения.
Оптическая плотность Do6 системы после облучения вычисляется по формуле
D'o6 = D' + bD.
визира
По вычисленному значению Do6 по табл. 20 находят коэффициент пропускания гоб оптической системы после облучения.
На рис. 41 приведена схема оптики визира, для которой приводится расчет светопропускания (табл. 21 и 22).
Окончательно получаем для системы с непросветленной оптикой D' = 0,042 4- 0,333 = 0,375, т' = 42%.
После просветления D' = 0,042 4~ 0,121 = 0,163, т' = 69%.
22. Результаты расчета светопропускания
№ поз. по рис. 41	lD	Марка стекла	без просветления	Вид просветления	ADq при просветлении
/, /V	/1^1-- 1-0,0026 = = 0,0026	К8	4-0,0187 = = 0,075	63Т	3-0,0132 = = 0,040
//, V	/2D2 — = 5-0,0044 = = 0,0220	ТК16	4-0,0246 = = 0,098	44Р. 43Р	7*0,0048 = = 0,034
III	/3D3 = = 10-0,0017 = = 0,0170	ТФ5	1-0,0340 = = 0,034	24И	2-0,061 = = 0,012
		ТК21	3-0,0274 = = 0,082	—	2-0,0177 = = 0,035
		БКЮ	2-0,0218 = = 0,044	—	—
	2 16 0,042	14	1 0,333	14	0,121
РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА В АНИЗОТРОПНОЙ СРЕДЕ (КРИСТАЛЛЫ)
В зависимости от оптических свойств кристаллы делятся на три группы:
а)	правильной системы; эти кристаллы оптически изотропны;
б)	одноосные кристаллы (тригональные, тетрагональные и гексагональные системы); имеют лишь одно направление, вдоль которого не происходит двойного лучепреломления (кварц, исландский шпат);
в)	двуосные кристаллы (ромбическая, одноклинная и триклинная системы); имеют два направления, вдоль которых не происходит двойного лучепреломления [30, ИЗ, 115].
Двойное лучепреломление в одноосных кристаллах
При преломлении на границе с анизотропной средой луч естественного света расщепляется на два луча: обыкновенный (о-луч) и необыкновенный (е-луч).
О-луч подчиняется обычному закону преломления и имеет постоянное значение показателя преломления во всех направлениях в кристал-
Рис. 42. Поляризация света при прохождении через кристаллическую пластинку
лах. Показатель преломления е-луча не постоянен и зависит от его направления. О-луч поляризован в плоскости главного сечения, а е-луч поляризован перпендикулярно к указанному сечению. Показатели преломления лучей вдоль оптической оси в направлении, перпендикулярном к оси, называются главными показателями преломления
И ае).
Разность фаз о- и е-лучей зависит от угла падения, положения оптической оси и толщины кристалла.
На рис. 42 показаны вектор ОС, характеризующий направление и амплитуду колебаний плоскополяризованного света, падающего на кристаллическую пластинку, О А и ОВ — соответствующие векторы, дающие определенную разность фаз. Характер поляризации в кристалле зависит от длины пути света.
Положительные и отрицательные кристаллы. Волновые поверхности Френеля
Для характеристики распространения света в кристаллах пользуются волновыми поверхностями Френеля. Волновая поверхность обыкновенной волны изображается шаровой поверхностью, а необыкновен
ной — эллипсоидом вращения (рис. 43). Одноосные кристаллы, у которых пе п0, называются отрицательными (исландский шпат); кристаллы, у которых пе^> nOt называются положительными (кварц).
Рис. 43. Двойная поверхность показателя преломления кварца (а) и исландского шпата (б):
О —О—оптическая ось; nQ и пе—главные показатели преломления
Эллипсоид френелевой волновой поверхности у отрицательных кристаллов удлинен в направлении, перпендикулярном к оптической оси, а у положительных — в направлении, параллельном к этой оси.
Поляризаторы
Поляризатором называется оптическое устройство, преобразующее проходящий через него естественный свет в поляризованный. Поляризатор, предназначенный для обнаружения поляризации, называется анализатором. Действие поляризационных приборов основано на одном из физических явлений [112]:
а)	на отражении и преломлении на границе двух диэлектриков (например, воздух—стекло);
б)	двойном лучепреломлении;
в)	на дихроизме (явлении различного поглощения о-луча и е-луча).
Двупреломляющие поляризаторы обычно изготовляются из исландского шпата (СаСО3) с прозрачностью от 240 нм до 1,8 мкм. За пределами этой области вещество обладает сильным поглощением и некоторым дихроизмом.
Другим подходящим материалом является натровая селитра (NaNo3). Кварц для поляризаторов применяется редко, так как разность пе — п0~ 0,009 очень мала, но часто используется для фазовых пластинок.
Поляризационные призмы
Для поляризации при двойном лучепреломлении применяются призмы из кварца или исландского шпата. В двойных призмах Николя, Глана—Томсона, Франка—Риттера и др. обыкновенный луч претерпевает на поверхности раздела между призмами полное внутреннее отражение. Необыкновенный луч проходит сквозь призму и становится линейно поляризованным.
Призма Николя изготовляется из ромбоэдра исландского шпата. Последний рассекается плоскостью, перпендикулярной главному сечению кристалла, проходящему через оптическую ось кристалла и его длинное ребро. Обе призмы склеиваются канадским бальзамом, или акриловым клеем, или льняным маслом (рис. 44).
Призма Николя пропускает полностью поляризованный свет в пучках с углом до 29°.
Поле поляризации несимметричное. Существует несколько типов призм, входные грани которых перпендикулярны к длинным ребрам и оси кристалла отличаются ориентацией, что обеспечивает более сим-
Рис. 44. Призма Николя: а — вид сбоку; б — вид по направлению луча
Штриховкой показано направление оптической оси и плоскости чертежа, стрелками и точками — направление колебания электрического вектора на лучах
метричное поле поляризации (призмы Глана — Томсона, Глазебрука, Франка—Риттера, Осипова и др.).
На рис. 45 приведена призма Франка — Риттера; материал призмы — исландский шпат. Симметричное поле поляризации
Оптическая ось
Рис. 45. Призма Франка—Риттера
около 28°. Двойная призма Франка—Риттера показана на рис. 46, а. Склеивающим веществом служит обычное льняное масло или акриловый клей. Симметричное поле поляризации около 28° 30'. На рис. 46, б дана схема выреза поляризатора из кристалла исландского шпата. Объем призмы 2870 мм3, минимальный объем кристалла 1900 мм3.
Призма Глана с воздушным промежутком показана на рис. 47, а (симметричное поле зрения 8°), а на рис. 47, б — схема выреза призмы из кристалла исландского шпата. Объем призмы 2030 мм3, минимальный объем кристалла 6650 мм3. Светопропускание призм Глана составляет около 50%.
В табл. 23 даны показатели преломления склеивающих составов для призм.

Рис. 46. Двойная призма Франка—Риттера
23. Показатели преломления склеивающих составов для поляризационных призм (для Х=589,3 нм)
Материал	п
Акриловый клей	1,485
Льняное масло	1,485
Маковое масло	1,463
Канадский бальзам	1,526
Гедамин-раствор	мочевиноформальдегидных смол в бутиловом спирте; прозрачен для к = =250 нм и менее	1,52
Рис. 47. Призма Глана с воздушным промежутком
Физическая оптика
Примеры расчета симметричного поля поляризации призм
1. Произведем расчет призмы Глана с воздушным промежутком (см. рис. 47, а). Материал призмы — исландский шпат (п0 — 1,6584, пе — 1,4864), iom и iern — углы полного внутреннего отражения обыкновенного и необыкновенного лучей; е0 и ге — углы соответствующих лучей с осью, ограничивающих поле поляризации в призме; а — угол призмы.
sin iom = — = 0,603, iom = 37° 05';
Sin iem = —= 0,6728, 1ет = 42э17'. ne
Из условия симметричности поля поляризации
е; = е; = г = 1.ет^от = 2° 36';
g= 4"‘ + Zoff, = 39°41'.
Поле поляризации в воздухе равно 2е = 8Э.
2. Произведем расчет призмы Франка—Риттера (см. рис. 46, а). Материал призмы — исландский шпат, склеивающее вещество — акриловый клей. Так как пе = пклея, то о-луч испытывает на склеиваемой поверхности полное внутреннее отражение (угол падения на этой поверхности становится больше предельного). Согласно рис. 46, а,
sin i0 =	= 0,897;
Hq n,Q 1 ,ооо4
а = 90° — (Z + е0).
Зависимость поля поляризации от угла среднего клина и склеивающего вещества приведена в табл. 24.
24. Зависимость поля поляризации от угла среднего клина и склеивающего вещества
Угол среднего клина 2а в град	Симметричное поле поляризации в град		
	Канадский бальзам	Акриловый клей	Маковое масло
35	18,5	29,9	35,5
40	10,2	21,5	27,0
43	5,2	16,5	22,0
44	3,5	14,8	20,3
45	1,9	13,1	18,7
Двоякопреломляющие призмы преобразуют падающий на них луч естественного света в два линейно поляризованных луча, расходящихся под некоторым углом. Один из лучей может быть выделен с помощью диафрагм, тогда призмами можно пользоваться в качестве поляризаторов. Различные конструкции трехгранных призм из кристаллов даны на рис. 48.
Рис. 48. Двоякопреломляющие призмы: а — призма Рошона; б — призма Сенармона; в — призма Волластона Точки означают, что оптическая ось перпендикулярна чертежу
Пучок лучей, не изменяющий при прохождении через призму своего направления, ахроматичен; у отклоняющихся лучей угол отклонения зависит от длины волны. Угол расхождения лучей у призм Рошона и Сенармона
0 = (п0 ~ Пе) tga, где a — преломляющий угол призмы.
Призма Волластона дает удвоенный угол расхождения; для К = = 589,3 нм и a = 30° угол расхождения 20 = 5° 45'.
Поляризаторы, основанные на дихроизме
Поляроид — поляризационный светофильтр — представляет собой очень тонкую поляризующую свет пленку, вклеенную между пластинками из стекла или прозрачной бесцветной пластмассы. Поляризация с помощью дихроизма в некотором участке спектра достигает 100%. Для изготовления поляроидов применяются преимущественно поли-иодиды сульфата хинина или поливинилового спирта [14, 112]. Герапати-товые поляроиды изготовляются из полииодида сульфата хинина, чаще всего в виде суспензии ультрамикроскопических иглообразных кристалликов в нитро- или ацетилцеллюлозной пленке. Поливиниловые поляроиды получаются обработкой пленок из поливинилового спирта, подвергнутых растяжению в одном направлении. Степень поляризации зависит от длины волны (табл. 2о).
Одиночные поливиниловые поляроиды пропускают около 30 ± 10% и рассеивают около 0.1%, герапатитовые поляроиды пропускают 28 ± ± 5% и рассеивают 3,5 ± 1% падающего на них белого света. Телесный угол, в пределах которого сохраняется максимальное значение поляризации (апертурный угол поляризации), составляет около 90° для поливиниловых и около 60° для герапатитовых поляроидов. Цвет отдельного светофильтра серый или серо-зеленый. Два светофильтра со скрещенными плоскостями поляризации могут представляться в проходящем свете имеющими нейтральную, синюю, фиолетовую и даже красную окраску.’ Поляроиды не выдерживают длительного нагревания свыше 70—80°. Преимущества поляроидов: удобная форма, большие размеры (до 300 мм в диаметре), большой апертурный угол поляризации и отно-
25. Зависимость пропускания и поляризации поляроидов от X в %
X в нм	Герапатитовые поляроиды				Поливиниловые поляроиды			
	и	г, II	|	Р	7\	г. II |	r2.L |	Р
400	2	—	—	—	26	14	—	100
450	15	4	—	—	37	25	—	100
500 .	27	14	0,1	98,7	40	36	—	100
550	32	20	0,1	99,0	37	29	—	100
600	34	24	0,1	99,0	35	27	—	100
650	36	27	0,2	98,5	38	32	—	100
700	36	31	0,3	98,2	42	35	—	100
750	40	34	1,5	91,5	45	40	—	100
800	44	36	7,0	67,8	50	45	0,8	98
850	50	41	16,9	41,2	59	53	17	72
900	54	44	24,0	28,2	80	65	53	32
950	—	—	—	—	92	80	76	2
1000	—	—	—	—	96	86	86	0
1050	—	—	—	—	96	87	87	0
1100	—	—	—	—	97	88	88	0
Примечание. Tt — пропускание одного поляроида; Т 2 Ц и Т2\_ — пропускание поляроидов соответственно при параллельном и перпендикулярном положении их плоскостей поляризации; Р — величина поляризации.
сительная дешевизна по сравнению с поляризационными призмами. Недостатки: несколько большее, чем у призм, поглощение света и неодинаковая степень поляризации в пределах всей видимой области спектра.
В зависимости от условий работы в приборах поляризационные светофильтры делятся на три категории:
А — светофильтры для поляризационных микроскопов;
Б — светофильтры для наблюдательных телескопических приборов, а также интерференционно-поляризационные светофильтры;
В — светофильтры, используемые в поляриметрах, очках и других неответственных приборах.
Остаточное светопропускание двух светофильтров в скрещенном положении для категории А составляет 0,01—0,08% и для категорий Б и В соответственно не более 0,2 и 0,3%.
Оптические компенсаторы 1
Компенсатор Бабине. Состоит из двух кварцевых клиньев, вырезанных так, что оптические оси в них взаимно перпендикулярны (рис. 49). Один из клиньев В неподвижен и снабжен посередине крестом и штрихом;
1 Поляризационные приспособления, применяемые для анализа поляризованного света.
другой клин А можно перемещать с помощью микрометренного винта с делительным барабаном. Луч обыкновенный в верхнем клине становится необыкновенным в нижнем клине, и наоборот. В том месте, где
— ^2» между лучами не возникает разности фаз. Меняя разность толщин (dr — J2), можно получить любую разность фаз.
Компенсатор Солейля. Компенсатор (рис. 50) представляет собой видоизмененный компенсатор Бабине, в котором клинья заменены пла-
Рис. 50. Компенсатор Солейля
Рис. 49. Компенсатор Бабине
стинками с той же ориентацией осей кварца. Нижняя пластинка разрезана на две клиновидные части А и В; перемещение части А плавно изменяет общую толщину пластинок. Компенсаторами могут служить плоскопараллельные пластинки из одноосных и двухосных кристаллов, вырезанные в определенном направле-нии относительно кристаллографической ^’1 оси (рис. 51 и 52).
12 TV
Рис. 51. Кварцевая пластинка с разностью хода 530—570 нм
Оптическая ось кристалла
Рис. 52. Слюдяная пластинка, заклеиваемая между защитными стеклами К8, с оптической разностью хода 375 нм
Широкое применение имеют пластинки с разностью хода — и — (пластинка «четверть волны» и «полуволны») из одноосных кристаллов с поверхностями, вырезанными параллельно оси. Пластинки (компенсаторы) изготовляют из слюды, селенита, гипса и кварца. Так, толщина
пластинки в «четверть волны» первого X = 0,589 мкм
_ л _ 0,589-10~3
— 4 (пе — п0) ~ 4-0,008
порядка из
= 0,0184 мм.
слюды для
Для измерения небольших величин эллиптичности поляризованного света и очень малых разностей хода двупреломления в объектах приме-
няется поворотная пластинка (эллиптический компенсатор) из слюды
- 11 л	1	1 Л
толщиной 11—4 мкм, что составляет разность хода — —Л.
1и ои
Расчет интерференционной окраски кварцевой пластинки при параллельных николях
Разность хода между обыкновенными и необыкновенными волнами в кварцевой пластинке (падающий луч нормален к поверхности пластинки) равна
А = d (па — По)	(44)
или числу волн
N = ~ = d	,	(45)
где X — длина волны в воздухе;
па — по — разность показателей в направлении, перпендикулярном к пластинке.
Наибольшая разность хода возникает, когда пластинка вырезана параллельно оптической оси, т. е. когда па = пе.
X
Если разность хода равна нечетному числу полуволн (2п + 1) — , то обыкновенный и необыкновенный лучи после выхода из николя гасят друг друга. При W = пк лучи усиливают друг друга, и суммарная яркость света равна удвоенной яркости каждого из слагаемых лучей. Во всех других случаях лучи либо частично усиливают, либо ослабляют друг друга. По формулам (44) и (45) можно произвести приближенный расчет спектрального состава интерференционной окраски кристаллической пластинки при параллельных николях, если известен спектральный состав света, проходящего через нижний николь. Для лучей разного цвета па — п0 и пе — п0 у кварца приблизительно одинаковы. Поэтому расчет можно вести для среднего значения величины двупреломления (X = 589,3 нм). Для кварцевой пластинки, вырезанной параллельно оптической оси, А = 0,0091 d.
В табл. 26 даны разности хода, выраженные числом волн для каждого цвета в кварцевой пластинке d = 0,1 мм. Как видно из таблицы,
(	X \
фиолетовые лучи, имеющие разность хода 2V4 1 или смещение — \, после
26. Характер цвета в зависимости от разности хода, выраженного в числах волн в кварцевой пластинке </=0,1 мм
Число волн V = -ф Л	Характер цвета	Число волн N = А	Характер цвета
2V4 2 1%	Фиолетовый Синий Зеленый	1V2 Р/2 1*/4	Желтый Оранжевый Красный
интерференции дадут яркость, равную яркости каждого из них. Тот же эффект дадут зеленые и красные лучи. Яркость синих лучей (W = 2) равна арифметической сумме яркостей интерферирующих слагаемых; желтый и оранжевый лучи (W # Р/2) гаснут. Скрещивание николей X увеличивает разность хода каждого монохроматического луча на ,
27. Показатели преломления одноосных кристаллов
Вещество	Обыкновенный луч X = 589,3 нм	Необыкновенный луч X = 589,3 нм
Берилл (изумруд)	1,581	1,575
Корунд (сапфир, рубин)	1,769	1,760
Турмалин	1,669	1,638
28. Показатели преломления кальцита (исландского шпата) в видимой и ультрафиолетовой областях спектра при £=18°С
X в нм	по	пе	X в нм	по	пе
200	1,90284	1,57649	410	1,68014	1,49640
208	1,86733	1,56640	434	1,67552	1,49430
214	1,84558	1,55976	441	1,67423	1,49373
219	1,83075	1,55496	467	1,67024	1,49190
231	1,80233	1,54541	486	1,66785	1,49074
242	1,78111	1,53782	508	1,66527	1,48956
257	1,76038	1,53005	533	1,66277	1,48841
263	1,75343	1,52736	560	1,66046	1,48736
267	1,74864	1,52547	589	1,65835	1,48640
274	1,74139	1,52261	643	1,65504	1,48490
291	1,72774	1,51705	656	. 1,65437	1,48459
312	1,71425	1,51140	670	1,65367	1,48426
340	1,70078	1,50562	768	1,64974	1,48259
394	1,68374	1,49810			
Дисперсионная формула					
„2	1 % — 1	_ 0.43257Х2	0,82932Х2 + X2 — 0,12	0.43376Х2	. 0.61855Х2		
	- X2 —0,52		' X2-	(0,1535)2 ' X2 —(6,7)2’	
„2	1 Пе— 1	_ 0.45899Х2	0.69835Х2	,	0.02680Х2	, 0.30018Х3		
	“ V — 0,52	+ X2 —0,12	' X2 —(0	, 1535)2 1 X2-	-(1 1,3)2
и интерференционные окраски, получаемые при параллельных николях, изменяются на дополнительные.
В табл. 27—33 даны показатели преломления некоторых кристаллов для различных длин волн.
29. Показатели преломления кальцита (исландского шпата) в инфракрасной области спектра
X. в мкм	по	пе	X в мкм	по	пе
0,7711	1,64965	1,48257	1,4219	1,63590	—
0,8007	1,64869	1,48216	1,4792	1,63490	—
0,8325	1,64772	1,48176	1,4972	1,63457	1,47744
0,8671	1,64676	1,48137	1,5414	1,63381	—
0,9047	1,64578	1,48098	1,6087	1,63261	—
0,9460	1,64480	1,48060	1,6146	—	1,47695
0,9914	1,64380	1,48022	1,6815	1,63127	—
1,0417	1,64276	1,47985	1,7487	—	1,47638
1,0973	1,64167	1,47948	1,7614	1,62974	—
1,1592	1,64051	1,47910	1,8487	1,62800	—
1,2288	1,63926	1,47870	1,9085	—	1,47573
1,2732	1,63849	—	1,9457	1,62602	—
1,3070	1,63789	1,47831	2,0531	1,62372	—
1,3195	1,63767	—	2,0998	—	1,47492
1,3685	1,63681	—	2,1419	1,62099	—
1,3958	1,63637	1,47789	2,3243	—	1,47392
30. Показатели преломления СаСО3 (арагонита) в видимой области спектра
X. в нм	nd	"р	"v
397	1,5422	1,7051	1,7101
431	1,5388	1,6983	1,7032
486	1,5348	1,6905	1,6951
527	1,5326	1,6863	1,6908
589	1,5301	1,6815	1,6859
656	1,5282	1,6778	1,6820
687	1,5275	1,6763	1,6806
31. Двойное лучепреломление кальцита из тонких пластин
Элемент	Длина волны X (A0)	Двойное лучепреломление при 20° С (ц = пе — п0)	Разность хода между 20 и 40° С (Г20 — Г4о)/Г20	Дисперсия дц	, дк в см
Не	6678	—0,16948	0,0013	280
Н	6563	—0,16980	0,0013	270
Cd	6438	—0,17015	0,0013	310
Не	5876	—0,17202	0,0013	400
Hg	5791	-0,17235	0,0013	430
Hg	5770	—0,17244	0,0013	420
Hg	5461	—0,17376	0,0013	460
Cd	5086	—0,17570	0,0013	560
H	4861	—0,17709	0,0013	670
Cd	4800	—0,17751	0,0013	650
Cd	4678	—0,17837	0,0013	680
Hg	4358	—0,18109	0,0012	—
—	—	±0,000015	±0,0001	±20
32. Показатели преломления кристаллического кварца при t = 18° С
X в нм	по	пе	X в нм	по	пе
185,467	1,67578	1,68997	219,462	1,62497	1,63698
193,583	1,65999	1,67343	226,503	1,61818	1,62992
214,439	1,63039	1,64262	231,288	1,61401	1,62559
242,796	1,60525	1,61650	643,847	1,542288	1,551332
250,329	1,60032'	1,61139	656,278	1,541899	1,550929
257,304	1,59622	1,60714	667,815	1,541553	1,550573
263,155	1,59309	1,60389	706,520	1,540488	1,549472
274,867	1,58752	1,59813	728,135	1,539948	1,548913
303,412	1,576955	1,58720	766,494	1,539071	1,548005
312,279	1,57433	1,584485	794,763	1,538478	1,547392
340,365	1,56747	1,577385	844,67	1,537525	1,54640
358,68	1,563915	1,573705	1000	1,53503	1,54381
396,848	1,55813	1,56772	1014,06	1,53483	1,54360
404,656	1,557156	1,56671	1083,03	1,53387	1,54260
410,174	1,556502	1,566031	1200	1,53232	1,54098
434,047	1,553963	1,563405	1300	1,53102	1,53962
435,834	1,553790	1,563225	1400	1,52972	1,53826
Продолжение табл. 32
X в нм	по	пе	X в нм	по	пе
467,815	1,551027	1,560368	1529,61	1,52800	1,53646
479,991	1,550118	1,559428	1600	1,52703	1,53545
486,133	1,549683	1,558979	1800	1,52413	1,53242
508,582	1,548229	1,557475	2058,20	1,51998	1,52814
533,85	1,546799	1,555997	2500	1,51156	1,51950
589,29 627,82	1,544246 1,542819	1,553355 1,551880	3000	1,49962	1,50700
33. Показатели преломления натровой селитры NaNO3 в видимой области спектра
X в нм	по	пе	X в нм	по	пе
434	1,6126	1,3404	578	1,5860	1,3363
486	1,5998	1,3384	589	1,5848	1,3360
501	1,5968	1,3379	656	1,5791	1,3347
546	1,5899	1,3365	668	1,5783	1,3345
толщиной t
Разность хода в длинах волн г между обыкновенным и необыкновенным лучами при прохождении пластины ц/ r ~ Т’
где р — двойное лучепреломление, т. е. преломления обыкновенного и длины волны X.
Вращательная способность кварца при температуре 20° С:
разность между показателями необыкновенного лучей для
Длина волны в нм . . 656,3	589,3	486,1
Вращение в град/мм . . 17,320	21,724	32,761
434 41,924
Для X = 589,3 нм при повышении температуры на 1°С поправка положительная и равна 0,003.
Три главных значения показателя преломления для X = 589,3 нм в двухосных кристаллах:
Гипс.....................
Слюда...................
Арагонит................
Барит ..................
Калий азотнокислый . . . .
1,5205	1,5226	1,5296
1,561	1,590	1,594
1,530	1,681	1,686
1,637	1,638	1,649
1,335	1,506	1,507
Литература: [14 — 17, 30, 32, 36 — 39, 47, 48, 52, 60, 64, 66, 71, 72, 74, 77, 85, 86, 90, 91, 93, 95, 96, 97, 99, 100, 101, 102, 104, 105, 106, 108, 112, ИЗ, 115, 116, 117].
ГЛАВА И
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ
Строение пучка лучей
Световым лучам геометрической оптики соответствуют нормали к поверхности волны в физической оптике.
пучка лучей определяется совокупностью лучей. Если из одной точки или сходятся в одной какой-либо точке, то такой пучок лучей называется гомоцентрическим. Пучки лучей бывают расходящиеся, сходящиеся и параллельные. Гомоцентрический пучок лучей образует одну точку изображения S', называемого точечным или стигматическим. Если изображение образовано пересечением самих лучей, то оно называется действитель-
Строение лучи выходят
Рис. 1.
Изображение точки
ным (рис. 1, а), а если изображение образовано их геометрическими продолжениями, то оно называется мнимым (рис. 1,6). В геометрической оптике под светящейся точкой подразумевается источник света, не имеющий размера и объема.
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ
Закон прямолинейного распространения света
Принято считать, что свет в прозрачной и однородной (изотропной) среде распространяется вдоль прямой линии, называемой лучом. Геометрическая оптика не рассматривает явления дифракции от края отверстия диафрагмы, при котором свет заходит в область геометрической тени. Однако в реальных оптических приборах нужно учитывать явление дифракции, так как оно сильно портит изображение, если свет проходит сквозь узкое отверстие, размеры которого соизмеримы с длиной волны света.
Закон независимого распространения света
Предполагается, что отдельные лучи и пучки после пересечения продолжают распространяться по прежним направлениям. При определенных условиях в месте пересечения могут возникнуть интерференционные явления, но в геометрической оптике они не рассматриваются.
Закон отражения и преломления
Если лучи, распространяясь в определенной среде, встречают среду, отличную по показателю преломления от первоначальной, то они на поверхности раздела этих сред частично отражаются и преломляются или полностью отражаются в определенном направлении [97 ]. При этом' соблюдаются следующие закономерности:
1)	падающий, преломленный и отраженный лучи лежат в одной плоскости с нормалью к поверхности в точке падения луча;
2)	при отражении действует закон отражения — i — ц, т. е. угол падения равен углу отражения;
3)	отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для двух данных сред — величина постоянная и равная относительному показателю преломления этих двух сред
Падающий и преломленный лучи взаимно обратимы. Если принять п = —п', то уравнение (1) дает закон отражения. Показатель преломления данной среды по отношению к воздуху называется абсолютным показателем преломления. Показатель преломления воздуха принимается равным единице, хотя его точное значение п = 1,000274 (при нормальном давлении 760 мм и температуре 20° С). Зависимость показателя преломления воздуха от температуры t и атмосферного давления Р$ определяется формулой
Пв = 1 + 0,000294	-----Ц_ .
1 + ‘273‘
Полное внутреннее отражение. При переходе луча из более плотной среды в менее плотную преломленный луч отклоняется от нормали, т. е. I' > i. При увеличении угла падения наступит момент, когда sin i' — 1, т. е. преломленный луч будет скользить по поверхности границы раздела (Г = 90°). В этом случае предельное значение угла падения im определяется по формуле [97 ] sin im = или в случае преломления луча
из среды в воздух (п =1) sm im =—.
п
При всяком угле падения, большем, чем im, луч полностью отражается внутрь той среды, из которой он распространяется (табл. 1).
На явлении полного внутреннего отражения основано устройство некоторых оптических деталей (призм полного внутреннего отражения, освещение сеток в приборах и т. д.).
4 Заказ 1902
1. Значения предельных углов im полного внутреннего отражения углов (—/1) падения на входную грань прямоугольной призмы (рис. 2)
Марка стекла	п	т	i
К8	1,5163	41°16'	5°4Г
БКЮ	1,5688	39°36'	8°29'
ТК2	1,5724	39°30'	8°4Г
ТК16	1,6126	38°19'	10°47'
ТФ1	1,6475	37°22'	12°38'
ТФ5	1,7550	34°44'	18°13'
Если лучи падают на отражающую грань призмы под углом, меньшим, чем im, то такая грань металлизируется.
Рис. 2. Определение полного внутреннего отражения в прямоугольной призме
ПАРАКСИАЛЬНАЯ ОПТИКА
Законы параксиальной (гауссовой) оптики относятся к бесконечно малой области, окружающей оптическую ось системы. Эта область исследуется с помощью нулевых лучей.
Изображение предметов с помощью нулевых лучей строится на положениях солинейного сродства [78, 110].
Правила знаков
Положительным направлением вдоль оптической оси считается направление света слева направо. Оптическую систему принято изображать так, чтобы первая входная поверхность ее располагалась на рисунке слева (рис. 3).
При расчете оптической системы следует придерживаться следующих правил [5]:
1) угол луча с оптической осью считается положительным, если луч,
пересекая ось, идет сверху вниз, и отрицательным — снизу вверх;
2) линейные величины предмета и изображения, а также высота лучей .считаются положительными, если они расположены над осью,
и отрицательными — под осью;
3)	радиус кривизны поверхности считается положительным, если ее центр кривизны находится справа от поверхности, а отрицательным — слева от поверхности, т. е. отсчет производится от поверхности к центру;
4)	величины толщин и воздушных промежутков между преломляющимися поверхностями при движении света слева направо всегда считаются положительными;
5)	углы между лучом и нормалью к поверхности в точках падения луча i и i' (углы падения и преломления) считаются положительными, если нормаль должна быть повернута по ходу часовой стрелки, чтобы совпасть с направлением луча;
6)	угол ф между нормалью и оптической осью считается положительным, если оптическая ось должна быть'повернута по направлению движения часовой стрелки, чтобы совпасть с нормалью;
Рис. 3. Правило обозначения размеров и угловых величин
7)	при отражении на поверхности изменяется знак у показателя преломления п', угла отражения I' и величины расстояния между отражающей поверхностью и следующей (при движении света справа налево);
8)	фокусные расстояния считаются положительными по направлению света от главных плоскостей;
9)	при преломлении или отражении лучей на сферической поверхности за начало отсчета отрезка принимается вершина поверхности (точка О). Отрезки считаются положительными, если они откладываются вдоль оси справа от точки О по направлению распространения света, и отрицательными, когда откладываются слева от точки О. В случае отрицательных значений указанных выше величин перед ними ставится знак минус.
Соответственные (одноименные) и сопряженные точки, отрезки и углы в пространстве предметов и в пространстве изображений указываются одинаковыми буквами, но обозначения, относящиеся к пространству изображений, отличаются знаком «штрих» справа вверху каждой буквы.
Главные точки, главные плоскости, фокусы и фокусные расстояния
Две сопряженные плоскости, расположенные перпендикулярно к оптической оси, для которых линейное увеличение равно плюс единице, называются главными плоскостями [97]. Различают переднюю и заднюю главные плоскости (рис. 4).
Задняя главная плоскость Н' определяется пересечением идущих параллельно в пространстве предметов лучей с их продолжением после
преломления через систему (это вытекает из постоянства величин
Передняя главная плоскость Н определяется аналогично задней, если провести параллельно оси луч в обратном направлении (со стороны пространства изображений).
Точки пересечения главных плоскостей с оптической осью есть главные точки системы.
положение основных точек системы
Задний фокус системы есть точка F', сопряженная с бесконечно удаленной точкой, расположенной на оси системы в пространстве предметов.
Передний фокус системы есть точка F, сопряженная с бесконечно удаленной точкой, расположенной на оси системы в пространстве изображений.
Заднее фокусное расстояние — расстояние от задней главной плоскости др заднего фокуса F' (H'F' = /')•
Переднее фокусное расстояние — расстояние от передней главной плоскости до переднего фокуса F (HF = —f).
Заднее вершинное фокусное расстояние — расстояние от вершины последней поверхности системы до заднего фокуса (OF =
Переднее вершинное фокусное расстояние — расстояние от вершины первой поверхности системы до переднего фокуса (OF = —$/?).
Передняя и задняя фокальные плоскости — перпендикулярные к оптической оси плоскости, проходящие соответственно через фокусы F и Г'.
Расстояние передней главной плоскости от вершины первой поверхности системы sH = sp — f.
Расстояние задней главной плоскости от вершины последней поверхности системы s'„, = s', — f'.
Н	Г
Согласно рис. 4 величина переднего и заднего фокусного расстояния вычисляется по формулам
Формулы, определяющие положение сопряженных точек.
Линейное увеличение в сопряженных плоскостях
Положение сопряженных точек А и А' на оси системы относительно фокусов системы определяются отрезками х и х' (рис. 5).
Из подобия треугольников F и F'А' В', а также треугольников ABF и HNtF выводится формула для линейного (поперечного) увеличения
у = JL. —___________L
I Г х
(2)
откуда получается формула Ньютона хх' = ff'.
Рис. 5. Определение положения сопряженных точек
Если система находится в однородной среде, то f' = —f, и тогда хх' — —f'2.
Расстояния х и х' считаются положительными соответственно от фокусов F и F' по направлению света (на рис. 5 х << 0 и х' >> 0). Положения сопряженных точек А и А' на оси системы связаны зависимостью относительно главных точек Н и Н'
4+-^ = i
а а
или для системы, находящейся в однородной среде,
_1____1_ _ J_
а'	а — f'
Согласно формулам (2) и (6)
У _ ап _ а'	п
а'п' а	п'
(3)
(4)
Расстояния от передней главной плоскости до предмета и от задней главной плоскости до изображения соответственно вычисляются по формулам
Расстояние от предмета до его изображения определяется по формуле (5), если даны вершинные фокусные расстояния системы и ее суммарная толщина по оптической оси (рис. 6).
L = c— f'
где
Рис. 6. Определение расстояния от предмета до его изображения при заданных вершинных фокусных расстояниях и суммарной толщине системы
Угловое и продольное увеличения
Под угловым увеличением W понимают величину (рис. 7)
Рис. 7. Соотношения между линейным угловым и продольным увеличениями
(6)
или согласно формуле (4)
Г= — а
(7)
Это угловое увеличение относится к лучам, проходящим через основания А и А' предмета I и изображения I. Можно говорить об угловом
увеличении между углами пересечения любых лучей с,осью. Так, например, для лучей' ВН и Н'В', проходящих через главные точки Н и Н' и образующих с осью соответственно углы и (рис. 5)
или на основании формул (4) и (7)
Wu =-----—
" н f? *
Угловое увеличение для произвольных точек Р и Р' (рис. 7)
При этом сопряженные лучи ВР и Р'В' проходят через плоскости предмета и изображения соответственно на высоте I и /'.
Из формул (2) и (7) следует
или
WV = — -L.	(8)
Произведение углового увеличения на линейное есть величина постоянная для любой пары сопряженных точек на оси и равно угловому увеличению в главных точках Н и Н', т. е.
WV = WpVp= WH = — -jr.	(9)
Из рис. 7 следует
Отношение = Q есть увеличение отрезка между точками АР и А'Р', т. е. продольное увеличение отрезка вдоль оси. Согласно формулам (6) и (10)
4 W Wp’ или по формуле (9)
Q =	—(j-VVp^^-VVp;	(И)
при п' = п = 1 (система в воздухе) Q = VVP, где V и Vp — линейное увеличение в точках А и А' и Р и Р'.
Если точку Р бесконечно близко приближать к точке Л, то отрезок е становится бесконечно малым. В этом случае Vp->V, а!Гр->1Ги увеличение Q переходит в элементарное продольное увеличение в точке А.
Из формулы (11) следует
9=limQ = -4- От V>=--4- Р = — е->0	I е->0	I	П
При п' = П — 1, q = V2.
Согласно формуле (9)
<7=V	<12)
или^=1.
Совершенно аналогично определяется продольное увеличение в точке Р:
Чр^р _ Ур ’
о =____L и2 = 2L у2
ЧР f Р п Р-
Выражение (12) дает связь между тремя увеличениями в точке А: линейным, угловым и продольным.
Для практических расчетов удобно пользоваться следующими формулами:
e'=f'(Vp-V).	(13а)
Узловые точки
Узловыми точками называются такие точки, в которых угловое увеличение Wp = 1. Из формулы (7) следует: при Wp =1 x = f их' = /, т. е. передняя узловая точка находится от переднего фокуса на расстоянии, равном заднему фокусному расстоянию, а задняя узловая точка от заднего фокуса — на расстоянии, равном переднему фокусному расстоянию.
Луч, пересекающий оптическую ось в передней узловой точке в пространстве предметов под некоторым углом, пересекает в пространстве изображения ось в задней узловой точке под тем же углом. Из формулы (9) вследствие Wp — 1 следует, что Vp = WH, т. е. линейное увеличение в узловых точках равно угловому увеличению в главных точках.
Если первая и последняя среды одинаковы, то главные и узловые точки системы совпадают.
Построение изображения
Если в системе известны положения главных точек и обоих фокусов, то можно определить графически положение и величину изображения по положению и величине предмета, и наоборот. Для этого надо построить ход двух лучей, исходящих из точки предмета (см. рис. 5). Один из этих лучей направить параллельно оптической оси (/ = h = Л')» а другой через F — передний фокус. Высоты лучей на передней главной
плоскости переносятся без изменения в знаке и абсолютной величине на заднюю главную плоскость. Первый луч выйдет из системы через точку — изображение точки и пройдет через F — задний фокус системы. Второй луч, проходящий через F, — передний фокус системы, пересечет переднюю главную плоскость в точке Д^ и выйдет через точку (изображение точки aQ параллельно оси по направлению AfjB . Точка В —пересечение лучей N^F' и N^B'—есть изображение точки В. Опуская из точки В' перпендикуляр на оптическую ось, получим точку Л', которая и явится изображением точки А предмета I — АВ, а отрезок Л'В' = — Z' — его изображением. Все поперечные величины при построении условны, так как на самом деле они бесконечно малы.
Построение с помощью узловых точек системы
Пользуясь построением, основанным на свойстве узловых точек (или главных, если п = л')> легко определить в задней фокальной плоскости системы величину изображения бесконечно удаленных предметов; направление в пространстве изображений любого луча, если известно его направление в пространстве предметов; найти положения любых сопряженных точек на сопряженных лучах.
Рис. 8. Построение с помощью узловых точек системы:
/ — пространство предметов; II — пространство изображений
Пространство между главными плоскостями отдельных линз или сложных компонентов ни для расчета, ни для построения изображения роли не играет. Поэтому обе главные плоскости обычно совмещают в одну общую’плоскость. Однако для действительного положения изображения в пространстве следует учесть алгебраическую сумму расстояний между
главными плоскостями.
По данному направлению одного из лучей, принадлежащего параллельно падающему пучку, под углом w к оптической оси (рис. 8), требуется определить величину изображения /' в фокальной плоскости Е' и направление заданного луча в пространстве изображения. Проведя без преломления через главную точку Н луч НМ' параллельно данному лучу SAZ, получим в плоскости Е' точку А4'. Последняя является изображением бесконечно удаленной точки, образуемым параллельным пучком, из которого выделены два луча SN и НМ'. Величина изображения /' = = —f' tg w. Отсюда следует, что в пространстве изображения искомый луч пройдет через-точку М' и его направление будет NM'.
Если светящаяся точка Аг лежит на луче SN вне оптической оси, то ее изображение должно находиться на луче NM'. Поэтому, соединяя А^ с Н и продолжая этот луч до пересечения с NM' в точке можно заключить на основании формулы (9), что Д1 есть изображение точки Av Точка S' на оси есть изображение точки S.
Некоторые соотношения между предметом и изображением
Пространство предметов и пространство изображений можно разграничить на четыре зоны с помощью трех пар плоскостей: главных, фокальных и плоскостей, расположенных от И и И' на двойном фокусном расстоянии [61 ], причем эти зоны попарно сопряжены (рис. 9 и 10 и табл. 2).
Рис. 9. Изображение, даваемое положительной линзой
Рис. 10. Изображение, даваемое отрицательной линзой
Для зоны IV (положительная линза) удобнее представить предмет как некоторое изображение от каких-то других линз. При переходе через поверхность линзы этот предмет уже реально существовать не может, он становится мнимым, а будет реально существовать его изображение. Когда предмет переходит фокальную плоскость F, изображение скачком переходит из бесконечности в пространство изображений (хг = оо) в бесконечность в пространстве предметов (х = —оо) и становится прямым и мнимым.
2. Области сопряженных зон
Зона (см. рис. 9 и 10)	В пространстве предметов	Зона (см. рис. 9 и 10)	В пространстве изображений	Характеристика изображений
	Положительная линза			
/	От оо до плоскости А	/'	От F' ДО плоскости А'	Действительное обратное уменьшенное
//	От А до F	//'	От А' до оо	Действительное обратное увеличенное
///	От F до И	иг	От оо до Н'	Мнимое прямое увеличенное
IV	От Я до оо	IV'	От И' до F'	Действительное прямое уменьшенное
	От р и ц а		тельная линза	
/	От оо до Н	г	От F' до И'	Мнимое прямое уменьшенное
//	От Н до F	1Г	От Я' до оо	Действительное прямое увеличенное
///	От F до А	II г	От оо до А'	Мнимое обратное увеличенное
IV	От А до оо	IV	От А' до F'	Мнимое обратное уменьшенное
Преломление луча через сферическую поверхность
В параксиальной области высоты h параксиального луча бесконечно малы и углы a, i и ф стремятся к нулю (рис. 11). На основании закона преломления ni = n'i' и поэтому
h	h , h	,
ф = —— ; а = -—; а =	; i = a— ф; Г = а —ф;
	л (а — ф) = п' (а' — ф).
Из этих соотношений легко получить нулевой инвариант или пнва-
риант Аббе	/ 1 1 \ , / 1 1 \ л	) = л	—-	,	(14) \ s	г )	\ s	г )	7
откуда	п'	л	л' — л	... . s’	s = г	(14а)
или	, .	h(n' — п) ,.	.... а'л'— ал = —-— 	— = /гф.	(15)
Каждая преломляющая поверхность имеет свой инвариант Аббе.
Такие инварианты называются неполными, или частичными [97].

Положив в уравнении (14а) величину $ = оо, найдем расстояние заднего фокуса от преломляющей поверхности (рис. 12).
л	«	ПТ*	/1 с \
S/ = / = = —-------- • ( 16)
Ф и — п
Аналогично из формулы (14) определяется переднее фокусное расстояние, если принять s' = оо:
Преломление через несколько сферических поверхностен
На рис. 13 даны следующие обозначения:	0^,	—
поверхности с номерами от k — 1 до k+ 1; dk— расстояние между вершинами 0k и 0д+1 преломляющих поверхностей. При переходе от одной поверхности к другой и аналогично к любой следующей учитывают, что = s'k — dk. Удобно в формулу (14а) вместо величин sk и s'k hk ’ hk
ввести параксиальные углы	~ и ak = —г. Тогда согласно
sk	sk
формуле (15) для /г-й поверхности , '	hk(nk — nk)
Vt - ’Wk = V *	•	(15a)
• k
Расчет хода параксиального луча через систему, состоящую из р поверхностей, заключается в последовательном применении формулы (15а) и формулы hk = hk71—akdk-i [85], т. е.
_	hx(n2 — пх) .
ос 2 —--------------------
П2	П2''1
/г2 = hi — a2di,
Пз	ПзГ2
прар hp (пр+1 — пр) а,р+1 =-------------------------
«Р+i	пр+1гр
hp = hp—i — &pdp~i.
Из расчета (при 04 = О sx = —00) находим: h
—— = /' — заднее фокусное расстояние всей системы; aP+i hp »
—= sF, — заднее вершинное фокусное расстояние, otp+i
sp — f — положение задней главной плоскости от последней поверхности.
Расчет луча в обратном ходе (Sj = 00) определяет величину и положение переднего фокуса.
Оптическая сила системы
Из формул (16) и (17) следует
Г_ _ f п
(18)
Эту зависимость вследствие инвариантности формулы (19) можно распространить и на систему, состоящую из любого числа поверхностей. Отношения------j- = — = ф называются оптической силой системы.
Большей частью оптическую систему рассматривают в воздухе (п = = п' = 1) и тогда за оптическую силу принимают величину, обратную заднему фокусному расстоянию (выраженному в метрах) Ф =	.
Единицей оптической силы является диоптрия. Одна диоптрия есть оптическая сила системы в воздухе с фокусным расстоянием, равным 1 м.
Инвариант Лагранжа—Гельмгольца
Из формул (1), (6) и (9) следует
alf = —a'/'f;	(19)
fiyf = —РУГ;	(20)
при условии, что лучи AN^ и являются сопряженными и проходят соответственно через концы у и у'. Вследствие формулы (18) выражения (19) и (20) приводятся к виду
anl = а'п'1' — J\	(21)
p/jy = Р’п'у' - —Jv	(22)
Инварианты (21) и (22) имеют большое практическое значение. Они называются полными инвариантами, так как при прохождении через всю систему не меняют своего вида и значения. Первоначальные численные значения полного инварианта совершенно произвольны. Однако между этими обоими инвариантами существует очень важная связь (рис. 7): J = — Ji или al = —0г/.
Бесконечно тонкая линза
В бесконечно тонкой линзе главные плоскости совпадают друг с другом и с вершинами линз.
Основная формула бесконечно тонкой линзы
где s и s' — расстояния от линзы до предмета и его изображения.
Полагая s= оо и s' = /', из формулы (23) получим
= <И>
Так как а = и а' =	, то формула (23) приводится к виду а'==
= а + ЛФ.
Линзы конечной толщины
Для простой линзы справедливы следующие соотношения [93]: _	1	,	1Х/ 1	1 \ , (п— I)2 d
f	\ ГЛ г2 ) ' п г,г2 ’
ri(nri+fl)	fl ।	1.
SF~-{n-i)R	L1+	nr2 J;
- _ r2 (nr2 — R) _ Г (П — l)d] #
F' (n-\)R	' L nrt J ’
_ rjd _	/' (n —l)d _
H R	nr2 ’
R = n (r2 — rr) + (n — I) d; /	_	_ f' (n~ l)d .
S"------R~~~' nr, ’
нн, = d(n— —
(25)
При малых
Н Н' Н Н'
Н //
Н //'
н н*
н //'
R значениях d по сравнению с /'
1 — — п )
f>0
S^O
Рис. 14. Расположение главных плоскостей
простых линз
f>0 SH>0 •frO
s„<0
s?0
Г<0
s^o
f<0 Sfi~O s’^0
в основных типах
На рис. 14 показано расположение главных плоскостей в основных типах простых линз. Три из них относятся к положительным (собирательным) линзам f' !> О и три линзы — к отрицательным (рассеивающим) Г <0.
Соединение двух оптических систем в одну систему с общей осью симметрии
На рис. 15 обозначено: Fx и F^—фокусы первой системы; и //j — главные точки ее; F2 и F2< Н2 и Н2 — соответственные точки второй системы. F\F2 = d — — f2 = Д называется оптическим интервалом [97]. Луч BMlt параллельный оптической оси 00', пересекает главные плоскости первой системы в точках Mj и Л4р проходит через задний фокус Fv первой системы, пересекает главные точки второй системы в точках М2 и М9 и по выходе из второй системы пересекает ось
Рис. 15. Соединение двух систем в одну с общей осью симметрии
в заднем фокусе Ff эквивалентной системы. Плоскость В'Н', проведенная через точку В (пересечение продолженных лучей M'2F' и BMJ, является задней главной плоскостью сложной системы. Луч В N2, идущий в последней среде по тому же пути, что и луч ВМг, но в обратном направлении, проходит- через передний фокус F2 второй системы, через точки и расположенные в главных плоскостях первой системы, и выходит в первую среду из первой системы, проходя через передний фокус F сложной системы и пересекая первоначальное направление в точке В. Плоскость ВН — передняя главная плоскость сложной системы. Так как точки Fx и F являются сопряженными точками второй системы, то согласно рис. 15 и формуле Ньютона
, '	,	/2/2
F2F — XF —	— ;	(26)
FiF = xF = -^±-	(27)
(на рис. 15 x'p > О).
Величина обоих фокусных расстояний f и f сложной системы
fifi
(28)
(29)
Практически часто пользуются формулой (29), выражая фокусные расстояния через оптические силы
Ф = (Dj + Ф2 — б/Ф^г,
(29а)
где d — расстояние между задней главной плоскостью первого компонента и передней главной плоскостью второго компонента.
Задняя главная плоскость Н' находится от заднего фокуса Е2 второй
системы на расстоянии = хн = хр — f'
Передняя главная плоскость И всей системы находится от переднего фокуса первой системы на расстоянии FrH = х? — f
Линейное увеличение сложной системы
где Xi — расстояние предмета от переднего фокуса первой системы.
Расстояние HrF = х от передней главной плоскости первой системы до переднего эквивалентного фокуса F всей системы
(33)
или
(33а)
Расстояние H2F' — х от задней главной плоскости второго компонента до заднего фокуса F’ всей системы
(34)
или
(34а)
Система из нескольких линз, расположенная в воздухе
Наиболее удобный и простой способ определения габаритных размеров системы, расположенной в воздухе, заключается в последовательном применении формул (35) и (3G), когда линзы заменены главными плоскостями [85].
(35)
(36)
a^+i = «* + hk+i — hk —
здесь а£ и а^+1 — углы параксиального луча с осью до и после преломления через линзу с номером k\
hk — высота пересечения луча с главными плоскостями линзы;
ф£ = Д-----оптическая сила /?-й линзы;
fk
dk — расстояние между задней главной плоскостью линзы k и передней главной плоскостью линзы k + 1 (рис. 16). Если число всех линз равно т, то из формулы (35) следует
k=m
ат±1 = ат — а1 + 2	(З7)
k=\
Рис. 16. Ход параксиального луча через оптическую систему, представленную главными плоскостями
где = ат — угол с осью после последней линзы
At
S1 ’
Если предмет расположен в бесконечности (аг = 0, Sj = —со), то
<4= 2 W	(Зв)
k=\
Но так как
4 = у- = ^Ф,	(39)
где Ф — оптическая сила всей системы, то из формулы (38) следует . k=m
Ф = -т- У ЛаФа-	(40)
hl А=1
Если все линзы бесконечно тонкие и находятся в соприкосновении (dk = 0), то hr = h2 = • • •= hm и
k^m
Ф= 2 Фа-	(41)
Л=1
Понятие о зрачках и люках. Главные лучи. Пучки лучей
Из всех диафрагм, существующих в оптической системе, наибольшее значение имеют две диафрагмы, из которых одна, ограничивающая числовую апертуру (определяет светосилу прибора), называется действующей или апертурной диафрагмой, а другая, ограничивающая поле зрения, — диафрагмой поля зрения. Чтобы определить эти диафрагмы, поступают следующим образом. Находят положение и величину изображения всех диафрагм, даваемых предшествующей системой в пространстве предметов. То изображение диафрагмы, которое видно под наименьшим
углом (из точки А предмета, лежащей на оптической оси), называется входным зрачком системы, а сама материальная диафрагма — апертурной или действующей диафрагмой (рис. 17).
Половина угла, под которым виден из точки А зрачок, называется апертурным углом (и). То изображение в пространстве предметов материальной диафрагмы, которое наблюдается из центра зрачка под
Рис. 17. Определение положения входного зрачка и входного люка системы
наименьшим углом, называется входным люком, а сама диафрагма — диафрагмой поля зрения. Уголмежду двумя лучами,
исходящими из центра зрачка и опирающимися на края входного люка, называется углом поля зрения 2 w. Изображение апертурной диафрагмы в пространстве изображений системой, расположенной за этой диафрагмой, называется выходным зрачком, а изображение диафрагмы поля зрения — выходным окном (люком).
Лучи, проходящие через центр апертурной диафрагмы, называются главными лучами. Все лучи, прошедшие через входной зрачок, пройдут через выходной зрачок. Всякий луч, идущий вне светового отверстия изображения материальной диафрагмы, будет задержан оправой самой диафрагмы (рис. 18).
На рис. 19 дано: ОО' — оптическая ось системы, состоящей из р числа линз; и УУ yVj — соответственно входной и выходной зрачки, огра-
ничивающие падающий в систему пучок лучей, выходящих из точки Д, изображением которой является точка Д'. Произвольные, но сопряженные точки Р и Р' (см. рис. 7) перенесены в центры Р и Р' зрачков (рис. 19), радиусы которых обозначены через q и q'. На основании формул (10) и (22), полагая q и q' вместо Y и Y', линейное увеличение в зрачках
е' = Р”1 е ₽Ч '

(4а)
Глаз наблюдателя, помещенный в Р, будет наблюдать предмет I под углом р, а его изображение Г из точки Р' под углом 0' 1 (система
1 Согласно ГОСТу 7427 — 55, в реальных системах угол поля зрения обозначается через 2ш.
Рис. 18. Расположение апертурной диафрагмы за линзой: а — между линзой и задним фокусом F'; б — в заднем фокусе; в — за задним фокусом F'
Рис. 19. К выводу инварианта Лагранжа— Гельмгольца
в воздухе = пр = 1). Отношение этих углов равно угловому увеличению в зрачках системы
Аналогично этому линейное увеличение для предмета
На основании формул (21), (22) получаются два полных инварианта Лагранжа—Гельмгольца:
пАа1 = п?1а1 = п2^2а2 = • • • =	(21а)
HiQiPi = niQiPi — п2^2р2 =•••==	,	(22а)
причем lkak = —q^.
Здесь Qj, q2» • • •> Q6 и т- Д- — радиусы зрачков отдельных линз, а поэтому Qi и Qp — суть входной и выходной зрачки для всей системы
Инварианты (21а) и (22а) устанавливают определенные соотношения между полем зрения и светосилой оптических систем.
Геометрическое виньетирование
Под геометрическим виньетированием понимается явление срезания диафрагмой наклонных пучков лучей, исходящих из точек предмета, расположенных вне оси системы (рис. 20). Виньетирование вызывает
в изображении постепенное падение освещенности от центра к краю поля зрения. В пределах от А 0 до Аг через прибор проходит весь пучок. Крайним положением принято считать положение точки А2, при котором половина пучка будет срезана (главный луч А2Р касается верхнего края входного люка ССХ). Такое виньетирование для края поля зрения глаз наблюдателя практически не ощущает.
В некоторых приборах (перископы, широкоугольные объективы) с целью уменьшения поперечных размеров виньетирование допускается до 70% и более.
Виньетирование полностью уст- Рис. 20. Геометрическое виньети-раняется, т. е. изображение будет	рование
резко ограничено, если входной люк совпадает с предметом. Такое совмещение может быть осуществлено, когда внутри оптической системы применяют полевую диафрагму в плоскости промежуточного изображения.
В оптических приборах, где нет промежуточного действительного изображения (например, в театральных биноклях Галилея), невозможно совместить входной люк с плоскостью предмета. Поэтому здесь наблюдается наличие зоны затенения и нерезкое ограничение поля зрения.
Положение зрачков и люков в основных типах оптических систем
В симметричных фотографических объективах апертурная (обычно ирисовая) диафрагма находится в середине воздушного промежутка, разделяющего обе части объектива (рис. 21). Ее изображение a\bx через переднюю половину объектива является входным зрачком, а изображение а2Ь2 через заднюю — выходным зрачком. Оба зрачка находятся в главных плоскостях объектива, поэтому линейное
Вь/хэр. Вх.зр.
Рис. 21. Апертурная диафрагма, расположенная внутри оптической системы
увеличение в зрачках равно единице. Луч Bav направленный в край входного зрачка, т. е. в точку av пройдя компонент I коснется края диафрагмы (в точке а) и выйдет по направлению С'В'. На продолжении этого луча находится точка а2 — край выходного зрачка. По мере увеличения угла w главного луча последний займет такое положение МР, что коснется края М компонента I. Этим определяется поле зрения объектива. Оправа компонента I — входной люк объектива, а ее изображение через всю систему — выходной люк. Если оправа компонента II ограничивает крайние главные лучи, то она будет выходным люком, а ее изображение через объектив в обратном ходе — входным люком.
В несимметричных объективах (триплеты, тессары, тип Пецваля и т. д.) входной и выходной зрачки находятся внутри объектива, вблизи апертурной дйафрагмы.
В призменных биноклях входным зрачком является оправа объектива (она же и апертурная диафрагма), выходным — ее изображение через окуляр. Если выходной зрачок прибора больше зрачка глаза, то последний становится выходным зрачком для прибора, а его изображение через всю систему в обратном ходе — входным зрачком. Входным люком служит изображение полевой дйафрагмы.
Параксиальная оптика
Рис. 22. Расположение зрачков и люков в микроскопе:
1 — источник света; 2 — коллектор; 3 — полевая диафрагма осветителя (выходной люк коллектора); 4 — входной люк осветителя; 5 — входной зрачок микроскопа; 6 — апертурная диафрагма; 7 — конденсатор; 8 — выходной люк осветителя; 9 — входной люк микроскопа; 10 — объектив; 11 — выходной люк микроскопа; 12 — выходной зрачок объектива; 13 — полевая диафрагма; 14 — окуляр; 15 — выходной зрачок микроскопа
В биноклях Галилея выходным зрачком всегда является зрачок глаза, входным люком служит объектив.
В большинстве зрительных труб входным зрачком (одновременно и апертурной диафрагмой) служит оправа объектива. В некоторых системах входным зрачком является призма или плоское зеркало, стоящие перед объективом.
Расположение зрачков и люков в сложных микроскопах дано на рис. 22 [61 ].
ВИДИМОЕ УВЕЛИЧЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
Под видимым увеличением понимается отношение
где у — угол, под которым наблюдатель видит предмет невооруженным глазом;
у' — угол, под которым глаз наблюдателя видит через оптический прибор изображение предмета.
Рис. 23. Геометрическое соотношение к определению видимого увеличения оптических систем
На рис. 23 центр глаза наблюдателя помещен в точку О, из которой предмет /, находящийся от нее на расстоянии k, рассматривается под углом
tgY = --^-.	(43)
Глаз наблюдателя, расположенный в точке О', рассматривает изображение Г с расстояния k' под углом
^y,==~Z7j^*	(44)
Из формул (43) и (44) следует:
Отрезки k и k' отрицательны, так как они отсчитываются от центра зрачка глаза по направлению света, который всегда идет от предмета или его изображения к глазу.
Вместо формулы (45) на основании рис. 23 получим
Г =	• —____—
tg w е k' 9
Согласно формуле (4а) г — — ek 1 “ п' ' ek' * Vp 9
Выражение (47) представляет окончательный вид общей формулы для видимого увеличения любой оптической системы.
(46)
(47)
Видимое увеличение лупы
Выходным зрачком лупы (и апертурной диафрагмой) обычно служит зрачок глаза (е' = k').
Из формулы (47) при п' = п' = 1 следует:
г = —
eVp •
(48)
(49)
Согласно выражению (13), / vp \
Рассматриваемый предмет находится в переднем фокусе, т. е. х = 0. Согласно формуле (2) V = оо. Поэтому из выражения (49) следует, что eVp = -f'.
Принимая расстояние наилучшего видения для невооруженного 250
глаза k = —250, формула (48) приводится к виду Г = —р—.
Видимое увеличение лупы, работающей с аккомодирующим или аметропическим глазом
В этом случае рассматриваемый предмет находится на расстоянии х от переднего фокуса F лупы, а его изображение через лупу на расстоянии х' от заднего фокуса F' (рис. 24). Зрачок глаза, служащий выходным зрачком лупы, находится на расстоянии х'р от F' лупы; с — расстояние от зрачка глаза до изображения I' — есть расстояние аккомодации глаза, а в случае аметропического глаза — расстояние до его дальней точки.
с	юоо
Если расстояние с выражено в мм, то с =	, где А — аккомо-
дация или аметропия глаза в диоптриях. Из рис. 24 следует
. , 1000 ' -'» + 7Г
Подстановка в формулу (45) значений k = —250 мм и k' = с ~
, х' из формулы (50) и V из формулы (2) дает
А	__
Ахр
Тбоо
(50)
г _ 250 " Г
При А = 0 формула (51) переходит в выражение для Го неаккомодирующего глаза (аметропа):
Формула (51) принимает вид
Рис. 24. Определение видимого увеличения лупы, работающей совместно с аметропическим глазом
Если зрачок глаза наблюдателя находится в задней фокальной плоскости лупы, т. е. хр = 0, тогда Г = Го> т. е. видимое увеличение лупы не зависит от аккомодации и аметропии глаза наблюдателя.
Видимое увеличение фотографического объектива (фотокамеры)
Действие данного прибора сравнивается с действием невооруженного глаза при одном и том же расстоянии их до предмета. Полагая k = е и п = п', из формулы (47) получим
Г = —-—.
Vpk'
Изображение далеких предметов практически получается в задней фокальной плоскости объектива (х' = 0). Линейное увеличение V = =-----становится равным нулю. Для этого случая на основании фор-
мулы (13')
е' =f'Vp.
(52)
Поэтому Г = т. е. видимое увеличение зависит от того, с какого расстояния рассматривается изображение. Например, для наводки на резкость по матовому стеклу обычно принято k' — —250 мм. Тогда
Г —_____I—
250 ‘
Если при помощи увеличителя требуется на бумаге получить увеличение изображения с негатива в М раз, тогда для увеличенного снимка
Г = -^£-,	(54)
К
где k' — расстояние от снимка до глаза наблюдателя.
Телескопические или афокальные системы
Параллельный пучок, попадающий в телескопическую систему, выходит из нее параллельным. К телескопическим системам относятся астрономические и геодезические трубы, бинокли, перископы, различные зрительные трубы.
Простейшая телескопическая система состоит из двух основных компонентов — объектива и окуляра, причем задний фокус объектива
Рис. 25. Простая зрительная труба
совмещен с передним фокусом окуляра. Оптический интервал А равен нулю и согласно рис. 15 d =	— f'2. При А = 0 формулы (28) и (29)
дают бесконечно большое значение для обоих фокусных расстояний всей системы. Оптическая сила такой системы равна нулю. Главные плоскости системы находятся в бесконечности.
Так как система находится в воздухе, то из формулы (8) vw=—4-=л = 1, / п'
из формулы (11)
Q=4=^ <7 = '/2р-
Все три увеличения V, W и Q постоянны.
В телескопических системах зрачок глаза совмещен с выходным зрачком прибора, т. е. е' = k' и е — k.
Из формулы (47) следует, что
т. е. видимое увеличение есть величина постоянная и равная угловому увеличению системы. Продольное увеличение q = -jy. Из рис. 25 сле-
* z' 4
дует, что tg w =------— и tg w' = —7- .
$об	(ок
Увеличение телескопической системы, состоящей из объектива и окуляра, может быть вычислено по формуле
r = _4L = ^L.	(55)
f0K и^.3р
Если в систему входит еще и оборачивающая система с линейным увеличением V, то
Г = — V --06-
f'o*'
Сложный микроскоп
При наблюдении нормальным неаккомодированным глазом предмет совмещен с передним фокусом всего микроскопа. У сложного микроскопа задний фокус объектива и передний фокус окуляра находятся друг от
Рис. 26. Соотношения основных элементов и точек микроскопа при наблюдении нормальным неаккомодированным глазом
друга на расстоянии А = f'o6Vo6 (рис. 26). Основные элементы и точки системы вычисляются по формулам (23)—(33). Общее увеличение микро-
скопа
-	250
1 М —
А	250	.. 250
“ Vo6~f~
’об	’ок	’ок
ПЕРЕДАЧА ПЕРСПЕКТИВЫ ОПТИЧЕСКИМИ ПРИБОРАМИ
Центром перспективы в пространстве предметов служит центр входного зрачка, а в пространстве изображений — центр выходного зрачка.
Характер перспективы меняется в зависимости от того, где расположен входной зрачок системы относительно предмета и самого прибора [97, 110].
Наблюдение предметов через лупу
Нормальная перспектива. На рис. 27 центр Р' зрачка глаза расположен между лупой и ее задним фокусом. Предметы = Предмет находится в передней фокальной плоскости лупы. Зная положение предмета и выходного зрачка, легко определить положение входного зрачка. Для этого через главные точки лупы (главные плоскости совмещены)
Рис. 27. Нормальная перспектива при наблюдении через лупу
и точку В — вершину предмета 1Х — проводится вспомогательный луч. Параллельно этому лучу через точку Р' проводится другой луч до пересечения с главной плоскостью (в точке М). Прямая ВМ определит направление главного луча в пространстве предметов, а ее пересечение
Рис. 28. Случай телецентрической перспективы при наблюдении через лупу
с осью (точку Р) — центр входного зрачка. Из построения следует, что предмет /lf более близкий к лупе, виден из центра Р' зрачка глаза под большим углом, чем предмет более далекий.
Телецентрическая перспектива. Центр зрачка глаза совпадает с задним фокусом лупы. В пространстве предметов главные лучи идут параллельно оптической оси, т. е. входной зрачок расположен в бесконечности. Такой ход лучей называется телецептрическим и имеет большое практическое значение в измерительных приборах, так как устраняются
ошибки измерения при установке на резкость. Оба предмета = 12 расположены на разных расстояниях от оптической системы и видны из точки Р' под одним и тем же углом зрения (рис. 28).
Гиперцентрическая перспектива. Зрачок глаза расположен за задним фокусом лупы. Предмет = Z2> причем предмет находится в передней фокальной плоскости, а /2 — несколько левее от нее. Построение хода главных лучей показывает, что входной зрачок находится перед системой, а предметы — между лупой и входным зрачком (рис. 29). Более
////'
Рис. 29. Гиперцентрическая перспектива при наблюдении через лупу
близкий к лупе предмет виден из Р' — центра выходного зрачка под меньшим углом, чем предмет более далекий.
Линейное поле зрения лупы
Gp
где D — световой диаметр лупы;
t3p — расстояние зрачка глаза от лупы.
Естественное впечатление
Из рис. 23 следует
X	1 х г	/'
tg У
где w — угол, под которым предмет наблюдается из центра входного зрачка прибора; этот угол определяет наклон главного луча к оптической оси;
у' — угол, под которым глаз наблюдателя видит изображение.
По условию естественного впечатления требуется, чтобы = у'.
Следовательно, — = -гг > е к
откуда
1 =	= JL
е ~ Ik' ~ k'
Принимая во внимание формулу (45), ь г = ~.	(56)
При фотографировании далеких предметов (ландшафтная съемка) можно положить е = k. Тогда для получения естественного впечатления от такого снимка требуется Г = 1. С другой стороны, из формулы (54) следует: для того чтобы Г = 1, необходимо f' = 250 мм. Если {' < < 250 мм, то для получения естественного впечатления от снимка прибегают к увеличительному стеклу.
При рассматривании предметов через лупу обычно зрачок глаза является и выходным зрачком прибора. Поэтому из формулы (47) при k
п = п' = 1 следует Г = -у-. Согласно формуле (56) Vp — 1. Чтобы лупа давала естественное впечатление, ее линейное увеличение в зрачках должно быть равным единице (зрачок глаза должен находиться в задней главной плоскости лупы, что практически не достижимо).
Условие естественного впечатления от изображения на киноэкране
Пользуясь формулой (54) при условии видимого увеличения, равного единице, находим
k' = MfK,
где k' — расстояние от экрана до глаза наблюдателя, рассматривающего изображение;
fK — фокусное расстояние киносъемочной камеры;
Л4 — масштаб изображения, даваемый проекционным аппаратом.
Пример. Дано: b — ширина кадра (ширина изображения на пленке) равна 22 мм\ f'K = 100 мм; В — ширина экрана. Тогда
D	П
й' = < = ^4 = -^-100^4’53-
ОБЩИЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ СВЕТОСИЛЫ ОПТИЧЕСКОГО ПРИБОРА
Светосилой оптического прибора принято называть величину, характеризующую освещенность изображения.
Входящий в оптическую систему световой поток, заполняющий входной зрачок (рис. 17), вычисляется по формуле [97]
Ф = лВ dS sin2 ит.
Выходящий из системы световой поток равен
Ф' — тФ = лтВ dS sin2 utn,	(57)
где т — коэффициент пропускания системы;
В — яркость элементарной светящейся площади dS, расположенной на оптической оси перпендикулярно к последней;
ит — апертурный угол в пространстве предметов.
Величину выходящего светового потока можно вычислить еще по формуле
ф' = лВ'dS sin2 и
где и — апертурный-угол в пространстве изображения;
В' — яркость изображения элементарной площадки dS'.
п'2.
Так как В' = —5- тВ, то л2
,2
Ф = я-^5- хВ dS sin2 и'	(57а)
/г2	tn
Световой поток, излучаемый площадкой dS, распределяется в пространстве изображений по площади dS'. Величина светового потока, приходящегося на единицу площади, определяет освещенность в пространстве изображения.
Вследствие этого величина светосилы
Ф
В dS'
Из формулы (57) и dS И = ЛТ^57’ Sin Utn'
dS ..	.	• sin W/п
но так как = V, sin	, следовательно,
ад	1,1 V
гг / sin ит\2 . ?
И = лт ( —I = лт sin а
(58)
Светосила оптического прибора при малой передней апертуре
(Объективы зрительной трубы, фотографические объективы для ландшафтных съемок ит. д.)
Подстановка в формулу (58) значений sin и1П = дает
входного зрачка (см. рис. 17).
лт где g = —;
D — диаметр
Приняв во внимание формулу (13) й п = п' = 1, получим
2 / D \2
К
H = g
(58а)
Для бесконечно удаленных предметов х' = 0 и V = 0 из формулы (58а) получим известное выражение для физической светосилы объектива
/ D \2 МЯ •
\ об /
При рассматривании геометрической светосилы коэффициент g, зависящий от физических условий наблюдения, принимают равным единице, тогда
/ D \3 Яо==(7") • \ 1°б / Полученное выражение представляет собой квадрат относительного отверстия и характеризует геометрическую светосилу объектива.
т.	* D
Величина относительного отверстия выражается в виде дроби -г- = fo6 =« 4-. Число а показывает, во сколько раз фокусное расстояние объекта
тива больше диаметра входного зрачка.
При съемке предметов, находящихся на конечном расстоянии, светосила системы уменьшается. Например, при репродукции снимка в масштабе V =* —1 симметричным объективом (Vp = 1) из формулы (58) получим
„ 1 / D V "‘=4^7 ’ \ Об
т. е. светосила уменьшается в четыре раза по сравнению с той, когда з= оо. Квадрат диаметра выходного зрачка (Dewx. Зр)а зрительной трубы принято называть относительной светосилой трубы.
Пример. Определить на фотокатоде ФЭУ величину светового потока, поступающего от имитатора неба (яркость 20 000 нт) через объектив с фокусным расстоянием /' « 100 мм и Dex. зр = 50 мм, если диаметр фотокатода dKam = 8 мм и светопропускание оптической системы т = 0,8.
Решение. Применим формулу (57а). Так как оптическая система, передающая световую энергию на фотокатод, расположена в воздухе, то 7 = п - 1. Найдем площадь фотокатода
_ 3J4 .0.8- _ 4	4
Яркость неба выражаем в стильбах, так как площадь фотокатода вычислена в сантиметрах: В в 20 000 нт = 2 сб. Выходная апертура объектива (увеличение в зрачках V3P = 1) равна
. , Dex. зр 50
8 П = "77 =	= °’5’
Следовательно, световой поток на фотокатоде равен
<2
Ф = л —2~ хВ dS sin2 и = 3,14 0,8-2-0,5-0,252 = 0,16 лм.
П2	т »	’
5 Заказ 1902
Светосила оптического прибора при малой задней апертуре
(Проекционные приборы, осветительные системы, прожекторы ит. д.)
Подстановка в формулу (58) величины sin и'т = дает
2 н=^-=41>	(59)
4е'2	е'2
где D' — диаметр выходного зрачка;
е' — расстояние от выходного зрачка до плоскости изображения;
S' — площадь выходного зрачка, через которую проходит световой поток.
Освещенность, создаваемая действием прожектора, вычисляется по формуле Манжена
£ = -^.	(60)
е'
Формулу (60) с успехом можно применять к разнообразным оптическим приборам, имеющим малую заднюю апертуру. Освещенность на фотопластинке или на экране проекционной установки при полном использовании входной апертуры А можно вычислить по формуле
F лА2 TR
Е = ~мГхВ’
(61)
где М — масштаб изображения.
Формулы (58)—(61) определяют освещенность в центральной части экрана проекционной системы. В случае отсутствия аберраций в зрачках системы освещенность к краю экрана уменьшается пропорционально четвертой степени косинуса угла наклона к оси главного луча: Е = = Е cos4 G)'. В теории аберрационного виньетирования, разработанной проф. М. М. Русиновым, дается метод устранения этого недостатка [78, 80].
Пример. Определить освещенность в люксах на экране (матовое стекло), полученную при помощи проекционной системы со светопропу-сканием т = 0,3; входная апертура объектива А — 0,17, масштаб изображения на экране М. = 60х, источником света служит лампа накаливания СЦ-61. Коэффициент светопропускания экрана тэк 0,7.
Решение. По формуле (61)
£ = тВ -	_ 5.3.
Л12	602
Из табл. 1 гл. XVIII для лампы СЦ-61 имеем мощность 20 etn, световой поток Ф = 250 лм. Следовательно, световая отдача лампы СЦ-61 250 лм , п г / г/	« . т
равна z = —----- — 12,5 лм!вт. Из табл. 14 гл. I по величине z интер-
20в/п
полированием вычисляем яркость лампы. В = 277 сб или 277-104 нт. Подставляя величину В, выраженную в нитах, в формулу (61), найдем освещенность на экране Е = 14,6 лк.
Субъективная яркость изображения, воспринимаемая невооруженным глазом
Различают два случая получения изображений.
Изображение от точечных источников света. Субъективная яркость определяется световым потоком, поступающим в глаз,
с1Ф = Jdco, где d(p — телесный угол с вершиной в светящейся точке, опирающийся на площадь входного зрачка глаза;
J — сила света точечного источника.
Если светящаяся точка лежит на расстоянии е от зрачка глаза, диаметр которого DeA, то
JlD?
</Ф = — 4е2 Изображение от источника конечных размеров. Субъективная яркость определяется освещенностью сетчатки глаза
nD2.,A-xB
р___ гл
4/2	’
где f — переднее фокусное расстояние глаза;
В — яркость предмета;
т — светопропускание глаза.
Субъективная яркость изображения, воспринимаемая глазом, вооруженным зрительной трубой
Субъективная яркость изображения, воспринимаемого вооруженным глазом, в сравнении с субъективной яркостью для невооруженного глаза различна в зависимости оттого, будет ли диаметр зрачка глаза Пгл больше или меньше диаметра выходного зрачка Овых зр прибора.
Если DeA > Ввых''зр> то относительная яркость для вооруженного и невооруженного глаза при наблюдении точечных источников света равна
(ЗФ'	/^вх. зр\2
(1Ф	\ Огл / ’
где Dex. зр — диаметр входного зрачка прибора.
Если D2A <ZDQblx зр, то = Г2, т. е. квадрату видимого увеличения.
Пример 1, Дано: Dex. зр — 40 мм, Г = 5х, О8Л = 4 мм, следова-ЛФ' ок тельно, = 25.
ЛФ
Пример 2. Дано: DeXt зр = 40 мм, Г = 20х, Огл = 4 мм, следова-inn тельно, = 100.
При наблюдении в зрительную трубу источников конечных размеров относительная яркость
Е" __	/ Dвых. зр \ __ №вх.зр^
'ЁГ~Х\ Огл J “Л Г1)гл ) • где т — коэффициент светопропускания зрительной трубы.
В случае Dгл << Debix зр выходным зрачком системы (труба плюс глаз) будет служить зрачок глаза, поэтому
Пример. Определить относительную яркость для трубы, рассмотренной в примерах 1 и 2 при т = 0,8. Если Г = 5х, то
Е"
= х = 0,8.
Jb
Если Г = 20х, то
Е" Е'
РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ОПТИЧЕСКИХ
ПРИБОРОВ
прибора
Согласование разрешающей способности с разрешающей способностью глаза
Предположим, что изображение /' получается такой величины, что оно из точки О', являющейся центром .зрачка глаза, рассматривается под углом у', равным е — предельному углу разрешающей способности глаза. Угол под которым находящийся на пределе разрешения предмет I виден из центра входного зрачка прибора, является также предельным углом св. Главный луч в пространстве изображения при этом образует угол w' — со' (рис. 23). Пользуясь рис. 23, можно определить в линейной мере величину предмета, находящегося на границе разрешения,
, *
I =----=7-8.
г
В случае лупы или микроскопа k = —250 мм (8 в рад)
/	250 р
I = г = fe.
Г
Для приборов дальнего действия (зрительные трубы, бинокли и т. д.) удобнее выражать разрешающую способность через угол со, являющийся предельным углом разрешающей способности всей системы, состоящей из прибора и глаза наблюдателя,
k
со- ТГе’
Так как для прибора дальнего действия k = е, то (о = -р-.
Пример. Призменный бинокль имеет Г = 15х. Если принять е = Г, то w —	= 4 сек.
15
На разрешающую способность оптического прибора влияет кроме разрешающей способности глаза степень коррекции системы.
В фотографических объективах разрешающую способность принято определять числом линий W на длину 1 жж. Практически
jv = _L.^6_
T1
где —------относительное отверстие объектива;
f об
— некоторый коэффициент, устанавливаемый практически (теоретически Ti = 1,22Х).
Практически разрешающая способность зависит от аберраций фотообъективов и свойств фотографических слоев. Так, например, у высокочувствительных крупнозернистых эмульсий разрешающая способность равна приблизительно 40—50 линиям на 1 мм, у мелкозернистых — 100—150, у фотоматериалов специального назначения — 200—300. Как правило, разрешающая способность системы из фотографического объектива и светочувствительного слоя значительно меньше, чем теоретическая разрешающая способность объектива (см. табл. 29, гл. IV).
Дифракционная разрешающая способность прибора
Явление дифракции от краев диафрагм, ограничивающих пучок лучей, вызывает понижение разрешающей способности. Наименьшее расстояние между двумя светящимися точками (или линиями), которые еще могут быть различными, является мерой разрешающей силы. Для
Рис. 30. Определение дифракционного предела разрешения оптической системы
определения предела разрешения микроскопа применяются тест-объекты (диатомеи), для зрительных труб и фотообъективов — штриховые миры.
При визуальном испытании контраст светлых и темных полос — решающий фактор. На рис. 30 даны изображения двух точек, частично налагающихся одно на другое. Картина распределения освещенности
представлена штриховой линией с некоторым минимумом. Разность между этим минимумом и соседним максимумом составляет 5% и является для глаза предельно допустимой. Эта разность в силе света соответствует наименьшему расстоянию между двумя точками, определяемому в оптических единицах значением [86]
xi =--------- =3,3,
л
(62)
где г' — расстояние между центрами изображения двух точек (или двух прямых линий), соответствующее угловой величине <%диф-
Из рис. 30 видно, что
z' адиф —	;
>Об
' - D
Um " У'об
где D — диаметр входного зрачка объектива телескопической системы; fo6 — фокусное расстояние объектива.
При X} = 3,3 из выражения (62) получим
1,05Х
адиф —	&	•	(03)
Если X = 0,000560 мм, то а^иф в секундах дуги составит
120"
адиф= р >	(63 а)
где D выражается в мм.
По формуле (63а) можно определить разрешающую способность глаза. Так, для диаметра входного зрачка глаза D =0,5 мм, а^иф = 4'. Если D = 2 мм, то (х^диф = Г. При D > 2 мм разрешающая способность глаза вследствие физиологических свойств не увеличивается.
Предел разрешения микроскопа определяется дифракционными явлениями, возникающими в плоскости предметов, микроструктура которых действует на световые волны подобно дифракционной решетке. Разрешающая способность микроскопа вычисляется по формуле
диф~ Ао,с + Аоб ’
где Ао> с и Aoq — соответственно числовая апертура осветительной системы и объектива микроскопа.
Максимальная разрешающая способность микроскопа соответствует условию Ao. с — Аоб, т. е.
ddu‘f’ = ~2l^-
Полезное увеличение микроскопа находится в следующих пределах:
500ДОб < Г < ЮООЛрб
(если е = 2') (если 8 = 4').
Нижний предел увеличения, при котором выходной зрачок имеет диаметр, равный 1 мм, носит название нормального увеличения микроскопа. При верхнем пределе диаметр выходного зрачка равен 0,5 мм *.
Полезное увеличение телескопической системы определяется из условия, что разрешающая способность телескопической системы может быть использована глазом наблюдателя в полной мере, т. е. что угловое расстояние между изображениями двух точек за окуляром должно быть не меньше определенной величины, например Г. При таком условии разрешающая способность системы определяется разрешающей способностью^ объектива. Из формул (42) и (63а)
'	_ г_ 120Т
адиф ~ адиф* £
Если — е = 1 , то Г = 0,5D называется полезным увеличением зрительной трубы. Чтобы увеличить поле зрения, яркость и диаметр выходного зрачка системы в большинстве случаев принимают Г<£) (D в мм).
Полезное действие зрительной трубы опреде-. .	.s'
ляется коэффициентом L — —, где s— острота зрения невооруженного глаза, s' — острота зрения глаза, вооруженного зрительной трубой при тех же условиях наблюдения. Как принято в физиологической оптике, 1	, 1 . -
s = — и s = — (8 и е — угловые размеры наименьших деталей объекта, 8 е
разрешаемых соответственно невооруженным и вооруженным глазом). Для реальных приборов отношение полезного действия к увеличению Г, т. е. — -у-, называемое коэффициентом использования увеличения, всегда меньше единицы. Коэффициент 2V определяет рациональность выбора основных оптических характеристик зрительной трубы применительно к заданным условиям наблюдения.
Сумеречное полезное действие зрительной трубы определяется приближенной формулой Гершуна—Кюля
L = N0d-2mri~2mD2,n-)
здесь d — диаметр зрачка глаза;
Г — увеличение зрительной трубы;
D — диаметр входного зрачка трубы;
Wo— множитель, зависящий только от яркости наблюдаемого поля, контрастности объекта и светопропускания зрительной трубы;
т — физиолого-оптическая константа, практически постоянная только в узкой области значения яркости В. Она зависит от яркости, контрастности объекта, состояния адаптации глаза и индивидуальных особенностей наблюдателя.
Значения 2т для области изменения яркости наблюдаемого поля от 10“4,5 до 10 асб даны Келером и Лейнхосом.
1 В электронных микроскопах (А, = 0,1 — 1 нм и А = 0,001—0,01) предел разрешения почти в 100 раз превышает предел разрешения микроскопов, работающих в видимом свете.
Из анализа результатов измерений Келера и Лейнхоса установлено следующее х.
1.	При постоянном D более высокое увеличение зрительной трубы (сверх нормального Г £> Го) вызывает возрастание телескопической остроты зрения почти во всей области изменения яркости поля и становится наибольшим при дневном зрении (В> 10 асб)\ при сумеречном зрении (при уменьшении яркости до В = 10"2 асб) это преимущество остается еще значительным.
2.	По мере уменьшения яркости положительное действие расширения зрачка возрастает, а благоприятное влияние сверхувеличения постепенно понижается. Приблизительно при В = 10" 3 асб полезное действие зрительной трубы уже не зависит от увеличения, а ниже этой яркости повышение увеличения сверхнормального снижает полезное действие зрительной трубы.
3.	При В < 10"3 асб диаметр выходного зрачка трубы должен равняться deA (примерно 7,4 мм) и в крайнем случае не должен быть меньше 6 мм.
4.	При наблюдении малоконтрастных объектов преимущество высокого увеличения проявляется слабее, чем при рассматривании высококонтрастных объектов.
Дневное полезное действие зрительной трубы зависит от следующих условий наблюдения.
1. Зрительная труба находится на опоре (штативе). Предложены следующие эмпирические формулы:
4________
Lon — 0.65Г Vd' — 1,72 при 2 < d' < 5;
Lon — 0,03Г (d' + 24) при 5 <j d' <5 7,5f
где d' — диаметр выходного зрачка в мм.
Здесь 3,5 Г 50. В этих равенствах d' косвенным путем учитывается зависимость полезного действия прибора от дефектов качества даваемого им изображения.
2. Зрительная труба находится в руках наблюдателя. В этом случае полезное ее действие можно определить по приближенной формуле Lp = 0,8 (1 — 0,03 Г) Г при 2,7 < d' < 7,2 мм и 3,5 Г 18.
ГЛУБИНА ИЗОБРАЖАЕМОГО ПРОСТРАНСТВА
Глубина изображаемого пространства определяется допустимой величиной кружка рассеяния г' в плоскости изображения. Допустимая величина г' зависит от назначения оптической системы и условия наблюдения. Плоскости, названные на рис. 31 передней и задней плоскостями, ограничивают то пространство, которое изображается еще резко при фокусировке объектива на плоскость наведения. Кружки рассеяния в изображении должны казаться наблюдателю под предельным углом е, величина которого колеблется в зависимости от условий наблюдения от 1 до 4'. Действительный диаметр кружка рассеяния при наблюдении с условного расстояния (табл. 3)
г' = 250 tg е = 250 sin е == 250е sin Г.
1 По материалам Б. М. Корякина.
3. Диаметр кружка рассеяния в зависимости от 8
	Величина е				
	Г	Т	3'	4'	5'
sin 8 в рад z' в мм	0,0003 0,075	0,0006 0,15	0,0009 0,225	0,0012 0,300	0,0015 0,375
Кружок рассеяния z\ спроектированный обратно на плоскость наведения, равен г = (V — масштаб изображения или линейное увеличение).
Расстояние между передним и задним планами Дх + Д2 определяет геометрическую глубину резкого изображения и вычисляется по формуле
где
— Д1 + Дг
2г2в D
д2 =
е2е D + ее ’ ___е2е . D — ее >
(64)

е — выражается в радианах;
е — расстояние от входного зрачка до плоскости наведения.
Глубина изображаемого пространства пропорциональна квадрату расстояния от входного зрачка до предмета, допускаемому значению угловой величины кружка рассеяния и обратно пропорциональна диаметру входного зрачка.
Если снимок будет получен контактным печатанием с негатива, то необходимо, чтобы на негативе все кружки рассеяния г' не превышали допустимой угловой величины. Поэтому г' е/г (k — расстояние, с которого будет рассматриваться снимок). Чтобы при этом восстановить правильную перспективу предметов, расстояние k должно быть равно фокусному расстоянию примененного объектива. При этом условии zf	f1 &
г' =f'e и z = -у = -у- = ее.
De ei D + ее ’
(65)
De
D — ее
Рассмотрим следующие случаи фокусировки.
1. Если фокусировать на бесконечность (плоскость наведения
е = оо), то из формулы (65) следует, что	.
2. Если фокусировать так, чтобы задний план был в бесконечности
/ ч	В
(е2 = оо), то ei = -gj-, т. е. в последнем случае расстояние до переднего плана вдвое меньше, а глубина, следовательно, больше. Поэтому выгодно фокусировать не на бесконечность, а на плоскость, определяемую из формулы (64). Эту плоскость называют началом бесконечности, так как дальше нее все точки пространства изображаются в фокальной плоскости резко. Диафрагмированием объектива можно увеличить глубину и приблизить начало бесконечности.
Если фотографирование производится короткофокусным объективом и снимки получаются увеличением негатива в М раз, то допуск на диаметр кружка рассеяния на негативе должен быть уменьшен соответственно в М раз. В этом случае
г'<ТГ.
м
ее г-~М>
De ei = -—-------
£> + 4^ М
De , =-----
D-^ м
Геометрическая глубина резкости лупы
Геометрическая глубина резкости лупы вычисляется по формуле = п . 2Г2е = 2 250ае г ~ п' D' ~ р2£)' ’
где D' — диаметр зрачка глаза;
Г — фокусное расстояние лупы.
Если для лупы принять в среднем D' = 3 мм и е = Г (0,00029 рад), то
Т 12,5
1 г — ~~----- ЛМС.
Г2
Геометрическая глубина резкости микроскопа
Геометрическая глубина резкости микроскопа вычисляется по формуле
Пример 1. Дано: безыммерсионный объектив с числовой апертурой А = 0,25, Г — 200х, п = 1, е = 4' (0,0012 рад). Тогда Тг = 6 мкм.
Пример 2. Дано: иммерсионный объектив А = 1,5, Г = 1500х, п = 1,5, е = 4'. Тогда Тг = 0,2 мкм.
При сильных увеличениях диаметр выходного зрачка микроскопа равен примерно 0,5 мм [формула (67) ]. Диаметр же зрачка глаза не меньше 2 мм, вследствие чего не полностью используется разрешающая способность глаза.
Радиус выходного зрачка микроскопа равен
Радиус выходного зрачка объектива микроскопа
гоб. м	Af об*
Геометрическая глубина резкости зрительной трубы
Геометрическая глубина резкости зрительной трубы, у которой зрачок глаза действует как апертурная диафрагма, равна глубине изображения глаза, уменьшенной в Г раз:
Т	‘ 1
ТЗР. тр = у-гл  =	-----диоптрий .	(68)
1 зр. тр • l 'вх. гл
Это равенство справедливо и в том случае, когда увеличение зрительной трубы болъше нормального, т. е. когда диаметр выходного зрачка прибора меньше зрачка глаза. В этом случае в формулу (68) вместо гвх глаза подставляется радиус выходного зрачка прибора. По сравнению с глубиной аккомодации глубина изображения в зрительной трубе очень мала, так же как и в лупе.
Дифракционная глубина изображения
Наличие явления дифракции в микроскопе увеличивает глубину резкости. Дифракционная глубина изображения вычисляется по формуле
гр 4пк
1 в — —--,
kA*
где X — длина волны;
п — показатель преломления иммерсии.
Установление коэффициента k в этой формуле более или менее произвольно. По измерениям Берека k — 8, тогда
т -
* ~ 2Л2 *
Полная глубина может быть получена как сумма глубин 1 (рис. 32)
Рис. 32. Геометрическая и волновая глубины изображений
При изображении с уменьшением Тв остается_значительно меньшим, чем Тг, и им можно пренебречь. Тв = Тг, когда Г = 500Л (при 8 =2')-При более сильных увеличениях дифракционная глубина резкости превосходит геометрическую.
Глубина резкости при аккомодации глаза
В приведенных выше примерах предполагалось, что глаз наблюдателя аккомодирован на определенную плоскость. Однако глаз может менять аккомодацию от своей ближней точки до дальней f А — ----[.
\ аб аоо)
Поэтому глубина резкости изображаемого пространства без перефокусировки прибора равна
Т = Тг + Тв + Та.
Если изображение проецируется на экран или матовое стекло, то Та = 0. Для лупы и микроскопа глубина аккомодации в пространстве
. гт с	П 340	. . пк
1 По Б е р е к у Т = -------мкм + 7—77
ДГ	2А
предметов, сопряженная с границами области аккомодации невооруженного глаза, может быть вычислена по формуле
/ 250 \ 2	у* _
Та = j Тобо “ Тооо А мм'
Объем аккомодации для нормального глаза (эмметропа) при = = 250 мм составляет 4 дптр
где f' — заднее фокусное расстояние системы в мм.
У лупы и микроскопа область аккомодации распространяется от передней фокальной плоскости всего прибора, оптически сопряженной с Дальней точкой нормального глаза, в направлении к прибору. Глубина аккомодации для зрительной трубы с увеличением Г будет равна (в диоптриях)
л	/ 1	1 \ 1
У зрительной трубы, установленной на бесконечность, дальняя точка находится в бесконечности. Ближняя точка лежит на расстоянии аб ~ «= ц^Г2 = 0,25Г2 м от входного зрачка.
У всех приборов глубина аккомодации обратно пропорциональна квадрату увеличения. Она играет существенную роль у приборов с малым увеличением, в основном у слабых луп. Следует помнить, что изменением аккомодации нельзя получить резкое изображение всех предметов, расположенных в пределах глубины Та одновременно.
АБЕРРАЦИИ ЦЕНТРИРОВАННЫХ СИСТЕМ
Вследствие аберраций точка объекта изображается в виде фигур рассеяния, а прямые линии — нерезкими и искривленными. Существуют семь основных аберраций. Две из них — хроматические (продольная хроматическая аберрация, или короче — хроматизм положения и хроматизм увеличения), остальные пять относятся к монохроматическим аберрациям. Монохроматические аберрации можно разбить на аберрации широкого пучка (сферическая и кома) и полевые аберрации (астигматизм, кривизна поля и дисторсия).
На рис. 33 ОО' — центрированная оптическая система, L и L' — плоскости предмета и изображения, Р и Р' — плоскости входного и выходного зрачков, расположенные соответственно от первой и последней поверхностей системы на расстоянии и Из точки В, находящейся на расстояниях /х от оси и sx от первой поверхности системы, исходит внемеридиональный (косой) луч BQ. . .QB*, пересекающий плоскость входного зрачка в точке Q с координатами: Л4Ь отсчитываемой от меридиональной плоскости (содержащей ось системы и точку В предмета), и /п1э отсчитываемой от сагиттальной плоскости (содержащей ось я, перпендикулярную меридиональной плоскости). Внемеридиональный луч BQ в пространстве предметов определяется четырьмя величинами: /1» $х гпх и Мх при заданном хг Часто вместо /х пользуются углом w
между осью и главным лучом, проведенным из точки Р через центр входного зрачка, т. е. tg w = где е = хг — sv Внемеридиональный луч, выйдя из точки выходного зрачка с координатами т' и М', пересекает гауссову плоскость изображения в точке В' с координатами В"В' = == 66' и А'В" = Г. Если бы система была идеальной, то луч пересек бы
Рис. 33. Аберрации внемеридионального луча
плоскость изображения в точке Во с координатами /0 = Vl{ и z0 = Vz{ (V — линейное увеличение в параксиальной области). Отступления V — Vlt = dg' (в меридиональной плоскости) и г1 — VZi = 6G' (в сагиттальной) представляют собой проекции на координатные плоскости поперечной аберрации BQB , т. е. расстояние между идеальным изображе
Рис. 34. Определение начальных координат внемеридионального луча
и аналогично для L' и Р’
, т' П' е ’
нием Bq точки В и реальной точкой пересечения луча с плоскостью изображения U в зависимости от и Расстояние между плоскостями L и Р равно е = хх — sP
Из рис. 34
е 9	е 9
Wi —	; J = гг^е
w = —г: е = х — s . е ’
Можно найти приближенные выражения для аберраций вида bg = 2 Л1иМ
(и аналогично для 6G'), где коэффициент зависит только от конструктивных элементов оптической системы. Вследствие симметрии системы сумма степеней х = а + 0 + у может быть только нечетной (X = 1, 3, 5, 7 и т. д.) и выражает порядок аберраций. Для малых значений /р т1 и Mi (или углов 04, и ограничиваются аберрациями третьего порядка (X = 3).
Аберрации третьего порядка
При расчете большинства телескопических систем, фотографических объективов, микрообъективов малых и средних увеличений и т. д. широко применяется теория аберраций третьего порядка [16, 85].
Поперечные аберрации третьего порядка для плоскости предмета на конечном расстоянии можно представить по степеням и на выходном зрачке:
— 2n'6g' = и' (и'2 + й'2) S[ + (3u'2 + й'2) o>iSiI +
+ u (ЗЗщ + J2SjVj + wi^v>
— 2n'dG' = Й' (u'2 + Й'2) Sf + 2u'Q'wiSn +
(69)
+ й (Sл। + J2SiV)
при условии: ap = 1; hx = a^;	= 1;	= t/p J = nvaxev
Плоскость предмета на ^бесконечности (04 = 0, sx = — 00)
3m? + M?	1
——------^ПеоН-
+ m^2 (331И^ + S1V) + a),/ svM>
m.
— 2n't>g' = —
,2
— 2n'f>G' =
,2
(70)
---J-'-S1I00 +
при условии: = 1; hx = 1;	= 1;	= yx; J = — n = — 1.
Здесь Si, Sn, Sjn> S[y, Sy — соответственно коэффициенты сферической аберрации, комы, астигматизма, кривизны поля и дисторсии третьего порядка.
Si =2^*;
(71)
где
Дал = аА-аь д₽* = ₽*-₽*;
J = nla1ll — tikUklk — const;
hk — высота пересечения с /г-й поверхностью первого параксиального луча;
ak и a'k — углы с осью первого параксиального луча до и после преломления с /г-й поверхностью (проходящего через точку предмета, расположенную на оси системы рис. 7);
и — углы с осью второго параксиального луча (проходящего через центр входного зрачка).
Коэффициенты аберрации третьего порядка бесконечно тонких компонентов
В бесконечно тонких компонентах h и у постоянны. Принято обозначать через Р1 и Wi значение сумм Pk и W k по всем поверхностям t-го компонента.
Если отдельные	компоненты	системы	расположены	в воздухе, то
1 V	«
—— Т . Л/ ---=----------= Ф/,
hi	п	hi
где Ф/ — оптическая сила i-ro компонента.
Для простой линзы в воздухе
1	у Дам __	у / J______1_\	1 _	у Ф
h пп' ~	i-J \ п'	п )	г ~ п
Положив	гДе Ф — приведенные оптические силы линз
i’-го компонента, из (71) можно получить формулы
si" = S^p'~2J	+
+ J2 Ф< (3 + л().
Из формулы (72) вытекают два важных следствия.
1. Плоскость предметов на конечном расстоянии
=« stVP\
= ххР* - И (хх - sx) Г*;
Shi = -^ P* - 2 (xx - Si) — 117* -f- v fo. (1 - V);
SX V	Sx	Si
x2
+ (X1-S1)84<3 + ")<1-K>
S1
при условии: ax = V; h1~ sxV; yY 3 xx; 0X = 1, J = nxV (xx — sx). 2. Плоскость предмета бесконечно удалена (ах == 0, s = —оо) S1. = р<
Sn0O=x1/’+^
sni00 = xip + 2xin7+1;	(726)
^iVoo 3 я;
SVw = х®Р 4- Зу IT ф Xj (3 + л) при условии: a' = 1; hY — 1, 0Х = 1; уг = хх, J 3 —п' = —1.
Из формулы (726) следует, что если плоскость входного зрачка совмещена с тонким компонентом хх = 0, то
51оо = ^ ‘$П0О = Я7; 5nIao = l; SIVoo = л; 5ух=0, т. е. астигматизм, определяемый коэффициентом Зщ, не поддается исправлению и имеет постоянное значение; дисторсия равна нулю. Параметры Р и W (характеризуют аберрации тонких компонентов в случае ах = 0 и $х = оо) и Р* и U7* (в случае ах 0) имеют линейную зависимость
Р =	1 д)» [Р* - 4ай7* + а (а' - а)] [(4 + 2л) а + а'];
Ц7= (ST^plW,*-a(a'-a)(2 + n)].
Величины Р, W и л называются основными параметрами [85]. Они зависят только от внутренних элементов компонента (радиусов поверхностей и от показателей преломления стекол) и полностью определяют все пять аберраций третьего порядка монохроматического луча. Практически л = 0,6-т-0,7.
Сферическая аберрация
Продольной сферической аберрацией называется разность по оптической оси отрезков sk для лучей, выходящих из точки на оси и падающих на входной зрачок системы на высоте (например, лучи /, 2,
рис.35, а), и s0— для параксиального луча, т. е. 6сф = sk — $0. Продольная сферическая аберрация может быть выражена четной функцией переменной и' или h [80, 85, 97]
,	/2 t ,4	,6
— сш Ьи си -]-•••,	(73)
где a, bt с и т. д. — соответственно коэффициенты аберрации третьего, пятого и седьмого порядков.
При наличии сферической аберрации строение преломленного пучка остается симметричным относительно оптической оси. Поперечная сфе-рйческая аберрация равна
6g =6s'cd)\gu.	(74)
Согласно формуле (69), поперечная сферическая аберрация третьего порядка
^111 сф= — ~2^~ST
Поверхность, огибающая лучи, называется каустикой (рис. 35, а). В рассматриваемом пучке существует наиболее узкое место каустики, соответствующее наименьшему пятну рассеяния, где верхний луч пересекается с нижней ветвью каустики [НО]. Расчет распределения энергии в изображении показывает, что наилучшая плоскость установки, в которой получается наиболее резкое изображение, не совпадает с плоскостью наименьшего поперечного сечения каустической поверхности. С помощью графика поперечной сферической аберрации можно определить такую плоскость установки, в которой кружки рассеяния наименьшие (рис. 35, б). Для этой цели из начала координат проводится прямая аа' под углом к оси ординат tg ф — Д = Кружки рассеяния будут определяться расстоянием точек кривой до прямой аа'. Проведя под
тем же углом tg(р = Д = —----7 прямую через точку, определяющую
“1 — “2
главный луч на кривой поперечной меридиональной комы, построенной в гауссовой плоскости (см. рис. 51), можно вычислить в выбранной плоскости установки кружок рассеяния, вызванный комой.
Кома
Под комой понимают асимметрию широкого наклонного пучка, вышедшего из точки предмета вне оси, по отношению к главному лучу пучка [6]. На рис. 36 показан один из случаев меридиональной комы. Главный луч ВР пучка пересекает центр входного зрачка (т =» 0) и
плоскость изображения на высоте 1гл. Верхний и нижний лучи, проходящие входной зрачок на высоте ±т, пересекают плоскость изображения на расстояниях 1_^гп и 1_т от оси.
Величина меридиональной комы
k =	+	(75)
При наличии комы внеосевая точка предмета изобразится в виде пятна рассеяния, по форме напоминающего комету с ярко освещенной
вершиной и довольно широким хвостом, плотность энергии в котором быстро убывает. Например, яркое пятно будет расположено в точке В0) а хвост направлен в сторону оси (внешняя кома). Из формулы (69) меридиональная кома третьего порядка (Q = 0) равна
Рис. 37. Различные случаи меридиональной комы
Встречаются различные случаи коррекции комы в сочетании со сферической полевой аберрацией. На рис. 37 схематически даны три случая строения пучка лучей в пространстве изображений [16].
1. Сферическая полевая аберрация и кома (k = 0) исправлены (рис. 37, а). Лучи D[B'q и D'2Bq пересекаются в точке Bq, находящейся в гауссовой плоскости изображения.
Рис. 38. Графическое представление аберрации меридиональной комы
2. Кома исправлена, но имеется полевая сферическая аберрация, так как лучи D^B' и D^", симметричные главному лучу Р Bq, пересекаются вне гауссовой плоскости изображения (рис. 37, б).
3. Полевая сферическая аберрация исправлена, но имеется кома «в чистом виде» (рис. 37, в).
На рис. 38 показана графически структура пучка лучей, соответствующая случаям, изображенным на рис. 37. Обычно по оси ординат откладывается величина т (или 102 3 и'), а по оси абсцисс — Г (или бГ = = *' - О-
Условие синусов 1
При невыполнении условия синусов элементарный отрезок, перпендикулярный оптической оси, изображается лучами, проходящими центральную и краевые зоны системы с разным масштабом (Д Bk=f= А Ви), вследствие чего изображения получаются нерезкими (рис. 39). При выполнении условия синусов оптические пути всех лучей одинаковы; лучи
Рис. 39. Разность увеличений, даваемых различными зонами линз, и ее устранение путем выполнения условия синусов
пн'
пересекают плоскость изображения на одной и той же высоте. Из этого следует пр = n'q' или пр = ndl sin u, п'q — n'dl' sin u', t. e.
ndl sin и = n'dl' sin u',	(76)
где dl — длина изображаемого отрезка;
dr — его изображение;
и и и' — углы, образуемые с осью до и после преломления через систему сопряженных лучей, идущих из точки на оси предмета;
п и п' — показатели преломления сред, в которых расположены предмет и изображение.
При п = п' = 1 из формулы (76) следует
dl' _ sin и dl ~~ sin и'
(76а)
Правая часть формулы (76а) должна быть величиной постоянной для всех углов и и и' сопряженных лучей осевого пучка и равняться линейному увеличению для параксиального луча [99, ПО].
Величина
д __ ( sin и	а ) а' _ 6V
?ln \ sin и'	a'J а ~ V
(77)
1 Условие синусов необходимо для получения резкого изображения бесконечно малого плоского элемента, расположенного около оптической оси и перпендикулярного к последней.
определяет отступление от условия синусов. В случае бесконечно удаленной плоскости предмета условие синусов принимает вид
--Д*— = /' = const,	(77а)
sin и' '	v '
г/ ^1	«
где f —	----фокусное расстояние, вычисленное по параксиальному
лучу.
Апланатические точки
Пара сопряженных точек, для которых исправлена сферическая аберрация и выполнено условие синусов, называется апланатической парой. Расстояние сопряженных точек от преломляющей поверхности вычисляется по формулам
. п + п
s' = г---------— ;
п ’
п + п
s = г--!— :
п ’
когда луч проходит поверхность без преломления, s = s' = г.
На рис. 40 показано построение апланатических точек А и А' для преломляющей сферической поверхности с радиусом г < 0 и отделяющей две среды с показателями преломления п = 1,5 и п' = 1 (воздух). Ра
Рис. 40. Построение апланатических точек
Рис. 41. Положительный апла-натический мениск
диусы окружностей, концентричных преломляющей поверхности M0N (г = СО), равны С А' = г и С А = г. Независимо от величин углов и все лучи, вышедшие из точки А, находящейся на расстоянии s = -1- г, преломляясь на сферической поверхности M0N, проходят через сопряженное с точкой А мнимое изображение Л', находящееся на
,	5 г>	«
расстоянии s = -у- г. В этом случае линейное увеличение в апланатических точках Л и Л' равно V = п2 = 1,52 = 2,25.
На рис. 41 приведен положительный мениск, передняя поверхность которого центрична, а задняя — апланатична к точке предмета.
Изопланатическое изображение элементарной поверхности вблизи оптической оси
При наличии неустранимой остаточной сферической аберрации в реальных системах стремятся выполнить условие Штебле—Лихоцкого, представляющее собой обобщенный закон синусов Аббе
(78)
Vn' sin и	s — х'
Для бесконечно удаленного предмета
_Д1_ _ /' = /'ds'	(79)
sin и 1 s' —х 9	4
где f' — заднее фокусное расстояние, вычисленное по параксиальному лучу;
hr — высота падения крайнего луча на входном зрачке;
s' — х' — расстояние от плоскости выходного зрачка до плоскости изображения.
Выполнение условия (78) или (79) обеспечивает изопланатическое изображение, т. е. все точки бесконечно малого элемента плоскости, пересекающей перпендикулярно оптическую оси; будут изображаться с одинаковыми погрешностями или недостатками.
Мерой отступления от условия изопланатизма служит величина п sin и t , ds' 1 Vn sin и х — s
или
„ =_**___________________________г+j:*s: ..
,QO sin и' 1 ~ x' — s'
Для небольшого поля зрения поперечная меридиональная равна km — З/'т).
(80)
(81)
кома
Астигматизм и кривизна изображения
Элементарный пучок лучей, исходящий из точки вне оси, имеет в пространстве изображения в меридиональном и сагиттальном сечениях различные точки сходимости (см. рис. 53). Положения меридиональных фокусов Рт и Рт до и после преломления через одну поверхность определяются инвариантом Гульдстранда и связаны формулой [80] п' cos2/' ncos2i ri cosi' — ncosi
		==	.	(62) t----------------------------------------------t-r ’
tn	lm
положения сагиттальных фокусов Ps и Ps определяются по формуле п' п п' cosi' — ncosi	/о_.
Величины /s, tm и ts отсчитываются вдоль главного луча. При переходе от поверхности с номером k к другой поверхности с номером k 1 учитывается переходная «косая» толщина (рис. 13)
где dk= — (Q+i sin фл+i — rk sin фЛ) cosec uk^.
При малых углах i и i' в формулах (82) и (83) для повышения точности вычисления заменяют п' cos i' — п cos i выражением
/ , ч V — i Г + i (п — л) cos—g—sec—.
Для пучка лучей, исходящих из точки на оси центрированной системы, астигматический пучок вырождается в гомоцентрический. При i' = i = 0 формулы (82) и (83) преобразуются в выражение (14а). Ни в одном поперечном сечении астигматического пучка не получается точечного изображения. Пучок лучей, лежащих в сагиттальной плоскости вблизи точки Вт, образует вместо точки горизонтальную линию, а пучок лучей, лежащих в меридиональной плоскости вблизи образует вместо точки вертикальную линию (рис. 42). Посередине между меридиональным Вп1 и сагиттальным Bs фокусами (средняя кривизна изображения) получается круглое пятно рассеяния. В других сечениях между Вт и Bs фигура рассеяния имеет форму эллипсов с различной ориентацией осей. Координаты фокусов элементарного астигматического пучка в области аберраций третьего порядка определяются по формулам (69)
хт =	2n'a' (3S!H + j2siv);
xs =~’2л7а7’ (SIII + j2siv)-
Проекция астигматической разности на ось системы
xs ~хт —
На рис. 43, а дано изображение плоской фигуры, состоящей из ряда концентрических окружностей с центром на оси и их радиусов.
Радиальные линии изображаются сагиттальными пучками резко, а концентрические окружности получаются размытыми (рис. 43, б); меридиональные же пучки дают обратные явления (рис. 43, в).
Средняя кривизна изображения равна
1 = 1 / 1 1 \
R' 2 R' ‘ R' •
Кривизна меридиональной и сагиттальной поверхностей вычисляется по следующим формулам:
Рис. 43. Изображение плоской фигуры астигматическими пучками
Рис. 44. Графическое представление астигматизма элементарных пучков
Если система не имеет аберраций высших порядков и астигматизм уничтожен (Siп = 0), то обе фокальные астигматические поверхности сливаются и изображение располагается на поверхности Пецваля, кривизна которой, согласно выражениям (71) и (84), вычисляется по формуле
ill „
Rp R-т
Стрелка поверхности Пецваля равна
I'2
ч
откуда
Из теории аберрации третьего порядка хт ~ Ч = 3 (Ч - Ч).
. < 3xs хт =----------2----
(85)
(86)
Можно соответствующим расчетом уничтожить астигматизм (xs—хт = 0), но кривизна изображения будет оставаться (рис. 44, б) и, наоборот, уничтожить среднюю кривизну k (рис. 44, а) изображения, но тогда остается астигматизм (рис. 44, в).
Дисторсия
Нарушение подобия в геометрической форме между предметом и его изображением называется дисторсией (рис. 45). Изображение квадратной сетки (рис. 45, а) принимает подушкообразный (положительная ди
Рис. 45. Искажение изображений дисперсий
сторсия А > 0, рис. 45, б) или бочкообразный вид (отрицательная дисторсия А < 0, рис. 45, в). Дисторсия не вызывает нерезкости в изображении. Линейная величина дисторсии может быть определена как разность
А/' = i - /0,
где /' — действительная величина изображения предмета в гауссовой плоскости, образуемого главным лучом, проходящим через центр входного зрачка системы;
lQ — идеальное изображение предмета Z, полученное с помощью формул гауссовой оптики, не учитывающей дисторсии Zo = VI.
Дисторсия в относительной мере
I -Zo А = —у-100%.
Дисторсия третьего порядка из формулы (69) и»?
6g' = --2^rSv.	(87)
Если bg = 0, то I = lQ при всех значениях I — VI, т. е. истинное значение увеличения V для всех отрезков остается постоянным:
V = А = ,.«-£Hgt^ = const = V. I	tg 0У1
В этом случае система дает неискаженное, т. е. ортоскопическое, изображение. ,
Если dg' =)= О, то
/'=/; +6/;
V = V + -^ ;
AV = V —V =	(88)
Ограничиваясь областью аберраций третьего порядка, из формул (87) и (88) получим
AV = -^TSv-	<89>
AV
Оптическая система дает ортоскопическое изображение, если -у = = 0. Необходимым и достаточным условием ортоскопии в области аберраций третьего порядка является Sy == 0. Когда предмет находится на бесконечности, выражение (89) теряет смысл. Из формулы (70) при tg и»! = = следует
V = i' -i0 = —
ИЛИ
Ъё' = tg2 a>i 5
Iq 2п v°° ’
Когда Sy® = 0, то dg =0 и, следовательно, I = /д, т. е. для всех углов поля зрения при выполнении условия ортоскопии должно соблюдаться условие
----т~---=- Л = const,
т. е. фокусные расстояния, вычисленные по действительным главным лучам, должны оставаться величиной постоянной и равняться фокусному расстоянию, вычисленному по параксиальным лучам [16]. В системе, у которой отношение -  остается с достаточной степенью точности
постоянным для углов Дор но не равным параксиальному фокусу считается исправленной так называемая фотограмметрическая дисторсия.
Нормально принято допускать в зрительной трубе дисторсию от 3,5 до 10%. В современных фотографических объективах — анастигматах, применяемых в фотографических камерах «Москва», «Зоркий», «ФЭД», «Киев» и т. д., допускается всего лишь 0,5% дисторсии. Такая величина глазом в обычных условиях совсем не обнаруживается. В аэросъемочных объективах, служащих для измерительных целей, допускается дисторсия не более 0,1 % .
В аэросъемочном объективе «Руссар», рассчитанном проф. М. М. Русиновым для целей картографии, дисторсия не превышает 0,04?6.
Хроматические аберрации
При прохождении через преломляющую поверхность белый луч света разлагается на спектральные составляющие. Известными методами
ахроматизации системы можно устранить- хроматизм положения на оси системы, т. е. совместить цветные изображения в одной плоскости. Однако эти цветные изображения могут не совпадать друг с другом по величине, и на краях вдоль контуров изображения появятся окрашенные в цвета спектра каемки — хроматизм увеличения (рис. 46).
Для количественной оценки хроматических аберраций принимают две волны и Х2, расположенные по обе стороны относи-
Рис. 46. Хроматизм увеличения
тельно средней длины волны Хо, для которой рассчитываются монохроматические аберрации. Выбор длин волн для ахроматизации зависит от характера приемника световой энергии.
Хроматическая аберрация положения
Эта аберрация определяется расстоянием dsxp между гауссовыми плоскостями изображения для двух цветов и вычисляется по формуле [16, 85]
k=p
dSxp=ShkCk'
где
СА = -^.дМ
дпл = пд.2 —	— разность показателей преломления для длин волн Х2
и Xj (условно соответствующих, например, цветам F и С);
а — углы с осью первого параксиального луча, приня-„	л Xj + Х2
того для средней длины волны Ло = ---------,
соответствующей показателю преломления п. Суммирование распространяется по всем Р поверхностям.
Для простой тонкой линзы в воздухе
Л=2
д_6п1 = а1--а6„ = _ Л®, nk 1 — п	V
nD где v = — -------•
п г	’
г С Ф — оптическая сила Для системы, состоящей из т бесконечно тонких линз, хроматизм
положения для случая ах =/= 0 вычисляется по формуле
линзы.
Для одной бесконечно тонкой линзы в воздухе ,'	$'2Ф	. ' Г
ds =-----------. ds =-------------— .
ХР	V ’ ХР оо v
Условия ахроматизации двухлинзового склеенного объектива
<Pi + фг = 1;	= 0; фх = Н ——; Ф-2 =------------——
’ 1 * ’ 2	V1 -Г V2	V! —V2’ Y Vi — V2
Хроматическая аберрация увеличения
Хроматизм увеличения в относительной мере вычисляется по формуле [86]
, ь=р
k=\
/'
Для компонента, состоящего из т бесконечно тонких линз в соприкосновении, хроматизм увеличения вычисляется по формуле
t=m	t—rn
®Lxp _ X1S1 VI Ф/ __ x's' VT (Dt /' xx — Si	— s' AJ vt ’
t==l
причем
__ ^1У1   *isi
J	fljJifli	— Sj
Пример, Определить хроматизм увеличения для простой линзы из стекла БФ-21 (v = 40), если предмет расположен в бесконечности, а входной зрачок — в переднем фокусе линзы (рис. 46).
6L' х.Ф, j
—р- = —т2- =-----------^ = - 0,025 (2,5%).
можно совместить в плоскости

Вторичный спектр
Подбором оптических сил и сортов стекол отдельных линз системы изображений в одну точку два луча различных длин волн (например, С и F), но при этом лучи других волн (например, D) не пересекут ось в той же точке. Такой остаточный хроматизм dsDF = SF — SD ПРИ УСЛОВИИ Sp — —sc = 0 называется вторичным спектром.
На рис. 47 приведена кривая для системы, у которой одновременно с исправлением хроматизма для линий С и F устранен вторичный спектр для линии D (апохроматическая коррекция). Изображения для этих цветов расположены в одной плоскости. Оптические системы, в которых устранен хроматизм положения для двух цветов (например, С и F), называются ахроматическими. Апохроматическую коррекцию имеют астрономические приборы, некоторые микрообъективы и репродукционные объективы для цветной фотографии, геодезические зрительные трубы и другие системы, где требуется большое увеличение.
Рис. 47. Графики коррекции хроматизма положения:
I — неисправленная система; // — визуальная коррекция; III — апохроматическая коррекция; IV — актиническая коррекция (фотографическая)
Вторичный спектр двухлинзовых объективов
Если хроматизм положения ds^_c^ #= 0, то
, _	6s(F_C)	~ (PDf)1
^DF — V2 —V, KPDf)2V1’(PDf)1V21 j’ ‘ V2 —Vj
Когда 6s(F_cb = 0, x •	s'2 (рог)г— (pdf)i
f-------------------
s'2
Если предмет на бесконечности, то s' = f', тогда	Величина
вторичного спектра пропорциональна отношению разности частных отно-
nF — п
сительных дисперсий pDF = —------- к разности коэффициентов сред-
nF~~nc
ней дисперсии. Эти величины для каждой марки стекла стандартны (ГОСТ 3514—57).
Величина вторичного спектра зависит от того, для каких двух лучей устранен хроматизм положения данного объектива. В оптических приборах визуального назначения (лучи С и F соединены) вторичный спектр
1	S'2 о	,	.
равен o7vv;‘-77-- ° системах, служащих для фотографирования с ви-zuUU /
зуальной установкой на фокус (фотообъективы и некоторые астрономические объективы), вторичный спектр для цвета F (когда соединены D
Г'\	1	s'2
и0> равен
Величины отношений частных дисперсий, например, для линий спектра С, F и G' для большинства силикатных стекол могут быть выражены следующей эмпирической формулой:
пс, — пг
PG>C = -±------1,674 — 0,0018vrr =
° с пс— П„	CF
г С
= а + bvCF-
Зависимость, представленная формулой, выражает собой некоторую прямую линию. Применение особых стекол и кристаллов (ОФ4, ОФ5, CaF2, LiF и др.) значительно уменьшает величину вторичного спектра.
Хроматическая разность сферических аберраций
(сферохроматическая аберрация)
Сферическая аберрация для различных длин волн имеет различные значения (рис. 48).
Сферическая аберрация лучей двух длин волн вычисляется по формуле
&skF —	= (SF ~ Sc)h ~ v ~ dC/0’
где h и 0 указывают, что ход соответствующих лучей определен на высоте h входного зрачка и в параксиальной области.
При наличии сферохроматической аберрации хроматизм исправляется для средней зоны (обычно для KV2)-
Рис. 48. Графическое представление сферохроматической аберрации
Зависимость между волновой и сферической аберрациями
Волновая аберрация вычисляется по формуле [85]
N = — J(ds' — Д) sin и' du'.
Для малых углов и' 1 и'2 N=~~2~^ (6s' - Д) d(u'2),
где ds' = аи '2 -Ь Ьи4* си -Ь • • •
После интегрирования в единицах длин волн
А г	/2 /	,2	1	,1	.6	1
/V __ и I аи (, Ьи ( си А Т “ “ "2Г \~Т~ + ~з“ “4
(90)
__	и'2 / $siп <^sv , ^svii 1 . Ди'2
~	21^ 2	+ 3 + 4 p 2X ’
dsIH, dsv, dsVII — аберрации третьего, пятого и седьмого порядков;
Ди'2
----дефокусировка, определяющая плоскость наилуч-ш.ей установки от гауссовой плоскости.
Если ds' достаточно плавная, то вычисление W очень удобно производить по методу Е. Г. Яхонтова: определяют по кривой или непосред-
и
ственно вычисляют ds' для края апертуры и' и и' ип = —Вычис-1	1 v 1	oUriU	уГ q
ляют продольную сферическую аберрацию третьего порядка dsni = и'2
=----gjp- Si [см. формулу (69)] и затем из двух уравнений
^Зкр = ^siii + ^sv + ^svi I
и
определяют
dsVi i = 2ds^ — 8ds	+ 2dSj j j
и
dsy = dsKp — dsVII — dsHI.
Дальнейшие вычисления производят по табл. 4.
4. Вычисления волновой аберрации
sin Mj	ds'	102u'	6s 111	ds у	6sVII	6sIII 6sV ‘ 2 + 3 + 6sVII + 4	u'2 2%		^=0	в плоскости установки
—о,4 />7;		1,02	—0,71	0,29	—0,07	—0,28	-0,089	0,02	—0,08	-0,06
-0,4 /47	—0,8	1,45	—1,42	1,15	—0,52	—0,46	—0,178	0,08	—0,17	-0,09
-0,4 V~<		1,70	—2,13	2,58	-1,77	-0,65	—0,267	0,17	-0,25	-0,08
-0,4 /I	—2,5	2,05	-2,84	4,60	—4,20	—0,94	—0,356	0,34	—0,34	0
Заказ 1902
5. Приближенные формулы для вычисления волновых аберраций (Л = 5ЭДЗ мж)
График 6sKp = / (и )			^mln Л	^min	Смещение плоскости установки
	и'	ds' — аи'2	^крикр 16X	106ds' a'* л-F	1/2ЧР
	hu'	ds' = bu'4	3 ж„, Л 2Tk ^крикР	,	/2 109dsKpu	l&s'Kp
	1 и'	ds' — аи'2 + bu'4 !^-o du'2	3 . - -2 27X 6s«pU«p	, Л 109ds и	2/3«s;p
	и! —	ds' = au'* + 6u'4 KP = o	24 X	TOds',—и 11»	3/4 ds' r— 1 */»
Аберрации центрированных систем
Пример. Определить волновую аберрацию микрообъектива 20 х X 0,40, для которого вычислены следующие величины:
6sKp = — 2,5 мм, 6s у—_ = —0,8 мм\
Ю2и'кр = 2,05, Ю2^- = 1,45;
Ц,, = — 2,84, 6sv = 4,60, 6s'v j । = — 4,20
Рис. 49. Волновая аберрация
0,34 _	П Ofi
0,356 “	0,96 ММ
Промежуточные значения dsjn, dsy, dsyH пропорциональны соответственно второй, четвертой и шестой степеням sin.и..1-зона-.
sin иг кр
Плоскость установки для края М=0 (см. табл. 4) смещена на
Л _ НкрЫ икр
Эта плоскость (рис. 49) определяется прямой /, проходящей через начало координат и последнюю точку кривой волновой аберрации, построенной по данным W (табл. 4). Прямая II построена так, что расстояния точек кривой (волновые аберрации), измеряемые в направлении оси абсцисс, от точек прямой наименьшие. Если разность ds'Kp— dsjn для краевого луча в 4 раза больше, чем для второго луча, то dsVII отсутствует. В этом случае вычисление волновых аберраций упрощается, так как не требуется определять Sf, тогда dsHI и dsv легко определить из двух уравнений:
dsv — 2dsKp — 4ds ; dSj j j — &sKp — dsv.
Если функция ds' задана в виде графика, то задачу интегрирования формулы (90) можно свести к графическому вычислению площадей с помощью планиметра или миллиметровой бумаги в соответствующем масштабе. Для этой цели удобно представить график зависимости ds' от параметра и'2, отложив по оси ординат значения и'2, а по оси абсцисс — соответственные значения ds'. В табл. 5 даны приближенные формулы для вычисления волновых аберраций.
Объективы из двух склеенных линз
Разработанный Г. Г.Слюсаревым метод расчета двухлинзовых склеенных объективов дает возможность определить пару стекол, удовлетворяющую требуемым параметрам Р, W и С, с помощью которых исправляются сферическая аберрация, кома и хроматизм положения [85]. При заданном значении С приближенно вычисляют Ро = Р — 0,84 (W — — 0,15)2. Затем по ср*, Qo и Ро из таблиц [85] подбирают подходящую пару стекол. А. А. Дмитриевым предложен более точный способ вычис
ления Ро с помощью интерполяционной формулы Ньютона по двум разностям значений Ро в зависимости от С
Ро (с) = (Po)k + и (ЬР9)к +	(Д2Ро)а,
Q__Q
где и — •— k (АС — интервал между значениями С, равный 25* 10" 4);
ДР0 и А2Р0— значения первой и второй разности.
Полученные формулы для крона впереди
р _ Р — 0,83 (№ — 0,08)2 °- 1 — 0,033 (№ —0,08)
и для флинта впереди
_ Р — 0,83 (VF — 0,22)2 °- 1 +0,033 (№ — 0,22)
позволяют ускорить расчет двух линзовых объективов. С помощью метода А. А. Дмитриева можно алгебраически вычислить сферическую аберрацию с точностью до пятого порядка и сферохроматическую третьего порядка.
Предел относительного отверстия двухлинзовых склеенных объекти вов зависит от остаточных аберраций высших порядков и не должен превышать следующие значения:
-р-	f в мм
1:4	150
1:5	До	300
1:6	»	500
1 : 8+-10	»	1000
В табл. 6 даны конструктивные элементы двухлинзовых склеенных объективов, а в табл. 7 и 8 — величины остаточных аберраций для точки на оси объективов коллиматора, указанных соответственно в табл. 6
Линзы объективов, у которых световой диаметр превышаетбО—70 мм, рекомендуется применять несклеенными или соединять оптическим контактом. Воздушный промежутокмежду ними должен быть порядка 0,05 мм.
Поле зрения не должно превышать в среднем 10—15° при малых и 7—10° при больших f'.
Двухлинзовые объективы применяются в качестве компонентов оборачивающих систем, половинок симметричных фотографических объективов, микрообъективов с числовой апертурой до 0,15. Прибавляя к двухлинзовому объективу простой мениск, можно повысить |—г | до 1 : 3,5 \ / /об (рис. 21).
Система двух одинаковых склеенных объективов, поставленных вплотную друг к другу с одинаковым расположением радиусов кривизны, увеличивает почти вдвое относительное отверстие по сравнению с одним компонентом [85].
Два компонента из двух склеенных линз, разделенных большим воздушным промежутком, применяются в качестве проекционных объективов = 1 : 2 и 2w = 20 — 22°^ и микрообъективов с числовой апертурой до 0,4.
в. Конструктивные элементы двухлинзовых склеенных объективов телескопических систем (Размеры даны в мм)
с с £	Г1	г»	г»		di	Марка стекла		Св. 0		Г	~SF	4'	Марка прибора, в котором используется объектив
						1-я линза	2-я линза						
1	18,88	8,954	—203,2	0,8	2	Ф101	БК108	5	6Х3	36,06	35,99	34,53	—
2	62,81	—47,64	—144,88	4	2	К8	ТФ2	24	26Х,	104,98	104,01	102,07	МЛИ-1
3	71,12	—45,29	—139,32	4	2	КЮ8	ТФ101	24	25Х.	111,71	110,56	108,93	—
4	62,23	—52,97	—255,9	3,53	1,97	К8	ТФ1	18 14	20Х,	119,97	119,68	116,38	ИЗП-26В
5	168,66	—24,83	—155,6	4	2	БКЮ	ЛФ7	15,2	1821/,	150,07	148,08	148,21	МИРЭ-1
6	118,03	—46,13	—201,4	6	3	БКП0	Ф104	23	25Х,	150,2	148,1	146,3	—
7	196,79	—41,3	—98,63	2,8	1.6	К8	Ф1	12	14С.	154,3	152,27	153,54	ММУ-1
8	137,09	—68,39	—177,83	4	2	ТК2	ТФЗ	15,7	18Х3	164,99	163,41	162,84	МИГЭ-2
9	103,72	—89,71	—434,5	2,5	1.5	К8	ТФ1	18	19П/Я	200	199,7	197,6	пмт-з
10	103,72	—89,71	—434,5	3,8	2,8	К8	ТФ1	29	31Х3	200,15	199,63	196,45	ММД-1
Геометрическая оптика
Продолжение табл, б
Е Е £		г»	г»		dt	Марка стекла		Св. 0		Г	- sF		Марка прибора, в котором используется объектив
						1-я линза	2-я линза						
11	292,4	79,98	—161,81	2	3	Ф4	КФ4	18 24	19Х3	250	247,8	248,95	МИМ-8М
12	319,9	—66,22	—159,22	4,4	2,7	К8	Ф1	21	22,5	250,4	247,1	249,2	МИМ-14-1
13	363,1	—74,82	—179,5	5	3,1	К8	Ф1	21	22,5Х3	283	279,2	281,6	МИМ-14-1
14	181,97	—131,83	—398,1	8	5	К108	ТФ102	60	62	300,36	298,13	294,93	—
15	425,6	-87,9	—210,9	5,8	3,6	К8	Ф1	21	22,5Хз	332	327,6	Зо0,4	МИМ-14-1
16	170,61	—149,97	—187,07	8	5	БК110	ТФ102	50	54	332,81	333,01	324,51	—
17	270,4	.112,62	—542,93	3,6	5,8	Ф1	К8	25	26,5Х3	424,67	420,2	423,0	МИМ-14-1
18	368,1	—267,3	—816,6	4,4	3,9	К8	ТФ2	25	28Ш3	610,04	608,44	606,39	МТМ-1
19	570,2	—363,1	—879,0	8	6	БК108	ТФЗ	54	58	768	764,4	762,9	—
20	578,1	-415	—1786,5	20	15	К8	Ф1	150	—	998,3	995,17	983,89	В коллиматоре
21	247,2	142,56	оо	9 1	11 1	ТФ1	КЗ	80	84	559,3	602,46	583,44	В коллиматоре
Аберрации центрированных систем
7. Аберрации объектива коллиматора (см. табл. 6, п. 20)
h	sin и'	D				С	F
		s'	As*	А/'	Т)%	As'	As*
0	0	981,89	0	0	0	1,19	—1,53
75РТГ	0,053	981,61	—0,28	—0,56	—0,03	0,84	—1,62
75	0,075	981,47	—0,42	—0,82	—0,04	0,60	—1,54
8. Аберрации объектива коллиматора (см. табл. 6. п. 21)
h	sin и'	D				c	F
		s'	As*	дГ	n%	As'	As*
0	0	583,44	0	0	0	0,41	—0,08
40	0,047	583,38	—0,06	—0,11	—0,01	0,324	—0,027
40	0,067	583,41	—0,03	—0,11	—0,01	0,311	0,144
дующие типы:
Угол поля зрения 2и>
<55* 55°<2wi<709
>70*
Особенности расчета окуляров
Окуляры большинства зрительных труб имеют фокусное расстояние в пределах f = 10—40 мм и относительное отверстие V4—1/15.
Окуляры в зависимости от величины поля зрения делятся на сле-
Тип окуляра
С нормальным полем зрения С увеличенным полем зрения Широкоугольные
Удаление выходного зрачка колеблется в пределах V & 0,44-1,5/'.
Если — ^1, то такие окуляры называются окулярами с удаленным зрачком. Так как окуляры работают в узких пучках лучей, то в них
должны быть исправлены в первую очередь кома, астигматизм, кривизна поля и по мере возможности сферическая аберрация, обе хроматические аберрации и дисторсия. При отсутствии сетки в фокальной плоскости
окуляра последний можно применять с неисправленными сферической аберрацией, хроматизмом положения и увеличения, компенсируя эти аберрации объективом и другими предшествующими окуляру компонентами. В длиннофокусных широкоугольных окулярах не следует допускать больших аберраций в зрачках. Обычно окуляр подбирается или рассчитывается таким образом, чтобы его аберрации компенсировали аберрации предшествующей ему системы. Некоторые окуляры типа Кельнера, ортоскопические, симметричные и др. (см. гл. IV) часто применяют в качестве проекционных систем.
Сходимость меридиональных и сагиттальных бесконечно тонких пучков за окуляром с полем зрения 2ш> 60° обычно оценивается в соответствующих фокусах f'm и f's:
(хт + х™^) 1000
Lm cos о' =----------.
, (->.+?.„)1000
Ls COS О =----------------
^ок
В выпусках ^аберраций таких окуляров приводятся оxs, х’т, f'nap, f,. f'm, Ls cos o' к Lm cos o'.
Обычно в окулярах с увеличенным полем зрения fт^> fs3> fпар.
Дисторсия в угловой мере в широкоугольных окулярах вычисляется по формуле
Др'=	..	6g'	•
f Mg
cos2 oz д tg о'
При больших углах о' производная от дисторсии
Ч-Г-- : может быть dtga'
очень велика.
Если дисторсия больше 0, то 2оу < 2о' (см. рис. 71, гл. IV); если дисторсия меньше 0, то 2w^> 2сг'; если дисторсия равна нулю, то 2w = = 2о'.
Линзовые конденсоры
У хорошо корригированных конденсоров диаметр наименьшего кружка рассеяния составляет 3—10% от величины изображения источника. Для простой линзы конденсора радиусы сферических поверхностей равны
п — 1	п — 1
Г1 = sV --------— • r2 = sV----------г
па2 — V ’	па2 — 1
при а' = 1;	= V, hr — ах$,
где $ — расстояние предмета от линзы; V — увеличение линзы.
При минимуме сферической аберрации
(2п + 1) (V + 1)
(a2)min -	2 (п + 2)
Если предмет на бесконечности (s = оо), то
I/ п г / 1/\ р / \	2(2 + п)(п—1)
V->0, lim(sV) = f, (Г1)т1п ==
, .	_ 2 (2 4-л) (л— 1)
(Г2)т>п-- 2п2_„_4	,
1 (r2)min	с
при п = 1,5 -т-=т—— = —6. r	(rj min
Аберрации линзы определяются из формул (70) и (726).
В табл. 9 даны значения параксиальных углов в конденсорных системах при минимуме сферической аберрации (толщины линз и воздушные промежутки между ними бесконечно малы, преломляющие поверхности сферические). В табл. 10 приведены схемы оптики (ориентировочные)
9. Значения параксиальных углов в однолинзовом, двухлинзовом и трехлинзовом конденсорах при минимуме сферической аберрации
s , =£ 0, Ci^O				| s, = оо, а, = 0		
Параксиальные углы	Число линз					
	1 1	1 2 1	1 3	1	1 2	3
а.	Произвольное			0	0	0
аа	2 В	За, 4* о» “ 4 В	5014-0? в 6	тв	тв	4-в
аз	а,	а, 4-а» 2	2а, 4- а7 3	1	1 2	1 3
а4		014-30» ?	а» + а’.В		тв	— в L
О»		а, V	а, 4- 2а7 3		1	2 3
а*			О1 + 5а7 ”6	в			
а7			а.			1
о 14* 2л В = 2-р п • У — линейное увеличение.						
10. Схемы оптики некоторых конденсоров в зависимости от максимальной числовой апертуры п sin иг и увеличения V
Схема оптики			Апертура п sin Ui	Увеличение (-Ю	Характеристика схемы
			0,15	—	Линза с минимумом сферической аберрации
			0,4	1-3	Линзы плоско-выпуклые
					
$ 1			0,6	1,5-4,5	1 — мениск апланати-ческий; 2 — линзы плоско-выпуклые
					
..•лк	м		0,7	2-6	1 и 2 — мениски апла-натические; 3 — линзы плоско-выпуклые
					
			0,7	2—6	Вторая поверхность асферическая
			0,4	4-10	Линзы с минимумом сферической аберрации
			0,5	10—оо	1 — мениск, близкий к апланатическому; 2 — линза плоско-выпуклая или с минимумом сферической аберрации
			0,5	10—оо	Вторая поверхность асферическая, преимущественно параболическая
J Х1ц|м				0,7	10—оо	1 — мениск, близкий к апланатическому; 2 — вторая поверхность линзы асферическая
Продолжение табл. 10
Схема оптики	Апертура п sin ut	Увеличение (—V)	Характеристика схемы
	0,7	—	Апланатический и ахроматический конденсор
	1,2 1,4	—	Иммерсионный конденсор микроскопа Первая поверхность асферическая
			
	1,2 1,4	—	Иммерсионный, апланатический и ахроматический конденсор микроскопа Первая поверхность асферическая
некоторых конденсоров в зависимости от максимальной числовой апертуры и увеличения.
Схема оптики конденсора типа IV (табл. 10) имеет относительно малое рабочее расстояние, что может оказаться недопустимым при использовании некоторых источников света. В этих случаях для достижения sin и = = 0,7 рационально применить конденсор типа III, у которого выпуклая поверхность апланатического мениска асферическая. В табл. 11 даны конструктивные элементы коллекторов с параболоидальной поверхностью.
Назначение асферических поверхностей
Асферические поверхности применяются для повышения качества изображения, контраста и предела разрешения системы, увеличения угла поля зрения и относительного отверстия (не в ущерб качеству изображения), замены сложной многолинзовой системы более простой системой с меньшим числом линз или зеркал с асферическими поверхностями с целью уменьшения габаритов и веса системы.
Особенно заметный эффект применения асферических поверхностей имеет место в длиннофокусных системах с большим относительным отверстием (зеркально-линзовые системы), а также в панкратических системах с большим диапазоном изменения увеличений.
Выражение аберраций системы через аберрации ее компонентов
Расчет оптической системы делится на два основных этапа — габаритный и аберрационный.
При габаритном расчете оптик-конструктор должен учитывать коррекционные возможности разрабатываемой системы. Для этой цели по
следняя разбивается на отдельные составные части (объектив, окуляр, оборачивающую систему и т. д.), для которых определяются: относительное отверстие, поле зрения, положение зрачков, коэффициент виньетирования, величины требуемых исправлений аберраций и т. д. В зависимости от указанных характеристик выбирают степень сложности конструкций отдельных компонентов системы. На практике часто приходится компоновать систему из отдельных частей, аберрации которых известны.
Для систем, обладающих небольшой светосилой и малыми углами поля зрения, аберрации отдельных ее компонентов можно переносить в сопряженные плоскости изображения других компонентов по правилу сложения аберраций третьего порядка (приближенно), т. е. поперечные аберрации умножаются на линейное увеличение, а продольные — на квадрат линейного увеличения тех компонентов, через которые переносятся аберрации.
Если 6gv 6g2, . . ., 6g k и V2, . . ., Vk соответственно поперечные аберрации и линейные увеличения первого, второго и /г-го компонентов, то поперечные аберрации всей системы в пространстве изображения k-ro компонента будут
i>g = 6g;v2v3 • • • vk + 6^V3V4 • • • Vk + •  • + bgk_xVk + bgk (91) и продольные аберрации
6s' = ds^V2- • -V2 + 6s;v2v2- • -V2 + ds^V2 + 6sA. (92)
none-
(93)
Формулы для вычисления аберраций системы после окуляра
1. Аберрации в угловой мере (в мин) можно вычислить через речные аберрации, отнесенные к передней фокальной плоскости окуляра,
ч— ба' = - g?. ~ (>е°к 3438, fo*
где 6gi — поперечная аберрация системы до окуляра, вычисленная в прямом ходе лучей;
^ок — поперечная аберрация окуляра, вычисленная в обратном ходе.
2. Продольные аберрации, не зависящие от апертуры (кривизна поля, астигматизм, хроматизм положения и т. д.), принято оценивать в диоптрийной мере
_ 6s +6soK f'2 •ok Тббб"
(94)
f'oK
где ----------цена одной диоптрии окуляра;
f' в мм.
11. Коллекторы с параболоидальной поверхностью (линейные размеры даны в мм)
Схема оптики				Увеличение — V	Числовая апертура п sin ui	Радиус поверхности г	Марка стекла	Фокусное расстояние f'	Переднее вершинное фокусное расстояние —	Заднее вершинное фокусное расстояние s’j?'	Расстояние от источника света до 1-й поверхности —S	Расстояние изображения источника света от последней поверхности s'	Марка прибора, в котором используется коллектор
	y^WZx ч^\ 1/4 , и4 L-Xd -1 !6 L—			2	0,27	гх = 22,91* г2 = —167,49	Кварц	45,15	43,80	35,24	58	133,5	МЛД-1
у 86,72 х				4,53	0,33	гх= 236 г2 = —43,36*	ТК2	65,36	56,58	63,74	71	360	МИМ-8М
	’^0®												
													
—J U) L-—													
	/0 \17.8	i C6<Z>57	S		—	0,45	Гх = 197,7 га = —40,2*	ТК2	59,99	50,33	58,03	50,33	оо	ФМН-2
													
Геометрическая оптика
													
	* К- V->fc: Г суфд?,/ 1L"?		Ъх 1	7,4	0,47	1	04 IL 00 $ 1 II II	ЛК5	30,17	22,13	28,21	26,24	250	ОИ-20
	-о Т'2/7	«=45 -Si	2Мх	7,7	0,5	Г!= 101,39 г2= —24,617*	К8	40,56	29,34	37,83	34,6	350	ОИ-24
Н	Ч I SS 003	1	ж  23	|	С8056 J й	JUx	9,2	0,52	П= 112,77 г2 = —26,17*	Кварц	48,86	45,7	35,3	46,2	487,3	МЛ-2; ОСЛ-1
&	у‘ % Над .	Л Глад 1	\79х	8,4	0,54	гх = 87,90 г2 = —20,89*	ЛК5	37,54	25,91	34,77	30,4	352	ММР-2
Аберрации центрированных систем
L Г1	Св0 32,[\ • X		V	.СШ1 S& С6рб0_ [ §		/=Я?х 1 - М®1 1 10,5	Схема оптики
о СП		ю СП			1		Увеличение — V
0,67		0,61			0,61		Числовая апертура n sin Ui
> -ч *ь W ю м II	II	II	II 1	8	|	| N3	Ю <£>	О	00 *	Й	8		71=00 г2 = —30,48* г3 = 49,51 г4 = оо			II	II 1	8 “	а		Радиус поверхности г
БКЮ		ЛК5 К8			БФ13		Марка стекла
28,28		38,54			18,35		Фокусное расстояние f
15,27		24,74			12,57		Переднее вершинное фокусное расстояние —Sp
25,94		24,60			17,45		Заднее вершинное фокусное расстояние s'p'
ьэ о		40,0			12,57		Расстояние от источника света до 1-й поверхности —S
210		to			8		Расстояние изображения источника света от последней поверхности s'
О X <Ь		МИМ-8М 				ОИ-21		Марка прибора, в котором используется коллектор
miniuuo umioahndwdwoaj
Продолжение табл. 11

та U 5’1			—10,5	0,675	В s 2 & 1	1	8 II	II	II С* и*	ЛК5 К8	38,13	19,36	32,6	23	430	МИК-4
	V\ VCi											
												
—4/7	18	——			г4 = —35,25*							
2'												
4	'-57,	С&0 54 J	3	0,7	Г1= —81,85 г2 = —26,49* Гз = 73,45	ТК16	31,9	23,9	24,5	34,5	120	ИЗП-25
Чг7	,0,1 Ё.	—			г< = —73,45							
												
G к) ч	0,5	/%78* а	12,5	0,76	Г1 = —76,21 г2 = —19,498 г3 = оо г4 = — 24,89*	ЛК7 К8	26,34	11,24	23,20	13,2	329	МЛ-4
Примечание. Звездочкой (♦) обозначены радиусы параболоидальной поверхности.
Аберрации центрированных систем
Пример вычисления аберрации сложной системы по аберрациям ее компонентов
Определить аберрации в фокальной плоскости окуляра и всей системы (после окуляра) зрительной трубы, содержащей двухкомпонентную оборачивающую систему с параллельным ходом и V = —2х (см. рис. 73). Фокусные расстояния и относительные отверстия компонентов этой трубы даны в табл. 12, аберрации — в табл. 13.
12. Фокусные расстояния и относительные отверстия компонентов зрительной трубы
Характеристика	Компоненты системы			
	объектив 4-4- коллектив	оборачивающая система		окуляр
		первый компонент	второй компонент	
Фокусное	расстояние в мм	100	200	400	25
Относительное отверстие	1 :5	1 : 5	1 : 10	1 : 10
Сложение аберраций системы (без окуляра). Продольная сферическая аберрация для цвета D [формула (92) ]
&8сф = 4Z +	~ (Pso6 + dSj) И2 + б$2 =
= (__ о,15 + 0,25) 4 — 0,05 = 0,35.
По этой формуле были вычислены следующие продольные аберрации:
1)	хроматизм на оси ds'(F_= —1,3;
2)	хроматизм на краю = 10)	= 0,38;
3)	сагиттальная и меридиональная кривизна xs = —13 и хт = —4.
Поперечные аберрации:
1)	хроматизм увеличения [формула (91)]
Цг-О =	| V [ +6Z(F_C)i =
= (0,02 + 0,03) 2 + 0,01 = 0,11;
2)	дисторсия
б/' = (0,05	0,15) 2 — 0,20 = 0,20.
Условие изопланатизма
= Лоб — Лх + Лз = ~ °>20 + ОД ° + 0,15 = 0,05.
13. Аберрации компонентов зрительной трубы в мм
Компоненты системы	Хроматизм Д’(£-С),	Точки на оси			Точки вне оси				
		Лда = 10			w == — 10°				
		6sD сф	П в %	6s(F-C)	Г	x's		Дг(£-С)	&1дист
Объектив	—0,15	—0,15	—0,20	—0,08	10	—3,5	—6,5	+0,02	+0,05
Первый компонент оборачивающей системы	—0,20	+0,25	—0,10	0,10	10	0,5	5	—0,03	—0,15
Второй компонент оборачивающей системы	0,10	—0,05	0,15	0,30	20	—1.0	2	0,01	—0,20
Окуляр	—0,08	—0,10	—0,30	—0,03	20	—3,0	5	—0,4)4	—0,40
В диоптрийной мере
Суммарная аберра- ^ = 2,2 \L = —0,4| 0,05% |L ——0,6| — | L — 25,6 )L = —1,6|	—	|	—
ция всей системы	В угловой мере
— I _1*43* ।	_	1—2'24'1 — I —	1	—	1 20'36' I 1°22'
Примечание. Стрелка показывает, что аберрации компонента оборачивающей системы и окуляра вычислены в обратном ходе лучей.
Аберрации центрированных систем
Вычисление аберрации системы после окуляра. Аберрации в диоптрийной мере [формула (94)]
(6s' 4- 6sw) 1000	(0,35 — 0,10) 1000	. , ,
£сф=----------—г---------= ----------272^---------= - 0,4 дптр;
Iок
L(F-C)o — 2>2; L(F—C)Kp — ~ О-56; Ls —25-6;	“ 1>6.
Аберрации в угловой мере [через поперечные аберрации, формулы (74) и (93)]
_ (6s'+64)tg“'
О Огл — -------;-------- 3438 =
сф	foK
(0,35 - 0,10) (-0,05) a,QO
=----------2^------- == — г 43
или h' L-3438 ^сф=т =1-25 °-4)3’44 = - 1'43'-
_ (0,38 - 0,03) (-0,05) 3438
da(F-C) hKP-------------§5--------= “ 2 24 ’
6 ,	= (^-с-Цр-с)ок)3438 =
и/*'—С	г'
>ок
= (0,11 +0,04)3438 =20>36„. Zu
А '	_ (0,20 + 0,40)3438
^дист —--------25------- — 1 22 .
Остаточные суммарные аберрации сведены в табл. 13. Определим кривизну поля в случае исправления астигматизма [формула (86)]
Ч=2^ = ЗН13) + 4=_17>5
Вследствие большого астигматизма [(Ls — Lm) = —27,2 дптр] систему следует радикально усложнить. Чтобы уменьшить кривизну поля и астигматизм, следует применять компоненты с малой величиной Sjy-
Анализ кривой широкого наклонного пучка в меридиональном сечении
Поперечная кома k (рис. 50) определяется расстоянием, измеренным вдоль оси I' от точки О, соответствующей координате главного луча до прямой, соединяющей концы кривой поперечной аберрации.
По формуле (75)
, ___ ^верх нижн f 8,75 -J- 9,05 п____________________________	~ .
/г =	1гл —	2	у =
Угол наклона tg (р касательной в точке О определяет величину меридионального искривления изображения х'т, равную величине поперечной меридиональной кривизны А/\ деленной на соответствующий апертурный угол.
>	,	Д/'	г
хт — tg<P— д102и'	5-
Поперечная «полевая» сферическая аберрация
4* = -Li-A =
= (-0,4)	(+0,2) = _ 03
Продольная сферическая аберрация [формула (74) ]
Ьв’сф	—0,3	1П
6scA =	, = л по ' = — 1° мм
С(Р tg и 0,03
Если вычислен коэффициент Пе-
SAv
-у-, то можно
102и/
4
5
6
7
8
9
W
8,8 8,9 9,0 9,1 9,2 V
Рис. 50. График поперечной аберрации широкого наклонного пучка в меридиональной плоскости
определить по стрелке Пецваля Ахр = — Sjv величину сагиттального искривления изображения xs по формуле (86)
, __ 2Ахр + хт
*s“	3
ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ НА ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЯХ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Преломление луча через плоскость
Изображение светящейся точки S находится на пересечении с осью ООГ продолжения преломленного луча на расстоянии s' от преломляющей плоскости ВВ (рис. 51) и вычисляется при г = оо по формуле (82)
Рис. 52. Строение пучка лучей при преломлении через плоскую поверхность
Рис. 53. Строение элементарного астигматического пучка лучей при преломлении через плоскую поверхность
В случае перпендикулярного падения луча на плоскость из формулы (95) получим
' n u n
Продольная сферическая аберрация (рис. 52) nfs / cost' f \ C(p n \ COS I J
Расстояние от точки M фокусов меридионального и сагиттального пучков после преломления (рис. 53) cos2 i'
S.
t =t m m n
——; Ч = — •
COS2 I ’ s s It
Полагая, что trn == ts = tt
s tn
разность вдоль оси пучки будет равна /Л
\ COS2l /
Отражение от плоского зеркала
Плоское зеркало дает идеальное изображение. Для него остаются справедливыми формулы (14), (82) и (83), если положить, что п = п' и г= оо. Из формулы (14) следует, что s = —s'.
Рис. 54. Построение изображений через плоское зеркало
Рис. 55. Построение изображения прямой AAi через плоское зеркало
Точки предмета и изображения лежат на общей нормали к плоскости зеркала, на одинаковых расстояниях от него. От действительной точки S (рис. 54, а) плоское зеркало дает мнимое изображение S', а от мнимой точки S (рис. 54, б) — действительное S'. Изображение всегда равно предмету, но они между собой не конгруэнтны (рис. 55). Плоское зеркало Л4Л4 отклоняет падающий луч от его первоначального направления на угол (рис. 56) у = 180° — 21.
При повороте зеркала вокруг точки О на угол (р (рис. 57) отраженный луч Sx отклонится в направлении вращения зеркала на угол р, равный удвоенному углу поворота отражающей плоскости зеркала, т. е. £ = = 2ф.
Рис. 56. Отражение луча от плоского зеркала
Рис. 58. Отражение луча от двух зеркал при постоянном угле а
Рис. 59. Построение изображения от двух параллельных зеркал: ab — предмет; ахЬх — изображение предмета зеркалом /; aизображение предмета зеркалами I и II
Рис. 60. Отражение луча от двух зеркал (нижнее зеркало // вращается вокруг оси О')
Рис. 61. Отражение луча от вогнутого зеркала в меридиональном сечении
Система зеркал
Два зеркала, расположенные под углом а друг к другу, отклоняют падающий луч от своего первоначального направления на двойной угол, т. е. у = 2а, не зависящий от угла падения луча на первое зеркало (рис. 58); при покачивании или вращении такого углового зеркала вокруг ребра О изображение остается неподвижным. Система из нечетного числа плоских зеркал дает не вполне обращенное изображение, что приводит к изменению направлений в изображении. Система с четным числом зеркал дает изображение прямое и конгруэнтное (при наложении совмещающееся с предметом). Примером может служить система из двух параллельно расположенных зеркал (рис. 59). Если одно из этих зеркал оставить неподвижным (например, зеркало /), а второе повернуть на угол а (рис. 60), то отклонение отраженного от зеркала II луча S' будет равно двойному углу между зеркалами (2а). Отраженный луч S' займет положение OS*. Если луч S", отразившись от неподвижного зеркала /, снова возвратится на зеркало //, составляющее с зеркалом / угол а, то вышедший в обратном направлении из системы такой луч отклонится от первоначального своего направления на угол у ~ 4а. Конструкция таких зеркал находит применение в гальванометрах, щуповых приборах для измерения чистоты и др.
Фокусное расстояние сферического зеркала (рис. 61) можно определить по формуле (14а), положив sx = оо, s' = п = nr = 1, /' = , г
~ S = ~~2~-
Преломление пучка через плоскопараллельную пластинку или призму
Призмы, развертывающиеся в плоскопараллельную пластинку, обладают аберрационными свойствами последней. Падающий на пластинку I—
Тонкий пучок лучей, идущих вдоль оси ОО' (параксиальный пучок) и сходящихся в точке А, смещается в направлении света на величину
Д$о =---------d.
и п
Величина продольной сферической аберрации (точная формула) п I cos 4 1
приближенно
./	1 . п2-1 . ,
Ь°сф = Td sin “1-
где Ui — апертурный угол в сечении пучка;
sin Ui — sin tj.
Астигматическая разность узкого наклонного пучка (точная формула)
d / cos2/Л
' I *	2 •' I ’
COS^Zj I
Рис. 63. Определение положения F'o6 относительно призмы
t's-t’m-п COS I
Продольный астигматизм, т. е. разность абсцисс меридионального и сагиттального фокусов элементарного пучка (приближенно) d(n2— 1) 2 А = —-—-—- Wy
п3
где Wi — угол наклона главного луча (ц^ = i*i главного луча).
Меридиональная кома третьего порядка
* '	3 лп2 —1 2
6g =~2~d -уг-ufa.
п3
Дисторсия главного луча (приближенно) d /г2 — 1 <
Продольная хроматическая аберрация
. '	_ d п — 1
as(F-C) —
Хроматизм увеличения в одной общей плоскости установки
. '	/	d п — 1
t>g =lF~lC = -^----„Г-
Плоскопараллельная пластинка или эквивалентная ей призма не искажают изображения, когда они находятся на пути параллельных лучей (защитное стекло перед объективом и т. д.). В сходящемся пучке лучей (например, после объектива) они вносят аберрации.
Пример. Определить положение Fo6 относительно выходной грани прямоугольной призмы, расположенной за объективом (рис. 63).
Для параксиальных лучей (а = i)
h2 = hi — odd = hi---d — h2,
поэтому
• - d
S2 ~ S2 — S1
гг	d
Для рассматриваемого случая s2=s0—а-------------
Если в системе имеется несколько призм, то
SP = s0- 2 а<юэд~ 2 ~7Г-
Графическое построение хода луча через плоскопараллельную пластинку (или любую ей эквивалентную призму) методом редуцирования
Толщину стеклянной пластинки с показателем преломления п приводят к воздушной толщине — (рис. 62). Падающий луч проводят без преломления до встречи с выходной гранью 2' воздушной пластинки. Затем высоту й2 откладывают на выходной грани 2 стеклянной пластинки. Ход лучей в стекле определяется прямой АВ. С помощью редуцирования упрощается графическое построение лучей при габаритном расчете системы в параксиальной области или при малых углах падения I.
Преломление лучей через призму в ее главном сечении
На рис. 64 изображен ход луча в главном сечении призмы MAN (в плоскости, перпендикулярной преломляющему ребру) с преломляющим углом а, расположенной в воздухе.
Угол отклонения а, отсчитываемый от первоначального направления луча $ЕЪ положительный, п — показатель преломления вещества призмы. Из
рисунка следует, что /2 = а + + tf, а = — q i' -f- «2 — i2.
На основании закона преломления для точек В и D sin sin ip sin i2= n sin i2;
Рис. 64. Отклонение луча призмой в главном ее сечении
1	с«4-(‘\ + ,’г) I
sin -j- (а + а) =-।------— п sin -у а-	(96)
о»-у (<1 + Q
Для постоянного значения угла а и при данном показателе преломления п вещества призмы угол о будет изменяться, если менять величину угла ij падающего луча SB с нормалью. Значение минимального угла отклонения omln в зависимости от п и а призмы определяется по формуле
sin “2“ (а + 0mm) = п sin а.	(97)
d	. ОС -|> (Jmin .' (X .	/	.'	. v
В этом случае	; Ч = ~2~» Ч ~ ~~ Ч и Ч = Ч- Ход
луча в призме будет симметричен относительно граней, т. е. перпендикулярен биссектрисе угла а. Формула используется для определения показателя преломления п вещества призмы; углы а и crmln измеряются на специальном приборе — гониометре или спектрометре.
Формула для вычисления отклонения луча через призму с малым углом а при больших углах падения I
о = arc sin [а /п2- sin3 Ч + sin ij -- (Ч + а) (98) или приближенно
а = а [/п2 + (п2 — 1) tg2 h - 1].	(99)
При малых углах а и
о = а (п — I).1	(100)
Если призма находится не в воздухе, т. е. п± 1 ил8 =# 1, минимум (или максимум) отклонения вычисляется по формуле
k — cos а sin а ’
где
tg q =
n2 — показатель преломления призмы.
Преломление луча, проходящего через призму вне плоскости главного сечения (внемеридиональный луч)
Косой (внемеридиональный) луч РВ может быть определен углом 0, образуемым лучом со своей проекцией Р'В на плоскость главного сече-
Рис. 65. К вычислению хода внемеридионального луча через призму
ния (рис. 65) и углом Чо между упомянутой выше проекцией и нормалью к грани призмы. Последовательное применение к двум граням призмы закона преломления дает следующие результаты [851:
1) угол луча со своей проекцией после преломления 02 равен 0j (до преломления), т. е. наклон луча к плоскости главного сечения не меняется;
2) проекция луча на главное сечение ведет себя как световой луч, т. е. удовлетворяет законам преломления, если за величину показателя преломления стекла принять
= Ип2 + (п2 — l)tg2 01.
Зависимость этого условного показателя преломления W от наклона 0 вызывает искривления спектральных линий.
1 Малый угол клиновидности плоскопараллельной пластинки принято обозначать в и угол отклонения луча — б (см. гл. IV).
Дисперсия призм
Простая призма в воздухе дает при постоянном угле падения лучей дц = 0 угловое отклонение do между двумя лучами с разностью показателей преломления dn для длин волн X и X + dk.
.. ч Л	do
Угловой дисперсией призмы называется отношение ; значение для него можно получить, если продифференцировать формулу (97)
2. Sin -7Г
ДсГцнп _______________2
dk ” , /---------------
dn У 1 — п2 sin2 ~
Для k одинаковых призм, расположенных в минимуме отклонения, ,	2k sin-^- ,
^min ______________2	. dn
dk -| Г 2 • 2 а |/ 1 — П2 sin2 -2“
(97а)
(976)
т. е. угловая дисперсия системы призм зависит от их числа, от дисперсии вещества призм и от преломляющего угла призм [97, 104].
Угловую дисперсию можно увеличить, если отказаться от симметричного хода лучей в призме (или от принципа наименьшего угла отклонения о).
В случае произвольного хода луча света в призме угловая дисперсия призмы определяется по формуле do _ sin a dn dk cos cos i*2
При малых углах а и do = adn, при минимуме отклонения do = n . . dn
Угловая ширина спектра определяется угловым расстоянием Аа между крайними лучами данного спектра и с достаточной степенью точности вычисляется по формуле (97а). Участку АХ длин волн между Xj и Х2 соответствует изменение показателя преломления Ап.
Поэтому о . a 2sin-r Aa =..................... ......- ..... An.
У 1 — П2 Sin2
Для 60-градусной призмы эта формула упрощается:
1^4 — п2
где п — среднее значение показателя преломления для длины волны с симметричным ходом луча в призме в данном интервале длин волн.
Например, для кварца в интервале длин волн от X = 1852 А (п — — 1,6759) до X = 7685 А (п = 1,5391) средней длиной волны будет Хер — 2500 А (пср = 1,607); Ди = 0,1368, До = 0,2325 в радианной мере (или 13,3°).
Для стекла ТФ1 в интервале длины волн от X = 3650 (п = 17002) до X = 8630 А (п = 1,6326) Кср = 4600 А (пср = 1,666); Ди = 0,0676, До = 0,1222 в радианной мере (или 7°). г,
Дисперсия вещества призмы для видимои области спектра обычно определяется по интерполяционной формуле Гартмана , с п = и© Н----------------------------------
(X- Хо)а
(см. стр. 30).
При а = 1 дисперсия стекла равна dn	с
~d\ “ ~ (X — Х0)2 ‘
Постоянные н0, Хо и с определяются по трем известным значениям и.
Пример. Дана марка стекла, для которой и имеет следующие значения:
п	К в см
1,48350 1,49070 1,49961	7,682 X 10*"® 5.270Х10"5 4,046 X 10“5
Составляя по этим данным три уравнения типа п==Ло + -(гаг и решая их относительно трех постоянных неизвестных п0, с и Хо, получим: и0= 1,47225, Хо = 1,507*10”6, с = 6,944 *10“7.
Для рассматриваемого случая для X = 4861 А dn __ с _	6,944.10’7	_
JX ~	(X- Хо)2 (4,861 • 10”$ — 1,507-10“6)2	’ ’
т. е. малым изменениям вблизи 4,861 *10“6 см соответствует изменение и по величине в 617 раз большее и обратное по знаку.
Для призмы с преломляющим углом а = 60б угловая дисперсия вблизи D-линий (X = 5893 А, = 1,4881) по формуле (97) равна 1	(	6,944-10~7	\	_
</Х у-----------1,488Г2” \	5,893 . 10"*5 — 1,507-10“5 )	’ ’
Отсюда можно определить угловое расстояние между линиями натрия (ДХ = 6-10"8 см)
| Да 1 = 540,3-6.10"8 = 0,0000324	7".
Увеличения дисперсии можно достигнуть увеличением преломляющего угла призмы. Однако предел этому ставит полное внутреннее отражение на второй поверхности призмы. Можно построить призму с большим преломляющим углом, если поместить эту призму в среду с показателем преломления n'> 1. В этом случае формула (97) примет вид
•	/ ОС —(Угп1п
п sin -у = п sin---у--
do n / 1 dn 1 dn' \ dk ~ \ п dk п' dk )
а
/I sin у п'2 — п2 sin2y
Область значений а, как это предыдущей формулы, увеличена = 1,66 и п' — 1,5 [флинтовая призма находится в среде из кронового стекла (рис. 69)1,  । то угол а может достигать значений до 120°. Угловая дисперсия такой сложной призмы определяется по формуле
следует из подкоренного выражения • а п' с
до sin у < — . Если принять п =
Рис. 66. Призма Амичи
da	2 Г .	. dn2
;-----— Sin 0С2 COS -77-
dk cos h cos i2 L	dk
dni
Sin 061 ~dk
где ai — преломляющий угол внешних кроновых призм, которые предполагаются одинаковыми;
2а2 — преломляющий угол средней флинтовой призмы;
ii и i2 — углы падения луча соответственно на первую и вторую поверхности;
— угол преломления на первой поверхности.
Угол б — полного отклонения луча такой призмы — равен б = = 2 (ix + ocj — ос2).
Призмы прямого зрения. К ним относится призма Амичи (Броунинга, рис. 66). Она состоит из одной флинтовой призмы, обладающей большой дисперсией, и двух крайних кроновых призм с малой дисперсией.
Угол средней флинтовой призмы определяется по формуле
где пк и Пф — показатели преломления крона и флинта для того луча, который системой не отклоняется (обычно принимают к = 486,1 нм).
Часто призмы конструируют из двух (трех) флинтовых и трех (четырех) кроновых призм. Пятипризменные системы могут быть рассчитаны так, чтобы кривизна некоторых спектральных линий была уничтожена.
В табл. 14 приведена дисперсия тройной призмы Амичи.
14. Дисперсия тройной призмы Амичи
пр = 1,5183 v = 60,3 (БКЗ);
nD= 1,7550 v = 27,5(T<P5); ах = а'з = 99°53' а3 = —109°46'
Спектральная линия в нм	Дисперсия	Спектральная линия в нм	Дисперсия
766,5 (Д') 750 700 656,3 (С) 600	7°11,7' 6°59,5' 6°21,8' 5°4Г 4°27,6'	587,6 (d) 500 486,1 (F) 435,8 (g) 434,1 (Gf) 400	4°07,9' 0°46,9' 0° —3°55,5' —4°07,1' —8°34,2'
Призма Цинкера (рис. 67) состоит из двух одинаковых по величине
призм различной дисперсии, но имеющих одинаковый показатель преломления для одной определенной длины волны. Свет на первую поверхность призмы падает перпендикулярно, поэтому потери на отражение в ней меньше, чем в призме Амичи.
На рис. 68 дана призма Вернике, обладающая большой дисперсией; по Рис. 67. Призма Цинкера конструкции она представляет собой двойную призму Цинкера. На рис. 69 показана призма Резерфорда, состоящая из флинтовой призмы с большим преломляющим углом (90—120°) и двух одинаково симметрич-
Рис. 68. Призма Вернике
Рис. 69. Призма Резерфорда
Рис. 70. Призма Аббе с постоянным отклонением 90°
Рис. 71. Призма с постоянным отклонением 60°
ных наклеенных на нее призм из крона. Конструкции некоторых призм с постоянным углом отклонения приведены на рис. 70 и 71.
Ахроматические клинья
Призму, ограниченную двумя преломляющими плоскостями с малым углом (а^ 6°) между ними, принято называть клином. Предполагая, что углы а клиньев, а также углы iL луча с нормалью к грани клиньев малы,
получаем условие ахроматизма кли« на, составленного из двух простых клиньев (рис. 72). При этом их отклонение равно
Рис. 72. Ахроматический клин
о = (Hi — 1) 04 4х (и2 — 1) а2, (101)
откуда
_ о____________
ai ~ (VI — V2) дП1 ’
а2 = -----(Ю2)
(Vi —v2)6n2’
где Vj и v2 — коэффициенты дисперсии;
а1 и а2 — углы клиньев, имеющие разные знаки, т. е. клинья обращены преломляющими ребрами в противоположные
стороны.
Формулы (101) и (102) являются приближенными. Если угол отклонения луча довольно велик (более 2—3°), следует пользоваться более строгой теорией ахроматизации призменных систем [108].
При прохождении лучей через клин происходит трансформирование пучка. Коэффициент анаморфозы или трансформирования [5, 6] ka = Hl' / = — (рис. 72). т
ГАБАРИТНЫЙ РАСЧЕТ ЗРИТЕЛЬНОЙ ТРУБЫ
Требуется рассчитать систему со следующими характеристиками: Г = 6х, tg 2^! = 6°, длина системы L— 750—780 мм, диаметр выходного зрачка D' = 4 мм и t3p не менее 15 мм, входной зрачок всей системы совпадает с оправой объектива (рис. 73). Применяем двухлинзовую симметричную оборачивающую систему Г = —1 и f3 = f'4. С целью наилучшего исправления астигматизма в ней, примем d3 & 0,8/3. Главные лучи делят в точке Р' расстояние d3 пополам и вследствие симметричности хода между компонентами автоматически исправляются кома, дисторсия и хроматизм увеличения. Для сопряжения точек Р и Р' применяется коллектив в плоскости изображения, даваемого объективом. Чтобы выполнить условие t3p>? 15 мм, примем f’0K = 25alw (окуляр типа Кельнера).
По формуле (55) диаметр входного зрачка (объектива) Dex 5Р = = °'вых. зр. Г = 4 Х 6 = 24-
Фокусное расстояние объектива = f'0K Г = 25 X 6= 150. Полагая L = 750 мм, определим f' половины оборачивающей системы:
f3 =	= 200.
Рис. 73. Габаритная схема зрительной трубы с ходом лучей
Точка Р' есть изображение точки Р", полученное через первый компонент оборачивающей системы. По формуле (3) расстояние точки Р* относительно первого компонента

80-200 _
200 — 80
133,3.
Фокусное расстояние коллектива
г _	4~а _ 150-333,33 _
г™л “	(d2 + а) 150 + 333,33	’
Итак, имеем
ф1 = фоб = 156 = 0-°°667'	= 150;
ф2 = Фкол — |Q2 45 — 0,00967, d2 — /з — 200;
фз = ф4 = оИл = 0,005,	d3 = 160;
ZUv
ф5 = фо« = i = °-04-	= d2 + f0K = 225‘
Для определения габаритов системы применяются формулы (35) и (36).
Расчет крайнего луча	= 12;	— 0^1
а2 = 04 + к1Ф1 = 0,00667-12 = 0,08;
Л2 = /ц — a2dY = 12 — 0,08-150 = 0;
а3 = а2 -|- А2Ф2 = 0,08;
/г3 == h2 — a3d2 = -0,08-200 = —16;
а4 = аз + ^2ф2 = 0.08 — 16-0,005 = 0;
Л4 = h3 — a4d3 = —16;
aj«a4+ ^4ф4 = —16-0,005 = —0,08; h5 =	—16 4* 0,08-225 = 2;
a8 = «5 + Л5Ф5 = —0,08 + 2-0,04 = 0.
Расчет главного луча (tg tCj = tg = —0,0522,	= yr = 0):
02 = 0i + 1/1Ф1 = -0,0522;
У2 = У1 — Mi = 0,0522-150 = 7,83;
0з = 02 + 1/2Ф2 = —0,0522 + 7,83-0,009667 = 0,02349;
y3 = y2 — 03d2 = 7,83 — 0,02349-200 = 3,13;
04 = 03 4 //зфз = 0,02349 + 3,13-0,005 = 0,03914;
</4 = Уз — 04^з= 3,13 — 0,03914-160 =- —3,13;
05 = 04 + У4Ф4 = 0,03914 — 3,13-0,005 = 0,02349;
y5 = У1 — 05^4 = —3,13 — 0,02349-225 = —8,415;
y~ = r/4 — 05 (d4 — f0Kj = —7,83 (фокальная плоскость окуляра);
0e = 0б + г/6Фб = 0,02349 — 8,415-0,04 = —0,313;
/ _ Уъ_ зр “ 0в
—8,415
—0,313
= 26,88.
Результаты расчетов высот лучей даны в табл. 15.
Если принять 2/i3 = 2/i4 = 32 мм, то виньетирование наклонных пучков составит
0 =
Dex. ЗР — (™1 — ^2)
Вех. зр
.100 = 17%.
Во многих системах с целью уменьшения ее габаритов или улучше ния качества изображения имеет место одностороннее виньетирование наклонных пучков. В этом случае за главный луч принимают средний луч наклонного пучка, проходящего через оптическую систему
7 Заказ 1902
15. Высоты лучей на главных плоскостях системы
Компоненты системы	Крайний луч Ch = 0; ht = 12,0	Главный луч Pi (^1) = = -0,0522	Наклонные лучи Pi =	= = = -0,0522	
			т = = 4-12,0	т = = —12,0
Объектив (Ф^)	12,0	0	12,0	—12,0
Коллектив (Ф2)	0	7,83	7,83	7,83
Первый компонент оборачивающей системы (Ф3)	—16,0	3,13	—12,97	19,03
Второй компонент оборачивающей системы (Ф4)	—16,0	—3,126	—19,21	12,79
Окуляр (Фб)	2,0	-8,414	* —6,39	—10,39
(см. рис. 41, гл. I). Вследствие дисторсии окуляра и аберраций в зрачках системы главный луч наклонного пучка в большинстве случаев пересекает оптическую ось ближе к окуляру, чем параксиальное изображение входного зрачка системы.
В качестве объектива трубы и линз оборачивающей системы применим двухсклеенные линзы, так как их относительное отверстие составляет приближенно 1 : 6. Исправление в этих компонентах сферической аберрации, хроматизма положения и комы можно выполнить по методу, предложенному Г. Г. Слюсаревым [86]. Важно заметить, что, когда плоскость входного зрачка совпадает с оправой объектива (хх = 0), астигматизм последнего исправлению не поддается [см. формулы (726)]. В этом случае согласно формулам (70) и (726)
Ч = — -у- f’o6 tg “»1 (1 + л) = — 0,85f'6 tg = —0,34;
хт = --J- f'oe tg О'? (3 + л) = - 1,85^ tg и? = - 0,74,
где л = 0,7;
xs - х'т = °-4-
Коллектив, расположенный в плоскости изображения, вносит лишь кривизну поля и дисторсию.
Кривизну изображения, даваемую совместно объективом, коллективом и оборачивающей системой в фокальной плоскости окуляра (рис. 74), можно определить суммой их сил У — или приближенно (и = 1,5).
= о,67 2 ф = 0,0176.
Стрелка Пецваля [формула (85)]
л ' _ /'2 _	г2, V ф _	п
ДХР ~ 2RP ~	2 2j п “	'
На рис. 74 обозначено: Р'В' — главный луч; В' — точка схождения меридиональных или сагиттальных лучей; FOkB' — идеальное изображение (неискривленное) в фокальной плоскости окуляра; F0KB' — искривленное изображение; Rp — радиус кривизны поверхности изобра-
Z'2
жения; х =--------стрелка Пецваля при величине изображения Г.
Кривизна меридионального и сагиттального изображений —— и —-связана с суммой Пецваля следующими соотношениями:
J____1	2 = 2 V —
< #т Я'Р~ п
(ЮЗ)
Согласно рис. 112 отрезок после окуляра в диоптрийной мере составит
7	1000 ЮООх 1000Z'2	1000 ,2
L = -7- =-----— = -------л- = гр'w
х f 2R f	'
I ок ^^р'ок
Пользуясь выражением (103) как общей формулой, можно написать
«7-	.7	1000 ,г/3	1
= 2LP = — lOOOtt»'3	.
(Ю5)
Выбрав тип окуляра, исходя из его фокусного расстояния и поля зрения, уже заранее можно предусмотреть наилучшее возможное исправление астигматизма и кривизны поля всей системы.
Для зрительных труб аберрации, выраженные в угловой мере, рекомендуется удерживать в пределах одной-двух угловых минут за окуляром в соответствии с предельным углом разрешающей способности глаза наблюдателя.
Рис. 75. Аберрации телескопической системы 2о> = 8° 30', /Зр «
= 15,3 мм, Г = 6х
Точка на оси
Л1	В угловой мере				В диоптрийной мере			
	D	С	F	F —С	D	с 1	1 F	F -С
0 		0		0	0	0	-0,17	0,04	0,21
17 /т	—1' 01"	0' 02"	—Г 02"	—1' 04"	0,14	0,0	0,15	0,15
17,0	-2' 47"	-Г 23"	—2' 23"	—Г 00"	0,28	0,14	0,24	0,10
Точка вне оси
Э	РЭ	о'	* СО			£0	ч о 1 ч к. о	Ls cos о"	о СЛ О	о <л О 1 со	о <Л О
2° 05'	0	12° 16' 31"	15,26	—0,80	-0,65	2,27	3' 41"	—0,78	—0,64	-0,15	-0,71
4° 15.'	0	25° 43' 12"	15,00	—3,45	-1,63	9,05	4' 29"	—3,11	-1,47	—1,64	-2,29
и?! = 2° 05'
"Ь 1	о'	тх = ±17,0
17,0 |	12° 08' 47"	Л = 0' 51"
9,0 |	12° 13' 10"	D = —8' 35"
0 1	12° 16' 31"	mi = 4-9,0
-9,0 |	12° 20' 32"	k = 0' 20"
—17,0 |	12° 17' 22"	D = — 7' 22"
Wi = 4° 15'		
/Hi	a'	mx = ±9,0 k = —3' 41" D = —12' 02"
9,0	25° 33 ' 30"	
0	25° 43' 12"	
—9,0	25° 45' 32"	
102иг
10ги}
15
М 8
№ 25' -20'
-10
10
i-5
5
-10
-0,5 0 0,5£$1ф0 OjTj -i 0 ^хгт
102wl UDf-10°(M) 102w' wr20°(M)
8,9 9 9,11!	18# 18,61*
102w’ Wr-20°(S\ и 0,1 0 0,1 Ss
-10
-20
<Ш?Л9,н
П 7-4? /747-ъверкн -30
-30-
огпан №>Шт
чс'l-й no-
-90
поверхн.
Прямая aa! соответствует плоскости установки, смещенной относительно гауссовой на-0,18 мм
Св. 0
Г1 » 17,10
Г 2 = оо
г, = -33,57
dt = 2,85
d2 = 4,05
r4 = 14,56
di = 0,9
r6 = 245,5 'i
r, = 15,17 / | r7 = -23,53 /
d4 = 5,05
db 0,8
dt = 5,1
TK16
ЛФ5
ОФ1
TK16
fx = 51,39, SF= -40,21.
Spf = 42,76
Рис. 76. Конструктивные элементы и фического объектива f'o6 = 51,4 мм, (см. сводку аберраций на стр. 198)
остаточные аберрации фотогра-у = 1 : 3.5, 2w = 45°
Сводка аберрации
Точка на оси
D					sc	se	SG' “SC
h	102ы'	s'	6s'	n			
0	0	42,76	—	—	0,10	-0,27	-0,37
7’3/v	10,10	42,53	-0,23	0,064	—0,15	—0,44	—0,29
7,3	14,24	42,78	0,02	0,04	0,09	—0,08	-0,17
В сагиттальном сечении
m1 = 0,	= —10°		
M i	—1026'	6G'
7	13,50	—0,01
5	9,67	—0,03
0	0	0
-5	-9,67	0,03
-7	-13,5	0,01
mt—0, wl = —(2Q°		
	-1026'	6G'
1	12,89	0,037
5	9,28	-0,024
0	0	0
—5	-9,28	0,024
-7	-12,89	—0,037
меридиональном сечении
В
=—10°		
	102tt>'	Г
7	- 4,53	9,054
5	— 8,27	9,055
0	—17,70	9,059
—5	—27,31	9,064
—7	—31,09	8,967
Wi = —20°		
	102^'	Г
5	—26,14	18,46
3	—29,78	18,53
0	-35,11	18,56
3	—40,44	18,55
—5	—43,92	18,46
Wi = —23°		
	102ay'	r
5	—31,16	21,32
3	—34,90	21,47
0	—40,2	21,57
—3	—45,3	21,58
Точка вне оси
	*гл	* гл	*s	xm	X — s m	V	{-z0	ZG'~ZC
— 10°	12,15	-7,88	—0,13	0,02	—0,15	9,06	—0,016	0,010
—20°	12,86	-7,95	—0,26	—0,3	0,04	18,56	—0,147	0,014
—23°	13,27	—8,15	—0,16	-0,93	0,77	21,57	—0,230	0,022
Вторичный спектр допускается до 3—4 мин при диаметре зрачка глаза 2 мм. Наиболее надежным способом оценки допустимых аберраций в объективах микроскопа служит критерий Рэлея, согласно которому волновая аберрация в плоскости наилучшей установки не должна превышать одной четверти длины волны света.
В фотографических объективах аберрации оцениваются кружками рассеяния в плоскости изображения. Как правило, расчет оптической системы заканчивается выпуском графиков остаточных аберраций.
На рис. 75 и 76 приведены в качестве примера такие графики для зрительной трубы и фотографического объектива.
УСЛОВИЯ НЕРАССТРАИВАЕМОСТИ ОПТИЧЕСКОГО ПРИБОРА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ТЕМПЕРАТУРЫ
В оптических приборах, работающих при различных температурах, имеет место расфокусировка оптической системы. Температурное смещение плоскости изображения относительно фиксированной плоскости приемника (в телескопических системах — фокальная плоскость окуляра, в фотографических	ч
системах — светочувствительный слой и т. д.) вызывается двумя причинами, наличием термооптической аберрации положения изображения As^ и термическим изменением линейных размеров механического устройства, связывающего оптическую систему с плоскостью приемника. Для устранения эффекта температурного смещения плоскости изображения относительно плоскости приемника должно быть выполнено условие (рис. 77) [17] Ag = bs'k — \а = 0, (106)
Рис. 77. Эффект температурного смещения плоскостей изображения:
А — положение плоскости приемника при начальной температуре прибора 20°, находящейся на расстоянии ОА = «2о° от последней поверхности оптической системы; О’ А’ =	— положе-
ние изображения при температуре t
где Ag — температурное смещение плоскости изображения относительно фиксированной плоскости приемника, вызванное термооптической аберрацией (As^ — s't — s^o) положения изображения оптической системы и термическим изменением Аа размеров механического устройства, связывающего оптическую систему с фиксирующей плоскостью приемника.
Из формулы (106) следует, что As^ = Аа. Если термическое изменение линейных размеров механического устройства, связывающего оптическую систему с приемником, компенсирует изменение расстояния от последней поверхности оптической системы до плоскости приемника, то, очевидно, Afl = 0 и, следовательно, As^ = 0. Это и есть условие не-расстраиваемости оптического прибора в отношении температурной дефокусировки изображения относительно плоскости приемника.
Пример, Определить \sk — величину смещения задней фокальной плоскости объектива визира (рис. 41, гл. I) при изменении температуры от /х = 20 до /2 = —70е5 С.
Предварительные замечания. С изменением температуры происходят изменения: показателей преломления стекол, радиусов кривизны поверхностей линз, толщин линз и воздушного промежутка между линзами из-за теплового расширения материала промежуточного кольца (рис. 41, гл. I). Показатель преломления стекла при температуре t° вычисляется по формуле
nt = п20 + Р* (f —20), где п2о — показатель преломления стекла при t — 20° С (приводится в ГОСТе 3514—57 или ведомственной нормали);
Р* — коэффициент, характеризующий приращение показателя преломления для той длины волны, для которой исправлены монохроматические аберрации объектива.
Радиус кривизны поверхности при температуре Г вычисляется по формуле о = г0 (1 + а*0 или rt = f20 (1 Н* Д/а*)> где а* — температурный коэффициент линейного расширения стекол (см. ГОСТ 3514—57); г0 и г20 — радиусы кривизны соответственно при / — 0° и /20 = 20° С; t- /20.
Для поверхности склейки двух стекол а* принимается равным среднему арифметическому величин коэффициентов расширения этих стекол. Изменение величины воздушного промежутка можно вычислить по приближенной формуле
[(d — ех + е2) у* —	+ £2°4]
где ех и е2 — величины «стрелок», отсчитываемых от вершин преломляющих поверхностей с учетом их знака (см. правила знаков стр. 98);
7*—22 -10"6 — коэффициент линейного расширения дюралюминия, из которого изготовлено промежуточное кольцо длиной L = d —	е2.
Конструктивные элементы г, d, п объектива из трех линз даны в табл. 16. В этой таблице а* и PD даны для марок стекол К8 и ТФ1 (см. ГОСТ 3514—57), применяемых в объективе.
16. Конструктивные элементы объектива и значения а* и Р^
Радиусы поверхностей	Толщины и воздушные промежутки по оптической оси	Марка стекла	nD	Св. 0	7 о * а	'е
гг= 117,49	di=5,2	К8	1,5163		72	2,8
г2=—100,93	d2—3	ТФ1	1,6475		83	3,4
г3= —200				36		
г4= 128,23	d3 возд~ 1	—	—		—	—
/5=250	d4=4	К8	1,5163		72	2,8
Решение. Вычисляем nt, rt, dt при t2 = —70° С, если = 20° С.
Д/ _	- —90° С.
Для марки стекла К8
ni = я20 + ₽D (*2 — 20) = 1.5163 + 2,8 -10~6 (—90) = 1,51605;
для марки стекла ТФ1
=«2о + ₽о (<2-20) = 1,6475+ 3-4.10”6 (—90) = 1,64729;
ra =rj(l +ajA/) = 117,49 [1 + 72-10-7 (—90)] = 117,41;
/ a? + at \
r/2 = r2 1 H----i-g—- At = — 100,93 [1 + 78- IO'7 (—90)] =
= —100,86;
r(3 = r3 (1 + <x’A/) = —200 [1 + 83 • 10~7 (—90)] = —199,85; rj4 = r4 (1 +ajA() = 128,23 [1 + 72-10-7 (—90)] = 128,15; rt. = r5 (1 + a] A/) = 250 [1 + 72-10~7 (—90)] = 249,84;
dti = di О -1-°4д0	5,196;
di2 = d2 0 + а2Д0 = 2.998;
df4 = d4 (1 + a] A/) = 3,997.
Изменение воздушного промежутка при t2 = —70° (приближенно)
^Звоэд = [(d3 - el + ei) Y* - ^ai + e2d2*] dt = — 0,0076,
Св. 02	362
где<?1~ 8r3 " -8-200
— 0,81, e2 = ^-^" = 1,26. 8r4
Тогда J/з =	4- ^dze03d 0,9924.
Конструктивные элементы объектива
г1 -- 117,41
г2 = — 100,86
г3 = — 199,85
г4 = 128,15
г = 249,84
= 5,196 d2 = 2,998
= °’992
d. =3,997
Вершинное фокусное расстояние sP'
при t = —70° С следующие.
K8	nD	= 1,51605
ТФ1	nD	= 1,64729
K8	nD	= 1,51605
= 114,689	мм. Первоначаль-
об
ное значение было sF' = 114,699 мм. Следовательно, изменение &sk = об
= — 0,01 мм.
В табл. 17 показано распределение стекол различных марок в зависимости от теплового расширения.
При средних радиусах кривизны склеиваемых поверхностей пара линз со слоем бальзамина будет морозостойкой, если их Да составит не
17. Распределение стекол в зависимости от коэффициента теплового расширения 1
а-10“7 для интервала температур от -60° до +20° С	Марки стекол	Число стекол
До 40	ЛК5; ЛК7	2
41—50	ЛК4; ОФЗ	2
51—60	К2; БК8; БКН; ТК1; ТКЗ; ТК4; ТК12; ТФ5; БФ28; ОФ1	10
61—70	КД; К5; К14; К18; К20; БК9; БКЮ; БК13; ТК2; ТК7; ТК8; ТК13; ТК14; ТК16; ТК20; КФ1; КФ4; КФ6; БФ1; БФ7; БФ11; БФ13; БФ23; БФ25; БФ26; ЛФ5	26
71	БК12; ТК9; БФ4; БФ19; ЛФ7; ЛФ11; Ф1; Ф6; Ф7; Ф13	10
72—80	ЛК6; КЗ; К8; К19; БК4; БК6; ТК21; КФ8; БФ6; БФ8; БФ16; БФ18; БФ21; БФ24; БФ27; ЛФ1; ЛФ10; Ф2; Ф4; ТФ2; ТФЗ; ТФ4; ТФ5; ТФ8; ОФ2	25
81—90	ЛКЗ; К15; КФЗ; БФ12; ТФ1; ТФ10	6
91—100	Ф8; ТФ7	2
Св. 100	Нет	|	
1 По данным Л. В. Сергеева.		
более 25-10"7. Когда Да превышает эту величину, то может возникнуть расклейка деталей при температурных перепадах до ±60° С.
Детали, склеенные бальзамином, 'становятся неморозостойкими, если Да>> 29* 10"7.
Литература: [2, 5, 6, 7, 16—20, 22, 28, 29, 52, 56 — 59, 61, 65, 66» 72, 75, 76, 78 — 81, 85 — 89, 93, 97 — 99, 101, 103, 106, 108—110, 116].
ГЛАВА III
ГЛАЗ КАК ОПТИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ
ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СВОЙСТВА ГЛАЗА
Схематический горизонтальный разрез глаза дан на рис. 1: Р — роговица; Л — хрусталик; ЦУ — центральное углубление; СП — слепое
Кольцевая мышца
Склера
Рис. 1. Схематический горизонтальный разрез глаза
пятно; КВ — камерная влага; СТ — стекловидное тело; О — центр вращения глаза; У—ЦУ — линия наилучшего видения — зрительная ось; УОК — оптическая ось.
Строение и свойства сетчатки
Сетчатая оболочка (или сетчатка), выстилающая дно глаза, состоит из нервных волокон, заканчивающихся так называемыми палочками и колбочками, являющимися светочувствительными элементами глаза. Палочки более чувствительны к освещенности, но не различают цветов; колбочки чувствительны к цветам, но менее чувствительны к освещенности. В месте сетчатки, находящемся против зрачка, имеется так называемое центральное углубление, размер которого соответствует пространственному углу обзора около 1°, в котором расположены одни колбочки. Вокруг него находится овальный участок с угловым размером примерно 6—7°, называемый желтым пятном, в котором имеются также палочки но в значительно меньшем количестве, чем колбочки.
Желтое пятно, и в особенности центральное углубление, являются областями наиболее острого зрения.
Поле зрения одного глаза: вниз 70°, вверх 55°, к носу 60° и к виску 90° (125° по вертикали и 150° по горизонту). Поле зрения обоих глаз около 180°. Поворот глаз в сторону ±45—50°.
Поле зрения одного глаза условно можно разделить на три зоны:
1)	зона наиболее четкого видения — центральная с полем зрения около 2°;
2)	зона ясного видения, в пределах которой (при неподвижном глазе) возможно опознавание предметов без различения мелких деталей с полем зрения около 30° по горизонту и около 22° по вертикали;
3)	зона периферического зрения, в пределах которой предметы не опознаются, но она имеет важное значение для ориентации.
Некоторые усредненные характеристики глаза (по Гульстранду) даны в табл. 1.
1. Некоторые усредненные характеристики глаза
Элементы глаза	При покое аккомодации	При максимальном напряжении аккомодации
	в мм	
Положение передней главной точки »	входного зрачка	1	1,35 |	3,05	1,72 2,69
При м-е ч а н и е. Все расстояния даны от передней вершины роговицы в мм.		
Аккомодация глаза
Аккомодация — способность глаза изменять кривизну поверхностей хрусталика, что дает возможность видеть отчетливо различно удаленные предметы. Точка предмета, изображение которой получается на сетчатке
при покое аккомодации, называется дальней точкой глаза Д; точка, изображение которой получается при максимальном напряжении аккомодации, называется ближней точкой Б (рис. 2). Расстояние между дальней и ближней точками называется объемом аккомодации. Видеть резко предметы, расположенные ближе, чем ближняя точка, нельзя без коррекции зрения (без очков). С возрастом ближняя точка отодвигается от глаза, так как способность аккомодации, а отсюда и объем аккомодации постепенно уменьшаются. В возрасте около 30 лет ближнее расстояние аБ около 125 мм. Если это расстояние становится более 250 мм, наступает дальнозоркость.
Глубина резкого видения
Глубина резкого видения без аккомодации зависит от диаметра зрачка глаза, который меняется в зависимости от освещенности.
Диаметр зрачка	Глубина резкого
в мм	видения в м
4	От	оо	до	32
3	»	оо	»	24
2	»	оо	»	16
Недостатки зрения
Нормальным (эмметропическим) называется зрение, если отрезок ад равен оо при полностью ослабленном мускуле хрусталика. Такой глаз видит резко без напряжения аккомодации отдельные предметы.
При близорукости (миопии) дальняя точка расположена на конечном расстоянии, которое тем меньше, чем больше близорукость.
Дальнозоркость характеризуется тем, что дальняя точка находится за глазом (отрезок аП положительный). Величина аметропии А — —, ад выраженная в диоптриях, характеризует степень близорукости или даль-
нозоркости. При близорукости А отрицательна.
В приборах для коррекции близорукости и дальнозоркости применяется подвижка окуляров. В приборах, не имеющих диоптрийной подвижки окуляров, следует их установку делать в пределах —0,5—1 дптр.
Наличие аберраций в глазу вызывает явления иррадиации, при котором размеры светлых фигур, отверстий или источников света на темном фоне кажутся больше, чем такие же размеры темных фигур. Например, белые штрихи на черных шкалах кажутся бблыпими, чем черные штрихи на белом фоне.
Влияние на остроту зрения условий освещенности
Адаптация — способность глаза приспосабливаться к очень сильным разностям в освещенности [например, отношение яркостей предметов, видимых днем при солнечном освещении, и предметов, видимых ночью (слабые звезды), достигает 1012 : 1].
Адаптация осуществляется путем изменения размера зрачка глаза, диаметр которого изменяется от 2 до ~8 мм (площадь зрачка меняется в 16 раз), и за счет восстановления или разложения зрительного пурпура и перемещения зерен черного пигмента. При слабых яркостях работают только палочки, поэтому значительно падают острота зрения и цветочувствительность.
Интенсивное освещение тормозит деятельность палочек, и зрение осуществляется главным образом при помощи колбочек. Максимальная чувствительность палочек приходится на длину световых волн порядка 510 нм, а колбочек — на длину 550 нм. Это сказывается в том, что синеватые цвета начинают казаться при слабой освещенности более светлыми по сравнению с желтыми и красными, в то время как при сильном освещении они были одинаковыми по яркости (явление Пуркинье).
При различных освещенностях чувствительность сетчатки изменяется примерно в 10 000 раз. Процесс адаптации требует времени (при резких изменениях освещенности до 1 ч).
При точных измерениях необходимо обеспечить наиболее благоприятную освещенность и не допускать ее колебаний. Наиболее благоприятной освещенностью признан интервал между 50 и 250 лк.
Когда наблюдение ведется одним глазом, на остроту зрения влияют световые раздражения второго глаза. Так, например, при наблюдении темных объектов на светлом поле острота зрения выше, если второй глаз также освещен. Обратное действие получается при наблюдении светлых объектов на темном поле.
Световые пороги
Световым порогом W глаза называется наименьшее количество лучистой энергии, вызывающее ощущение света. Световая чувствительность глаза —. Световые пороги выражаются в эрг/сек или освещенностью
на зрачке в лк. Величина светового порога глаза зависит от длины волны
Рис. 3. Чувствительность глаза при дневном и сумеречном зрении
света, величины площади источника света, длительности воздействия излучения на глаз, состояния зрения наблюдателя и некоторых других причин. Световой порог принято определять как наименьшую яркость светового пятна с угловыми размерами 25°, обеспечивающую 75% вероятности обнаружения этого пятна на фоне, яркость которого приближается к нулю.
Величина абсолютного све-
тового порога глаза очень мала и колеблется у разных людей от 1-10"10 до 5-10"12 эрг/сек
(в среднем соответствует освещенности на зрачке порядка 1 • 10" 9 лк). Различная спектральная чувствительность колбочек и палочек является причиной того, что цветные объекты кажутся неодинаковыми по яркости днем и ночью (рис. 3). В темноте сначала световая чувствительность глаза быстро растет, затем этот рост замедляется, приближаясь к некоторому пределу (световому порогу). Для колбочкового зрения чувствительность в условиях темновой адаптации изменяется в 20—40 раз, а самый процесс изменения световой чувствительности длится 5—8 мин. Для палочкового зрения, т. е. при зрении периферией сетчатки, процесс адаптации заканчивается не ранее чем через 60—80 мин, чувствительность меняется в 5-Ю4—10* раз. Для дневного зрения максимум чувствительности находится в области X около 550 нм, а для ночного зрения, т. е. для глаза, полностью адаптированного на темноту, — в области около 512 нм.
Для излучения с длиной волны более 650 нм палочки малочувстви-
тельны. Благодаря этому глаз сохраняет адаптацию на темноту и в случае временного освещения красным светом. Это свойство имеет важное значение при ночных полетах самолетов. Красный свет используется для освещения приборных досок и для сигнальных аэродромных установок. Спектральные границы зрительного ощущения существенно
зависят от плотности энергии воспринимаемого излучения. На рис. 4
показана зависимость чувствительности глаза от плотности энергии для различных длин волн, а на рис. 5 — зависимость относительной пороговой разности яркости Во—Вф от угловой величины рассматриваемого объекта и яркости фона Вф. Общий диапазон яркостей, при которых возможна работа глаза, 10"8—104 нт. Распределение световой
чувствительности глаза в зависимости от длины волны приведено в табл. 2, а также в табл. 10 гл. I.
Рис. 5. Относительная пороговая разность яркости в зависимости от яркости фона
Рис. 4. Зависимость чувствительности глаза от длины волны для различной плотности энергии:
1 — отчетливо воспринимаемое световое раздражение; 2 — слабое световое раздражение
2. Спектральная чувствительность глаза в относительных единицах (относительная видность /г) ___________Сумеречное (палочковое) -зрение___________
X в нм	k	X в нм	k	X в нм	k	X в нм	♦ k
412	0,063	496	0,929	529	0,911	582	0,178
455	0,399	507	0,993	540	0,788	613	0,020
486	0,834	518	0,973	550	0,556	—	—
П р и м е ч а ь		I и е. Дневное (колбочковое) зрение см. табл. 10,					гл. I.
Контрастная чувствительность
Видимость предметов основана на контрасте — яркостном или цветовом. Яркостный контраст определяется величиной контрастности К =
Во-Вф га
—----д-----(В0— яркость объекта, Вф — яркость фона).
Отношение — (АВ — минимальная различаемая глазом раз-Вф
нрсть яркостей объекта и фона) называется порогом контрастности.
Зависимость порога контрастности от яркости фона показана на рис. 6.
С увеличением яркости фона кон-
1од В
Риё. 6. Зависимость порога кон-\В трастнои чувствительности ——
В от яркости фона
трастная чувствительность растет, достигая максимального значения при 130—640 нт, а при еще более высоких яркостях снижается (слепящее действие).
Разрешающая способность
Разрешающей способностью глаза называется способность различать раздельно близко расположенные друг к другу точки, линии или другие фигуры. Принято считать разрешающую способность глаза в среднем равной одной угловой минуте, при этом острота зрения принимается за 1. Если глаз разрешает 30", то острота зрения
равна 2 и т. д. При наблюдении сдвига одной части линии относительно другой разрешающая способность значительно выше (в среднем 10"). Средняя ошибка опытных наблюдателей при этом иногда не превышает 3". Острота зрения при оценке смещения линий — нониальная острота зрения — играет большую роль при измерениях и отсчете по шкалам и нониусам. При передвижении к боковым частям сетчатки острота зрения сильно падает. Если остроту зрения в центре принять за 1, то при смещении на 5° от центра острота зрения падает до 0,3, на расстоянии 10° она падает до 0,2 и т. д.
Разрешающая способность зависит от контраста наблюдаемой кар-
тины и яркости фона. При наблюдении черных точек на белом фоне получена следующая зависимость е от Вф.
Вф в нт	е'
0,025 0,062 0,17 0,62 1,5 4,3
18
43
133 710
4,U
1.4'
1,0' 51
43"
35" 32" 29" 27"
Так как с увеличением яркости фона Вф зрачок глаза уменьшается, то, следовательно, при малых диаметрах зрачка (2—3 мм) разрешающая способность глаза оптимальна. С уменьшением контраста разрешающая способность сильно снижается. Например, при яркости фона около 1 нт при контрасте 0,929 разрешающая способность е = 1,2', при контрасте 0,284 е = 2,2', а при контрасте 0,096 е равна всего лишь 6,3', т. е. разрешающая способность ухудшается почти в 5 раз. Контраст цветных изображений можно повысить применением светофильтров.
Большое влияние на остроту зрения оказывает правильная и стабильная освещенность (рис. 7).
Очень велика чувствительность глаза к малым перемещениям объектов, движущихся достаточно медленно. Установлено, что глаз замечает
3. Среднее приращение разрешаемого глазом угла на Г любой аберрации
Вид аберрации	Среднее приращение в сек
Хроматизм Кома Астигматизм Дефокусировка	3 5 12 12
Рис. 7. Зависимость остроты зрения от яркости фона
перемещение, равное в угловой мере
10*. При непрерывном движении
наименьшая угловая скорость, которую замечает глаз, приблизительно равна 1—2 град/сек.
Рядом исследований были определены влияния аберраций оптической системы на разрешающую способность глаза (табл. 3).
Время возникновения зрительного ощущения
Время, необходимое для возникновения зрительного ощущения, зависит от яркости объекта и длины волны и' в среднем колеблется в пределах 0,1—0,025 сек. Известно, что световое ощущение исчезает не сразу,
1_Серый (рон-чер, Т 200 400 60080 140 120 100
80
60
40
20
1ные объекты 1Q01000 <Pt с В
20 40 60 80 100 <Р, СО белый фон-черные объекты
поэтому быстро движущаяся светящаяся точка видна в виде светящейся линии. Наименьшее число мельканий, при котором глаз перестает их различать, называется критической частотой мельканий. Воспринимаемая
Рис. 8. Зависимость времени различения объекта от освещенности фона:
Г—минимальное время различения объекта в сек
глазом яркость источника света при числе мельканий выше критического меньше, чем истинная яркость его, и подчиняется закону Тальбота
Во Т 9
где Вс — кажущаяся яркость;
Во — истинная яркость;
t — длительность одной вспышки света;
Т — длительность всего периода мелькания.
Время, требуемое для различения объекта, зависит от контраста между объектом и фоном (рис. 8).
Бинокулярное зрение
У подавляющего большинства людей расстояние между центрами глаза находится в пределах 56—72 мм. Эти пределы приняты при конструировании бинокулярных приборов. Однако, если диаметры выходных зрачков прибора более 4—5 мм, можно допустить наименьшее расстояние между окулярами 58 мм, а при больших диаметрах окулярных линз наименьшее расстояние приходится делать не менее 60 мм (т. е. равным диаметру оправы окуляров в ее наиболее толстой части).
Зрительной осью глаза называется линия, проходящая через центр хрусталика и середину центрального углубления на сетчатке.
Угол схождения между зрительными осями глаз называется углом конвергенции. Угол расхождения осей называется углом дивергенции. При наблюдении оси глаз всегда пересекаются на рассматриваемом объекте. Изменение угла конвергенции тесно связано с изменением аккомодации. Изменение угла конвергенции и связанное с этим ощущение напряжения глазных мышц служит для суждения о дальности объектов. Максимальный угол конвергенции ~32°.
Стереоэффект. При наблюдении одним глазом наблюдатель оценивает разноудаленность предметов по их относительной величине, если они ему знакомы, или по изменению видимости (иначе по воздушной перспективе).
Оценка разноудаленности предметов значительно точнее производится при наблюдении двумя глазами. Чем больше угол конвергенции, тем больше аккомодация глаз. Поэтому, если рассматриваемый предмет находится в бесконечности, оси глаз параллельны (<р = 0) и аккомодация равна нулю.
В связи с этим к бинокулярным приборам предъявляются следующие требования:
1) если оси окуляров не параллельны,, то из окуляров должны выходить пучки расходящихся лучей, соответствующие аккомодации глаз при данном угле конвергенции;
2) если оси окуляров параллельны, то из окуляров должны выходить пучки параллельных лучей.
На рис. 9 дана схема наблюдения двумя глазами. Расстояния между изображениями точек Л и Св левом глазу (SA) и в правом (Sn) различны. Если наблюдатель ощущает эту разницу, то он воспринимает и разноудаленность точек А и С и ощущает пространство стереоскопически. Углыал и ас называются углами параллакса. Чем дальше наблюдаемые предметы (А и С), тем меньше угол параллакса. Разность SA — Sn пропорциональна разности углов параллакса.
Тренированный наблюдатель ощущает изменения параллактического угла между осями глаз при наблюдении достаточно контрастных объектов порядка 10" (порог стереоскопического зрения).
Расстояние между глазами b называется базой глаз. При больших расстояниях R
, b л z Ь лп а' = —, Да' = —— Д7?, R ’ а
отсюда Д/?
—— Да' =	10"; так как Да = 10" = 0,00005 рад,
b	b
то Rmax 0,00005 “ 1300
Из приведенных формул следует, что невооруженными глазами стереоэффект будет ощущаться на расстоянии /?тах не более 1300 м (при средней величине b — 65 мм).
Предельное расстояние, на котором еще ощущается стереоэффект,
называется радиусом стереоскопического зрения. При наличии увеличения бинокулярного оптического прибора Г и при расстоянии между оптическими осями объективов в N раз большем, чем расстояние между глазами, радиус стереоскопического зрения возрастает пропорционально этим величинам.
Непараллельность оптических осей бинокулярных приборов сверх допустимого предела (см. гл. XX) вызывает двоение изображения. Разность увеличений или разворот изображений свыше допустимых пределов в обеих половинах прибора также вызывает двоение изображения в приборе.
Цветоощущение
Глаз ощущает излучения с длиной волны примерно 780—380 нм. Согласно
некоторым данным, глаз видит излу- Рис. 9. Различение разноуда-чения с длиной волны до 950 и 320 нм ленности точек Л и С при при значительной мощности излучений. наблюдении двумя глазами: Глаз способен различать свыше 100
цветовых ТОНОВ И оттенков.	АЛ и Сл — изображения точек
Дополнительными цветами называ- я	*
ются такие, которые при смешении дают и в левом глазу’ и сп белый или серый цвет: красный (656 нм) то же в правом глазУ и синевато-зеленый (492 нм)’, оранжевокрасный (608 нм) и голубовато-зеленый (490 нм)’, желтый (585 нм) и синий (485 нм); желто-зеленый (574 нм) и синий (482 нм); зелено-желтЫй (564 нм) и фиолетовый (433 нм).
Если некоторое время пристально смотреть на фигуру, окрашенную в какой-либо насыщенный цвет, а затем перевести взгляд на поверхность белого цвета, то на этой поверхности глаз будет видеть в течение некоторого времени этот же объект, окрашенный в дополнительный цвет.
Небольшой объект белого цвета, помещенный на цветном поле, кажется окрашенным в цвет, дополнительный к цвету поля. Окраска двух смежных объектов, окрашенных в дополнительные цвета, кажется более интенсивной, чем если рассматривать каждый объект отдельно.
Воздействие невидимых излучений
Ультрафиолетовые лучи с X менее 313 нм при значительных дозах вызывают воспаление роговицы и соединительных оболочек глаза и сильные боли, которые начинаются не сразу, а по прошествии нескольких часов после облучения. Ультрафиолетовые лучи с X более 313 нм в значительной степени задерживаются хрусталиком, который при этом начинает сильно флуоресцировать. Короткие инфракрасные лучи с X от 800 до 1350 нм, достигая сетчатки, вызывают ее нагрев, который при недлительном воздействии обычно безвреден. Однако при длительном интенсивном воздействии коротких инфракрасных лучей (например, наблюдение за солнцем незащищенными глазами) может быть сгорание сетчатки в том ее месте, где находилось изображение солнца.
Инфракрасное излучение с X свыше 1350 нм сильно поглощается роговицей и камерной влагой, вызывая нагревание последней. При длительном воздействии нагретой камерной влаги хрусталик глаза мутнеет (образуется катаракта).
Литература: [5, 16, 21, 43, 44, 99, 111 ].
ГЛАВА IV
ОПТИЧЕСКИЕ ДЕТАЛИ И УЗЛЫ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Совокупность оптических деталей, установленных в положении, заданном расчетом и конструкцией, составляет оптическую систему прибора.
Оптические детали разделяются на следующие виды: линзы, зеркала, призмы и клинья, дифракционные решетки, сетки, экраны, светофильтры, защитные стекла, поляризационные призмы, поляфильтры и компенсаторы, светопроводы.
В качестве узлов рассматриваются части, состоящие из деталей, соединяемых склеиванием или устанавливаемых на оптическом контакте, а также объективы, окуляры, сложные (составные) призмы и типовые призменные системы.
ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ЧЕРТЕЖЕЙ, ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ, УЗЛОВ И СХЕМ
Оптические схемы, детали и узлы следует изображать на чертеже по ходу луча, идущего слева направо.
Оформление рабочих чертежей деталей
1.	Радиусы сферических поверхностей деталей должны выбираться по ГОСТу 1807—57.
Асферические поверхности линз и зеркал должны определяться координатами точек поверхности или уравнением кривой, использованной для ее построения (рис. 1).
2.	Толщину по краю линз и неплоских зеркал и габаритную толщину менисков рекомендуется указывать в качестве справочных размеров (рис. 1 и 2).
3.	На чертежах призм, некруглых защитных стекол и зеркал следует кроме линейных и угловых размеров, определяющих их геометрическую форму, указывать номинальные размеры световых зон поверхностей, если для световых зон предъявляются более высокие требования в отношении класса (группы) дефектов, чем для краевой зоны.
4.	Световые зоны следует ограничивать тонкой штрих-пунктирной линией (рис. 4).
5.	Для деталей с наибольшим размером до 150 мм и весом не более 3 кг из бесцветного оптического стекла по ГОСТу 3514—57 в таблице «Требования к материалу» следует указывать (сверху вниз): категорию и класс по показателю преломления; категорию и класс по средней дисперсии; категорию по оптической однородности; категорию по двойному
V 14 остальное
	*nD	| ЗВ
	д (nF-HC)	| ЗВ
2 Ч 5 я Я S	Однородность	1 3
2 О. ° СР	Двойное лучепре-	1 3
° н \О ccj	ломление	1 3
<Р s О. 21	Светопоглощение	1 2
Н Я	Бессвильность	| 2В
Пузырность | 1
Г
SF
SF’
Св. 0 1
Св. 0 2
47,9 —42,7
48,7±0,5
26,1
28,1
Примечания:
1,	Д2р = ±0,5%.
2.	Диаметр кружка рассеяния не более 0,2 мм.
3.	Просветление 44Р X 43Р; 560 ± 50 нм.
4.	Нерабочие поверхности и фаски окрасить эмалью по нормали.
7,8 (мр). Zftcnp}*
Парабола
-у2^6,56х
X
\wa

X

Стекло БК10 ГОСТ 3514-57
Рис. 1. Чертеж параболической линзы:
1,2 — обозначения поверхностей
V 6 остальное
	ДПд	1 -
	д (nF-nc)	1 -
s CCJ Е ®	Однородность	1 -
0 °-О О	Двойное луче-	1 3
5? £	преломление	1 3
<р — о. 2	Светопоглощение	1 -
Н а	Бессвильность	1 -
	Пузырность	| 8Г
*2 Я	N	1 2
к а		1
Я <р я ч СП CQ		| 0,2
И О \о о	Р	1 VI
		
f- s	дя	1 В
	Г	| 207
	I	Св. 0	|150/70
Примечания:
1.	и ДМ для участка 0 60.
2.	Разность толщин по краю до 0,1 мм.
3.	Вне светового 0 допускается кант без покрытия и точки от контактов.
4.	зеркальн. 1И. 21Е.
5.	Нерабочие поверхности и фаски красить эмалью «	» по ТУ. . .
ГОСТ 3514-57
Рис. 2. Чертеж зеркальной линзы
лучепреломлению; категорию по светопоглощен ию; категорию и класс бессвильности; категорию и класс пузырности.
6. Для деталей размером более 150 мм и весом более 3 кг из бесцветного оптического стекла требования к материалу следует указывать
в соответствии с действующими техническими условиями на это стекло.
7.	Для деталей из цветного оптического стекла по ГОСТу 9411—60 в таблице следует указывать: категорию по спектральной характеристике; категорию по двойному лучепреломлению; категорию по бессвильности; категорию по пузырности.
8.	Для деталей из других оптических материалов (кварцевое стекло, естественные и искусственные кристаллы и др.) таблица «Требования к материалу» заполняется в соответствии с действующими техническими условиями на эти материалы.
9.	Требования к изготовлению деталей следует помещать в таблице, располагаемой непосредственно под таблицей «Требования к материалу» (рис. 1) или на ее месте.
В таблице «Требования к изготовлению» следует указывать допуски на элементы N и A2V. Предельные отклонения W и &N следует относить: для круглых деталей — к их диаметру; для некруглых дета-* лей — к наименьшему размеру; для деталей
Требования к материалу	&nD	| ЗВ	
	*(nF~nc) | ЗВ	
	Однородность	11
	Двойное лучепреломление	2
	Светопоглощение	2
	Бессвильность |	1 2Б
	Пузырность |	4В
Требования к изготовлению	1	। 2
	дл^	0,3
	Л'2	0,5
	ДУ2	0,2
	л	3-
	645°	| 3'	
	р 1	V
	« 1	25"
^min	5 м	
Св. 0	14	
	5	
Примечания: 1.	Фаски на ребрах 0,3“Н)’3, Кроме мест, указанных особо. 2.	0 Просветление 24И; X 590 ± 50 нм. 3.	Нерабочие поверхности и фаски окрасить эмалью «	» по ТУ. . .		
Рис. 3. Чертеж призмы с крышей
больших размеров, проверка которых производится по участкам, — к диаметру проверяемого участка.
Диаметр участка надо указывать в примечаниях. Далее в таблице» приводятся следующие допуски: с; Р; 0; л; б; е (при необходимости); /min (при необходимости); Д/?.
Объяснение приведенных обозначений см. на стр. 15.
Примечания:
1. При назначении неодинаковы-х допусков М, ДМ или Р для разных поверхностей одной детали или разных зон одной и той же поверхности, а также при назначении неодинакового допуска с обозначения этих допусков следует указывать с цифровыми индексами, каждое в отдельной строке (рис 1 и 3).
Эти же индексы следует ставить у соответствующих поверхностей или у их зон на изображении.
2. Для деталей, не подлежащих контролю пробными стеклами, отклонения N и ДМ не указываются.
10.	На чертежах деталей под таблицей «Требования к изготовлению» следует указывать световой диаметр (Св. 0), а для сферических деталей, костальное
1. Фаски на ребрах 0, з + °’^ X 45°; фаски на углах 1+°’4Х45°
2.0— просветл. 44Р.43Р; X — 520 + 550 ммк
3. Нерабочие поверхности и фаски окрасить эмалью «	» по ТУ
кроме того, значения f и отрезков и sF,. Один из отрезков рекомендуется указывать с предельными отклонениями.
11.	На чертежах призм под таблицей «Требования к изготовлению» следует указывать геометрическую длину хода луча в призме (Z) и световой диаметр (Св. 0) по наибольшему сечению пучка, а также предел разрешения (при необходимости).
12.	На чертежах деталей, подлежащих просветлению, серебрению, алюминированию и другим покрытиям, в технических требованиях нужно указывать условное обозначение покрытия и условный графический знак его. Тот же знак должен быть указан на изображении у поверхности, подлежащей покрытию (рис. 1, 2, 3).
Кроме условного обозначения покрытий в технических требованиях следует указывать и другие характеристики.
Для светоделительных покрытий одну из следующих характеристик: а) отношение коэффициента отражения q к коэффиценту пропускания т (с допуском);
6)	коэффициент отражения q (с допуском);
в)	коэффициент пропускания т (с допуском).
Для просветляющих, светоделительных и отражающих покрытий^: а) среднюю рабочую длину волны света (с допуском), для которой рассчитано покрытие, если она отличается от средней длины волны для

OgOp jTdOl
Рис. 5. Чертеж сетки
1. Обозначение шероховатости поверхностей (применительно к ГОСТу 2789—59)
Наименование	Обозначение
Поверхности деталей из листового, трубчатого стекла без последующей обработки Матовые поверхности деталей после обработки абразивными порошками зернистостью от М28 до М20 или после обработки алмазными фрезами зернистостью от № А8 до № А5 Матовые поверхности деталей после обработки абразивными микропорошками зернистостью от М20 до М10 или после обработки алмазными фрезами зернистостью № А5 и А4 Матовые поверхности деталей после обработки абразивными микропорошками зернистостью от М10 до М5 Полированные поверхности деталей с допускаемыми незначительными следами недополировки после обработки полировочными порошками на сукне или на смоле Полированные поверхности деталей без следов недополировки после обработки полировочными порошками на смоле или на сукне	V6 V7 V8 V13 V14
белого света (540 нм), или участок спектра, для которого покрытие предназначено.
Для покрытий-фильтров:
а)	для нейтральных (серых) — оптическую плотность (с допуском);
б)	для интерференционных —длину волны Zniax> отвечающую середине полосы пропускания, коэффициент пропускания ттах для этой длины волны и полуширину полосы пропускания 6Х, определяемую как разность длин волн, соответствующих ттах.
Если покрытие наносится только на часть поверхности детали, то зона покрытия обводится штрих-пунктирной утолщенной линией с указанием размеров. Обозначение шероховатости поверхностей производится в соответствии с табл. 1.
Пример оформления чертежа сетки показан на рис. 5.
Оформление рабочих чертежей узлов
1. Покрытия следует указывать в том случае, если они наносятся на готовом узле. Указания о покрытии даются согласно п. 12.
2. В технических требованиях или в спецификации на чертеже узла должны быть указаны наименование и марка клеящего вещества и номер стандарта, нормали или ТУ (рис. 6), а в необходимых случаях и толщина склеивающего слоя. В таблице «Требования к изготовлению» указываются: С, f', SF, s’F; N, kN, P, /min, e указываются при необходимости.
Требования к изготовлению	iV	|	2
	A.V	| 0,5
	С	| 0,02
	Pi	| v
	Р,	| V
	&R	| -
Г	—120,6±1,2
SF	114,6
SF'	115,8
Св. 0,	28
Св. 02	28
1. Склеить бальзамином.
2. 0 — просветл. 44Р.43Р; А = 520±50 нм.
Рис. 6. Чертеж склеенной линзы
Оформление оптических схем
1.	На оптических схемах детали и узлы, как правило, следует располагать по ходу светового луча, идущего от плоскости предметов слева направо (рис. 7).
2.	Для сложных приборов оптическую схему основной части прибора и оптические схемы узлов прибора, имеющих самостоятельное назначение, допускается оформлять отдельными чертежами.
На основной схеме такие узлы допускается обводить штрих-пунктирной линией.
3.	Все детали, поворачивающиеся или перемещающиеся вдоль или перпендикулярно оптической оси системы, следует показывать в основном рабочем положении. При необходимости штрих-пунктиром могут быть показаны и другие положения деталей, например крайние; следует также показывать:
а)	апертурные диафрагмы и положения зрачков (схематически);
б)	положение фокальных плоскостей, плоскостей изображения или предмета, положение диафрагмы поля зрения;
Фокусное расстояние ................................ 50,5
Относительное отверстие.............................1	: 3,5
Предел разрешения ................................... 20"
Размер кадра........................................18X24
—S м	S мм
со	40,8
20	40,9
10 1	41,0
7 1	41,1
5	41,3
Расчет оптики № от
№ поз. деталей	Св. 0 !	Стрелки по Св. 0 t	Св. 02	Стрелки по Св. 02	Тодщина по оси
1	15,5	1,56	14			3,6
2	12,2	1,02	12	1,51	1,0*
3	12	—	12	1,26	1,2
4	12	1,26	12	1,17	4,0
Рис. 7. Чертеж схемы оптики фотообъектива
в)	источники света (схематически);
г)	приемники лучистой энергии (схематически или условными графическими обозначениями), например фотоэлементы, фотоумножители (в схемах с фогорегистрацией).
4.	На чертеже оптической схемы следует указывать:
а)	основные оптические характеристики системы (при необходимости с допусками), например:
для телескопических систем — увеличение, поле зрения, диаметр выходного зрачка, удаление выходного зрачка от последней поверхности, предел разрешения;
для фотографических объективов — фокусное расстояние, относительное отверстие, поле зрения или размер кадра, предел разрешения (при необходимости);
для фотоэлектрических систем — размеры фотокатодов, размеры светового пятна на фотокатодах;
б)	фокусные расстояния f и расстояния sF и отдельных узлов оптической системы, как, например, объективов, оборачивающих систем и окуляров; эти данные следует помещать на поле чертежа в виде таблицы.
Номера позиций деталей узла	Наименование узла схемы
	
в)	различные дополнительные сведения, например: расстояния от последней поверхности фотографического объектива до плоскости изображения в зависимости от расстояний до «предмета (рис. 7); линейное перемещение окуляра на 1 дптр.
5.	На оптической схеме следует проставлять:
а)	размеры световых диаметров оптических деталей и соответствующих им стрелок, а также толщину по оси (для призм — длину ра'звертки). Эти данные следует помещать на поле чертежа в виде таблицы.
Номера позиций деталей	Св. 0 j	Стрелка по СВ. 0t	Св. 0 2	Стрелка по Св. 0 2	Толщина по оси, длина развертки призм
					
				1	1
Примечание. На оптической схеме с большим количеством деталей допускается проставлять световые диаметры и толщины по оси на самой схеме.					
б)	диаметры диафрагмы и размеры зрачков, размеры тела накала или иных светящихся элементов источников освещения;
в)	воздушные промежутки и другие размеры по оси (при необходимости с допусками);
г)	размеры, определяющие пределы перемещения или предельные углы поворота оптических деталей;
д)	размеры, определяющие положение оптической системы относительно механических частей прибора, например размер, определяющий положение объектива микроскопа относительно нижнего среза тубуса;
е)	необходимые габаритные или сборочные размеры, например длина базы, высота выноса.
ЛИНЗЫ
Линзами называются детали из оптически прозрачных однородных материалов, ограниченные двумя преломляющими поверхностями, из которых по крайней мере одна является поверхностью тела вращения (сфера, асферическая или цилиндрическая поверхность). Классификация линз приведена в табл. 2.
2. Определение некоторых типов линз и линзовых систем
Тип линзы (системы)	Определение и назначение
Мениск Линза афокальная Линза бифокальная Линза зеркальная Коллектив, коллектив-сетка Конденсор, коллектор Система панкратиче-ская Системы перемены увеличений Объектив Окуляр	Радиусы кривизны одинаковы по знаку Оптическая сила линзы близка к нулю Одна часть поверхности имеет один радиус кривизны, а другая — другой радиус кривизны Одна поверхность работает как отражающее зеркало, а другая—как преломляющая поверхность Линза, расположенная в фокальных плоскостях или вблизи от них и предназначенная для отклонения к оси пучков лучей с целью уменьшения габаритов оптической системы. На одной из поверхностей могут быть деления (сетка) Положительная линза или система линз, служащая для отклонения к оси пучков лучей, идущих от источника света Система линз для получения плавного изменения увеличения Система линз для получения ряда дискретных значений увеличения, прибора Линза, система линз или система линз и зеркал, служащие для получения действительного изображения предмета или проекции его Линза или система линз, служащие для рассматривания изображения
Конструкция линз
Конструктивные элементы линз разделяются на две группы.
Первая группа — элементы, которые характеризуют оптическое действие линзы и определяются при расчете оптической системы: константы оптического стекла и технические требования к нему, радиусы кривизны (форма) поверхностей, толщина (по оси), световые диаметры, вид просветления или защиты поверхностей и допуски на качество поверхности, чистоту и центрировку. Расчетные радиусы кривизны должны быть округлены до ближайших значений по ГОСТу 1807—57.
При расчете не должны допускаться слишком тонкие линзы, так как при полировании они прогибаются, что делает невозможным получение точных поверхностей и центрировку (мал припуск на центрировку и трудно разместить фаски).
Рекомендуются следующие соотношения между толщиной по оси d, толщиной по краю t и диаметром линзы D:
1) для положительных линз: 4d~t~ 10/^0, толщина по краю t должна быть не меньше 0,057);
2) для отрицательных линз: 12d+ 3/, толщина по оси должна быть не меньше 0.05D.
Вторая группа — элементы, зависящие от способа крепления линз. К этой группе относятся диаметры линз D, а также размеры и расположение фасок (табл. 3—5).
3. Фаски для крепления кольцом и предохранения от выколок
Диаметр детали в мм	Ширина фаски т в мм		Расположение фаски	
	несклеиваемая сторона	склеиваемая сторона		
До 6	0.1+0-1	0.1+0-1		
Св. 6 до 10 » 10 » 18 » 18 » 30 ।	о,1+0'2 0,2+°13 0;з+°.з 1	0.1+0,2		у	\
Св. 30 до 50 » 50 » 80	0,3+°’4 0,4+015	0,2+°>3		
Св. 80 до 120 » 120	0,5+°’6 0,7+°’8			
4. Угол наклона фаски в зависимости от -р-
D R	Угол наклона фаски в град		
	на выпуклой поверхности	на вогнутой поверхности	на плоской поверхности
До 0,4	45	45	
Св. 0,4 до 0,7	40	50	
» 0,7 » 1,0	35	55	
» 1,0 » 1,3	30	60	45
» 1,3 » 1,5	25	65	
» 1,5 » 1,75	—	70	
» 1,75 » 2	—	90	
Примечание. Угол	наклона фаски проверке не подлежит.		
5. Фаски для крепления линз завальцовкой
D в мм	tn в мм	D в мм	т в мм
До 6	0+°.2	Св. 18 до 30	0,5+°’3
Св. 6 до 10	0,з+°’2	» 30 » 50	О,7+0,5
» 10 » 18	О.4+0’2	» 50 » 80	1,о+0,5
Фаски снимаются:
1)	для предохранения линз от выколок при сборке, а также вследствие появления мелких выколок на острых краях в процессе центрировки (защитные фаски);
2)	для крепления линз завальцовкой и обеспечения центрировки;
3)	для удаления излишков стекла.
Фаски для предохранения от выколок снимаются на острых краях всех линз. Ширина фаски берется в зависимости от диаметра линзы. Фаски снимаются с помощью сферических чашек, чтобы угол, образованный хордой фаски и цилиндрическим ободком линзы, примерно равнялся углу между фаской и касательной к сферической поверхности линзы в этом месте.
На выпуклых поверхностях при отношении диаметра детали к радиусу поверхности более 1,5 фаску не снимают. В чертежах указывают ширину фаски т и угол ее наклона или радиус фасетировочной чашки, вычисляемый по формуле
(знак минус берется для вогнутой поверхности), например:
0,з+°’4 X 45° или 0,3+°’4 X 7?ф27.
Фаски третьего типа снимаются главным образом со стороны вогнутой поверхности линз в том случае, когда световые диаметры с одной и другой стороны линзы значительно различаются между собой. Такие фаски снимают либо под углом 45° к ободку линзы, либо применяют двойные фаски — плоскую и под углом 45°.
Склейка линз
Широко применяются ахроматизированные линзы, обычно склеенные из двух (редко трех) линз — положительной и отрицательной. Склеивание линз имеет целью уменьшить потери света на склеиваемых поверхностях и облегчает крепление линз. Основными свойствами клеящих веществ должны быть: хорошая прозрачность и неокрашенность, близость коэффициента преломления к коэффициенту преломления стекла, стойкость к температурным колебаниям, стойкость во времени. Для склейки применяются пихтовый бальзам (ГОСТ 2290—43), синтетический клей — бальзамин, клей ОК-50. Для склейки оптических деталей, работающих в ультрафиолетовом свете, используется клей УФ-235; для
деталей, работающих в инфракрасном свете (X до 1,2 мкм) —акриловый клей, а для поляризационных призм — акриловый клей и льняное масло.
Склейка бальзамом применяется только для деталей, работающих при температуре не свыше 45 и не ниже —40° С. Выбор марки бальзама зависит от интервала температур, в котором работают склеиваемые оптические детали, и разности коэффициента расширения склеиваемых стекол.
Для склейки деталей, работающих в интервале температур +60-F ----60° С, применяются бальзамин и клей ОК-50. Недостатком бальзамина является то, что при полимеризации он в некоторой степени может деформировать склеиваемые детали, что приводит к ухудшению качества изображения. Нередко при склейке появляются устойчивые местные расклейки в виде групп мелких точек. Если эти группы точек не увеличиваются при температурных и механических испытаниях и не влияют на качество оптической системы, то они обычно допускаются. Поэтому бальзамин можно использовать для склейки деталей, не расположенных близко от плоскостей изображения.
Склейка клеем ОК-50 применяется для оптических деталей, работающих при t — —70°, в тропических условиях или соприкасающихся с морской водой, а также для склейки оптических деталей с металлическими.
ЗЕРКАЛА
Применяются плоские, сферические и асферические зеркала с наружным и задним отражающим покрытием (сплошным или частично отражающим и частично пропускающим свет).
Плоские зеркала
Зеркала применяются в тех случаях, когда они дают выигрыш в весе и простоте конструкции по сравнению с призмами.
Плоские зеркала, участвующие в построении изображения в визуальных системах приборов или используемые в точных измерительных приборах (например, интерферометрах), требуют высокой точности изготовления. Как правило, отражающий слой на этих зеркалах наносится на наружной стороне. Это делается для того, чтобы избежать влияния ошибок изготовления зеркала, например клиновидности, на качество оптической системы. Зеркала с задней отражающей поверхностью нельзя устанавливать в сходящихся пучках Плоские зеркала невысокой точности имеют широкое применение в неответственных узлах (осветительные устройства, видоискатели фотокамер, рисовальные устройства микроскопов и т. п.).
Формы зеркал весьма разнообразны. Толщина зеркал зависит от размера, способа крепления и главным образом от требуемой точности поверхностей (табл. 6). Чем точнее зеркало, тем больше должна быть его толщина. Толстые зеркала меньше деформируются при креплении. Зеркала концевых отражателей дальномеров при допуске на подгонку под пробное стекло 0,1—0,3 полосы и при размерах сторон 60—80 мм имеют толщину 10—12 мм.
1 Вызывают двоение изображения, а при наклонном положении также астигматизм и асимметрию в строении пучка.
6. Соотношения размеров и толщин зеркал
Особо точные зеркала (зеркала интерферометров, концевые отражатели дальномеров)	Точные зеркала (зеркала визуальных систем наблюдательных и прицельных приборов)	Грубые зеркала (осветительн ые системы)
5 1	7 1	d5slTl~ То'/	d^15 1~ 25 1
Примечание, d — толщина зеркала; мер (или диаметр) зеркала.		1 — наибольший раз-
Рис. 8. Схема расчета зеркала
Размер I зеркала с задней отражающей поверхностью (рис. 8) определяется по формуле
I — D _i_ _2£sinJ__ - cos г + Kn2 —sin2 i ’ где D — ширина зеркала.
Клиновидность зеркала вызывает двоение изображения и хроматизм.
Расчет допуска на клиновидность (см. гл. IX), типы зеркал и их крепления приведены в гл. V.
Для изготовления точных зеркал, входящих в оптическую систему прибора, применяется стекло марки К8, для концевых отражателей дальномеров — плавленый кварц (нечувствительный к изменениям температуры). Для таких же целей в менее ответственных случаях применяется стекло марок ЛК5 или МКР-1 (пирекс), в неответственных случаях — зеркальное стекло.
Сферические и асферические зеркала
Сфери {еские и асферические зеркала (шраболические, гипер
болические, эллиптические), внеосевые с внешней и с задней отражающими поверхностями применяются для объективов астрономических приборов, объективов микроскопов, телеобъективов фотоаппаратов, для прожекторов и различных осветительных устройств.
ПРИЗМЫ
Призмы применяются для следующих целей: для изменения хода лучей в приборах; изменения направления оптической оси системы; изменения направления линии визирования; оборачивания изображения; уменьшения габаритного хода лучей; разделения пучков лучей; вращения
8 Заказ 1902
изображения или компенсации поворота изображения (например, в па-норамических приборах); разложения света (в спектральных приборах); поляризации света (табл. 7—9).
Большинство перечисленных задач может быть решено с помощью зеркал, однако применение призм упрощает конструкцию и уменьшает габариты приборов.
7. Типы и назначения призм
Тип	Определение и назначение
Призма отражательная Призма разделительная Призма спектральная Призма поляризационная Оборачивающая система призменная Клинья Клин компенсаторный (измерительный)	Отклонение оси оптической системы, оборачивание изображения, изменение направления линии визирования Призма (обычно склеенная), служащая для разделения светового пучка на два или более направлений Преломляющая призма, предназначенная для получения спектров Призма, преобразующая естественный свет в свет линейно-поляризованный Система призм, предназначенная для оборачивания изображения (получения прямого изображения) Преломляющие призмы с малым преломляющим углом Клин или система клиньев для измерения малых углов параллакса
Преимущества призм:
1)	углы между гранями призмы неизменны, в то время как углы между зеркалами должны регулироваться с большой точностью при сборке и система зеркал может разъюстироваться в процессе эксплуатации;
2)	потери света у призм от граней с полным внутренним отражением равны нулю, в то время как при отражении от поверхностей зеркал потери довольно велики. Кроме того, покрытия зеркал могут с течением времени портиться;
3)	некоторые призмы нельзя заменить зеркалами (например, призму Дове или спектральную призму).
Призмы отражательные подразделяются на одинарные (из одного куска) и составные.
Каждая призма обозначается двумя буквами и числом через знак тире. Первая буква указывает число отражающих граней, вторая буква — характер конструкции призмы. Число указывает угол отклонения осевого луча в градусах.
Примечания: 1. Крыша условно считается за одну грань. Обозначается индексом «к» у первой буквы.
2. Если осевой луч отклоняется внутри призмы в двух плоскостях, то цифры условного обозначения указывают углы отклонения в этих плоскостях.
8. Отражательные призмы
Соотношения размеров даны для светового пучка круглого сечения с наибольшим диаметром D. Диаметр действительно пропускаемого светового пучка получается уменьшением расчетного диаметра пучка D на величину, необходимую для закрепления призмы в оправе; / — геометрическая длина хода лучей в призме; ширина всех призм равна D
Схема
Соотношение размеров
Тип. А. Одинарные призмы с одной поверхностью
отражающей
С
с = D X
X 2	~ 1 _
/2п2—1 —1
— 4,230 (для К8) и 4,040 (для БКЮ) h = D; I = D X 2п
X - -	_
1Л2лг2—1 —1 “
= 3,3370 (для К8) и 3,200
(для БКЮ)
о т
<
a = D
h=0,V24D 7 = 2,4140
а = О с = 20 h = 0,8660 7 = 1,7320
Продолжение табл. 8
Соотношение размеров
а = D с — 1.414D 1 = D
a = D с = 1,260£>
/I = 0,8217)
I = l,303L>
Все призмы этого типа оборачивают изображение в главном сечении на 180° (зеркальное изображение)
П родолжение табл. 8
Условное обозначение и характеристика		Схема					Соотношение размеров
АкР—45°	Т и к	1 Ак. Призмы Вид снизу			с крышей $		Q QQ со со оо ТГ	ю <© ю Q —« ci со II II II II С 	
							
		с					
							
АкР—60°							тг	CD Q ? Cj г- cj см II II II II
		Zy° уУ у				1	
		Вид снизу в £					
АкР—80е	с		Вид сниз с				Q Q co co <4 О S 8 Q	~ II II II II a
Продолжение табл. 8
Все призмы дают полное оборачивание изображения
Тип Б. Призмы с двумя отражающими поверхностями
Продолжение табл. 8
Условное обозначение и характеристика			Схема			Соотношение размеров
Б У—40°			т	\ 4/		~	2	-п	„	а II	II	II	II	И Г =>.- г О з	=;	а	а S)	О)	A	W О О О
	сз 2		^^4 у-~ Серебрить ЗидА^			
						
			с			
БУ—45°	а/ <3 ч		>5°	ММ</ ^^*7Серебрить		2 9 Й	1 О оо о Q ~ II II II II ° *
Б У—60°	Сз	—	д°«			П а II II II Сё ° °? ё
						
	Се/		1	Т оеЪрить			
Продолжение табл. 8
Продолжение табл. 8
Продолжение табл. 8
Схема
Соотношение размеров
Призма БР—180° дает зеркальное изображение предмета, призма БС—0° и призмы типа БУ и БП — прямое изображение, призмы типа БМ — полное оборачивание
Тип Бк. Призмы с крышей и одной отражающей поверхностью
а = 2,225D с = 1.414D / = 2,957Э
а = 1.237D с= 1,0827) 1 = 2,111D
Продолжение табл.
Продолжение табл. 8
Схема
Соотношение размеров
a = D
с = 2,3D
Ci =2D l = 4,33D
c = 1,4140
Ci = 1,0820
/ = 2,4140
Продолжение табл. 8
Условное обозначение и характеристика	Схема	Соотношение размеров
Тип Вк. Призмы с крышей и двумя отражающими поверхностями
сс
ВидА

а = D
c = 2D
G =2,618D
т — 0,357 D
с= 1.781D
•t = 1 ,363£) I = 3,04£>
Серебрить
h=0,934D l = 2,W)2D
Призмы ВкЛ—0° и ВкР—45° дают полное оборачивание изображения, а призма ВкР—180° — зеркальное изображение
Продолжение табл. 8
Схема
Соотношение размеров
Составные призмы визуальных приборов
Призма дает зеркальное изображение
8 I из
а = D c = 2D ct = 1,0350 с 2 = 1,1550
d — 0,002 мм h = 1,7320 I = 1,7320 (без клина)
Призма дает прямое изображение
Продолжение табл. 8
Схема
Соотношение размеров
а= D
^Р-У^ /2л* 1—1—1
С1 =0,7070
Z = D —----
/2л2—1—1
Призма устанавливается только в параллельных пучках; дает зеркальное изображение
a — D с = 1,4140 с, = 1,080 с2 = 1,7050 т — 0,390 h = 1,2050 di = 0,05—0,1 мм
1 = 4,Y1D
Призма дает зеркальное изображение, заменяет призму Дове; работает в сходящихся пучках
Продолжение табл. 8
Схема
Соотношение размеров
Призма дает полное оборачивание
а = О с = 2.330 Ci = 1,0350 с2 = 1,1550 tn = 0,330 di = 0,002 мм h = 2,30 / = 2,60 (без клина)
Призма дает зеркальное изображение
Пк—0°
Условное обозначение и характеристика
Продолжение табл.
§
2
I
Рис. 9. Развертка прямоугольной призмы
Призмы с одной отражающей гранью обозначаются буквой А; с двумя отражающими гранями — буквой Б; с тремя отражающими гранями — буквой В; призмы с крышей — Ак, Бк, Вк.
В зависимости от характера конструкции призмы второй буквой обозначается: Р — равнобедренная призма, П — пентапризма, У — полупентапризма, С — ромбическая призма, М — призма дальномерного типа и Л — призма Лемана.
В табл. 8 приведены данные отражательных призм.
Составные призмы
Каждая призма обозначается одной буквой и числом через знак тире. Пример обозначения: призма-куб — К — 0°, башмачная призма с крышей — Бк — 90°. Условные обозначения проставляются на рабочих чертежах вместе с названием призм.
Отражательные призмы развертываются в плоскопараллельную пластинку. Метод раз-
вертки состоит в последовательном построении зеркальных изображений призмы и отраженного луча. Каждое последующее изображение строится путем поворачивания предыдущего изобра-
жения вокруг проекции на чертеж отражающей грани. На рис. 9—II
Рис. 11. Развертка призмы с углом в 60°
Рис. 10. Развертка пентапризмы
даны примеры развертки призм и определения геометрической длины хода осевого луча в призме /.
Расчет размеров и допусков на углы призм
Чаще всего огибающая поверхность пучков лучей, проходящих через призму, является конической поверхностью с круглым основанием. Поэтому для определения размеров призм следует задаться размерами конуса пучка лучей и положением одной из граней призмы.
Рассмотрим случай, когда задана грань, на которой сечение пучка будет меньшим (рис. 12). Для решения задачи вводится эквивалентная развертке призмы воздушная пластинка толщиной I (I — геометрическая длина хода луча в призме берется по типу призмы из табл. 8).
Поперечные размеры эквивалентной пластинки равны размерам призмы. Для определения толщины воздушной призмы надо найти величину D. Зная угол конуса лучей 2а и обозначая — = k, можно опре-
делить величину D из выражения ь
D = 2 (г2 + a tg а) + 2 — tg clD,
откуда
D = 2 (ra + atga) l-2±tga
Решение аналогичной задачи, когда задается положение грани с большим сечением пучка, просто, так как D в этом случае известно и размеры призмы берутся по табл. 8.
Если призма имеет крышу, выходящую полученного размера надо взять размер
Рис. 12. Схема расчета призмы
на одну грань, то вместо
z?i = _r(1 +
К1 + sin2a sin a
где a — угол между ребром крыши и рассматриваемой гранью.
Если крыша выходит на две грани (например, у прямоугольной призмы), то вместо в формуле должно быть D.
Если призма не развертывается в плоскопараллельную пластинку, то она действует как клин с большим преломляющим углом и вызывает хроматизм и искажение изображения. Такие призмы применяются с дополнительным (компенсирующим) клином (например, башмачная призма, Б — 90°), который дополняет основную призму до плоскопараллельной пластинки.
При расчете призм необходимо определять также углы падения лучей на отражающие грани. Если синус этих углов больше — , то в призме будет полное внутреннее отражение. Если угол падения лучей на отражающую грань меньше угла полного внутреннего отражения, то такая грань должна металлизироваться (см. гл. II).
Поле зрения любой призмы ограничено и зависит от ее конфигурации и показателя преломления стекла (табл. 9). Предельный угол а опреде-
1 п ляется из уравнения
Призмы с четным числом отражающих граней и ходом луча в одной плоскости дают прямое изображение. При качании такой призмы в этой плоскости выходящий пучок лучей не отклоняется.
Призмы с нечетным числом отражающих граней и ходом луча в одной плоскости дают зеркальное изображение предмета. При качании их в этой плоскости лучи отклоняются на двойной угол. Если у призмы с нечетным числом отражающих граней одну из них заменить двумя гранями, расположенными под прямым углом (крышей), то такая призма
9. Предельные углы 2а для различных призм из стекла К$ и БКЮ
Тип призмы	2а	
	К8	БКЮ
АР—90°	75°	77°
БР—180°	42°	43°
БП—90°	25°	26°
БР—45°	35°	36°
АР—0°	^18°17'	20°43'
П—0	18°40'	19°20'
будет давать полное оборачивание (на 180°). При этом общий угол отклонения пучка не изменится.
Вследствие допусков изготовления (отклонение в углах и появление пирамидальности) условие развертывания в плоскопараллельную пластинку несколько нарушается и призма фактически действует как клин с очень малым преломляющим углом.
Все размеры призм вычисляются в зависимости от наибольшего диаметра светового пучка D, проходящего через призму, плюс припуск на фаску и крепление.
По характеру отклонения луча призмы делятся на призмы с ходом осевого луча в одной плоскости и призмы с пространственным ходом осевого луча.
Призмы с одной отражающей гранью (тип А)
Призмы этого типа дают зеркальное изображение и при нормальном падении луча на входную грань угол его отклонения равен углу при вершине.
При наличии крыши на отражающей грани изображение получается повернутое вокруг оптической оси на 180°.
Призма Дове АР — 0°. Эта призма носит также название призмы прямого зрения — ее оптическая ось параллельна отражающей грани и угол отклонения равен 0°. Употребляется как компенсационная призма для поворота изображения вокруг оси прибора. Угол поворота изображения в два раза больше угла поворота призмы. Отражающая грань с не серебрится (см. табл. 8). Призма развертывается в плоскопараллельную пластинку, наклоненную к оси под углом 45°, поэтому она ставится только в параллельном ходе лучей. При неправильном изготовлении углов Pi и р2 призма вносит хроматизм.
Величина хроматического рассеяния в угловой мере
п (п- — nJ)
6F, с =------\F с’ (₽1 - ₽2).
cos 45° J^n2 — sin2 45°
ДО-
Если Adf, с ~ допустимая величина хроматического рассеяния после прибора в мин, Г — видимое увеличение системы после призмы, то пуски на разность углов р
* О Айг. с V 2п2 - 1
Др = --------------—---- MUH.
4" («/=-«с) Г
Для Дд/?, с — 0,2' допуск на угол (3 равен: для стекла марки К8
др-4,
для стекла марки БКЮ
др-
Допуск на пирамидальность
где д — допустимое отклонение оптической оси или допустимая погрешность отсчета. Например, для nD = 1,5163, д = Г допуск на 0,22'.
Прямоугольная призма АР — 90°. Отклоняет оптическую ось на 90°; оборачивает изображение только в плоскости главного сечения; развертывается в плоскопараллельную пластинку, расположенную нормально к осевому лучу (рис. 9). Если острые углы 45° не равны, то призма в развертке дает клин с углом, равным разности острых углов. При этом угловой хроматизм
^F, С ~ (nF ~~ П-с) ^45°'
Когда призма работает в параллельном ходе, то допустимое отклонение 645 в углах 45° вычисляется по формуле
ч	k&F. с
± 2(^-«С)Г’
где Г — видимое увеличение системы за призмой;
&&F, с — допустимая хроматическая разность.
Для К8 д45о = для БКЮ V =
Допуск на 45° не следует давать больше 5'. Допуск на угол 90° равен удвоенному допуску на угол 45°.
Пирамидальность в этой призме характеризуется углом между ребром прямого угла и гипотенузной плоскостью. Допуск на пирамидальность
&&F, с
Л - 2 ; ---------------- .
2 (nF — nc) cos 45° Г
Если Ад/?, с = 0,2', то для К8 л = для БКЮ л =
Если призма работает в непараллельном ходе, то она дает хроматизм, величина которого в плоскости изображения равна
с = (/ 4- s) dF с = (/ + s) (rip пс) д45о.
Если допуск на угол 45° = Ад, то разность углов 45° = 2Дд.
Л6 “ 2 (nF — пс) (/ + s) ’
где I — длина хода луча в призме;
s — расстояние от плоскости изображения до ближайшей грани призмы (входной или выходной).
Если призма находится внутри прибора, у которого фокусное расстояние системы, находящейся после призмы и величина допустимого хроматического рассеяния после прибора Адр с, то
Адр J
Л6= 2(nF-nc)(/ + s) ’
где Адр с — в мин.
Допуск на пирамидальность
W, сГ
Л ± 2 (zip — пс) cos 45° (/ + s)
В этих случаях Адр с следует брать равной 0,1 , так как на хроматизм будет влиять также наклон призмы.
В визирной (качающейся) прямоугольной призме, как правило, отражающую грань требуется серебрить. Размеры призмы зависят от диаметра пучка лучей и угла качания. Для получения наименьших размеров призму следует помещать так, чтобы входной зрачок системы находился в середине призмы или как можно ближе к ней.
При больших углах качания, чтобы избежать больших габаритов призмы, которые при этом получаются, применяют призму-куб, состоящую из двух прямоугольных призм, склеенных гипотенузными гранями. Гипотенузные грани должны иметь отражающее покрытие.
Если возможно применение качающейся призмы из стекла с большим nD, то отражающее покрытие может не понадобиться.
При положении призмы-куба, изображенном на рис. 13, а, работает только одна половина призмы; по мере поворачивания ее для визирования в зенит (рис. 13, 6) начинает включаться вторая половина призмы и при визировании в зенит одинаково работают обе половины. Призма-куб дает возможность визировать в пределах угла 210—220°. Недостатки этой призмы заключаются в следующем:
1)	призма может работать только в параллельных пучках лучей; в сходящихся пучках происходит двоение изображения;
2)	трудность изготовления, так как ошибки углов половинок призмы и склейки даже порядка нескольких секунд вызывают двоение изобра-30"
жения. Допустимая угловая величина двоения изображения -у- (Г — увеличение системы, расположенной после призмы);
3)	если входной зрачок расположен перед призмой, то призма вызывает изменения формы выходного зрачка (вместо круглого получается зрачок, показанный на рис. 13, в)\ это ухудшает условия работы с прибором и ведет к снижению разрешающей способности и некоторой потере света.
В прямоугольной призме* с двумя отражающими поверхностями типа БР — 180° ошибка в угле 90°, равная о, вызовет отклонение выходящего пучка на 2дп в главном сечении призмы.
Рис. 13. Призма-куб (К—0°)
Ошибка пирамидальности, равная л, дает отклонение выходящего пучка лучей на 2лп в плоскости, перпендикулярной главному сечению. Одинаковая ошибка в острых углах не вызывает отклонения выходя-щего пучка, но вызывает его смещение на величину —, где I — геометрическая длина хода лучей 'в призме (д — ошибка в острых углах, отличающаяся только знаком).
Призмы с крышей
Отклонение в прямом угле между гранями крыши вызывает расхождение лучей падающего пучка на угол примерно в 6 раз больший, чем ошибка в прямом угле крыши, и соответственное двоение изображения.
Угловая величина двоения
d = 4n0 cos Р, где п — показатель преломления стекла призмы;
Р — угол между перпендикуляром к ребру крыши и оптическойЪсью;
0 — погрешность в угле крыши.
Если призма стоит перед телескопической системой с увеличением Г, то допускаемая погрешность в прямом угле крыши
4пГ cos р ’
где 6' = дГ — допустимая угловая величина двоения после окуляра.
В зависимости от конфигурации отражательные призмы могут удлинять или сокращать габаритную длину хода лучей. Сокращение габаритного хода лучей вызывают призмы с многократным отражением, например, пентапризма БП — 90°, призма Шмидта ВР — 45°, призма БУ — 45 , призма Пехана и некоторые другие.
нить призму зеркалом,
Рис. 14. Схема к расчету пентапризмы
Призма Аббе А — 0° при размерах, указанных в табл. 8, и при nD = 1,5000 не дает смещения изображения при ее включении в ход лучей.
Для определения изменения габаритного хода лучей следует заме-дающим отклонение оптической оси на тот же угол без смещения оси (число отражений г в зеркале в этом случае равно единице, независимо от числа отражений в призме).
Приведем пример сокращения габаритного хода лучей пентапризмой (рис. 14).
На линии EOF устанавливаем зеркало. Часть хода лучей AOD вносит удлинение, а i часть ОВСО = (1 + 1^2) D дает сокращение ' хода. Сдвиг изображения (сокращение габаритного хода)
Arf == п — 2-V^ D п
При nD = 1,5 Ad = —1,25D.
Паразитные отражения в призмах
Призмы или призменные системы должны проверяться на возможность появления вредных (паразитных) отражений, которые могут вызвать появление дополнительных изображений или бликов. Паразитный ход лучей может получаться, например, в прямоугольной визирной призме (рис. 15) при указанном на рисунке положении или в призме-кубе в положении, изображенном на рис. 16.
При повороте прямоугольной равнобедренной призмы АВС, расположенной перед объективом телескопической системы, на угол ср от начального положения (при начальном положении отражающая грань АС расположена под углом 45° к оси объектива) могут возникнуть паразитные изображения. На рис. 15 показан ход пучков лучей, образующих эти добавочные изображения. Основной пучок Ао, падающий на призму под углом 2<р к нулевой оси визирования OOf, испытывает одно отражение от грани А'С'. Пучок преломляется гранью А'В', отражается дважды от граней В'С' и А'С' и дает перевернутое изображение другого объекта в центре поля зрения. .
Третий пучок А 2 падает на призму под углом —ср к оси ОО' и после отражения от грани А'В' дает в центре поля третье изображение, значительно более слабое, чем основное. Пучок А3 падает под углом —180° к оси ОО', преломляется гранью В'С', отражается от граней А'В' и А'С' и проходит в систему параллельно оси объектива. Пучок А4 падает под углом ср, отражается от грани В'С' и также проходит в систему параллельно оси ОО'. Изображения, образуемые пучками и А3, имеют почти такую же яркость, как основное изображение. Изображения, образуемые пучками А 2 и А4, — слабые (в систему попадает только отраженный от преломляющих граней свет). Пучки А3 и А4 могут быть легко перекрыты корпусом прибора или оправой, пучки А1 и А2 можно перекрыть только подвижной шторкой.
Из рисунка видно, что паразитные изображения большой яркости, вносимые прямоугольной качающейся призмой, появляются, если падающие на нее пучки лучей претерпевают различное число отражений.
Рис. 15. Схема прохождения паразитных лучей в качающейся прямоугольной призме
Защитное стекло
Паразитный луо_
Оснойной луч
Подвижная шторка
Паразитный луч
Рис. 16. Схема прохождения паразитных лучей в системе защитное стекло—призма-куб
Призмы
Призма не дает паразитных изображений в центре поля зрения, если ее полный размер не превышает требуемого светового размера и вершина угла В' призмы не заходит в область входного зрачка системы. Паразитных изображений можно избегать, применяя шторки, кинематически связанные с движениями призм.
Призменные системы для раздвижки окуляров по расстоянию (базе) между глазами
Система призм-ромбов. Эта система применяется наиболее часто. Разворотом призм в разные стороны достигается изменение расстояния b между осями пучков, которые при этом не меняют своего направления (рис. 17).
Рис. 17. Схема раздвижки осей по базе глаз с помощью ромбических призм
Рис. 18. Схема раздвижки осей по базе глаз с помощью крышеобразных призм
Система крышеобразных призм. Раздвижка осей достигается перемещением призм в противоположных направлениях. Призмы перемещаются, оставаясь параллельными себе. Изменение расстояния между осями пучков равно удвоенной величине раздвижки (сближения) призм. Размеры призм определяются следующим образом. Если диаметр пучка в наибольшем сечении равен D, то световая ширина призмы равна
, П I	2
k = D + —если передвигаются обе призмы (рис. 18), bl — b2=2(al — а2). Длина хода в призме при этом не изменяется. Для раздвижки о,сей могут применяться различные крышеобразные призмы.
Система раздвижки осей проф. М. М. Русинова (рис. 19). В этой конструкции смещение осей достигается поворотом наклонных плоскопараллельных стеклянных пластинок / в разные стороны (на одинаковые углы). Величина проекции смещения каждой оси на линию А—А1 равна Д6 = (d tg и — d tg и') cos и cos ср, где ср — угол поворота пластинки от положения, когда ось наклона пластинки параллельна плоскости А—
Данную конструкцию можно применять только в приборах, имеющих окуляры с достаточным удалением выходного зрачка (не менее 22—25 мм).
Рис. 19. Схема изменения глазного базиса с помощью наклонных пластинок
Если окуляры в системе с наклонной пластинкой установлены не на 0 дптр, то пластинка внесет астигматизм, который в данном случае (пластинки расположены за окуляром) незначительно повлияет на качество системы.
Рис. 20. Изменение глазного базиса в бинокулярной насадке к микроскопу
На рис. 20 показана схема бинокулярной насадки к микроскопам, в которой изменение расстояния между окулярными тубусами достигается их раздвижкой. Происходящее при этом изменение длины тубуса компенсируется подвижкой окуляров.
Призмы для разделения пучков лучей
Эти призмы должны частично отражать и частично пропускать свет. Некоторые конструкции таких призм даны на рис. 21. Отношение количества отраженного света к количеству пропущенного зависит от коэффициента отражения и пропускания покрытия разделительной грани с.
Рйс. 21. Призмы, разделяющие пучки лучей: а — прямоугольная призма; б — призма перфлектометра
Призмы для соединения полей зрения
Применение прямоугольной призмы для соединения двух полей зрения показано на рис. 22. Катеты призмы имеют наружное отражающее покрытие. При соединении полей зрения требуется, чтобы линия
Плоскость изображения
Линия раздела
с помощью прямоугольной призмы
раздела была как можно тоньше, поэтому на ребре призмы допускается притупление не более 0,02—0,03 мм.
На рис. 23 показана система из двух прямоугольных призм, также предназначенная для соединения двух полей зрения. Эта система дает
возможность перемещать линию раздела путем смещения призм перпендикулярно линии раздела и переходить на одно любое (от левой или
от правой ветви) поле зрения. Недостатком этой системы является видимость плоскости раздела (боковых граней призм) при смещении глаза в поперечном направлении в выходном зрачке. При этом линия раздела становится шире и один ее край виден нерезко. В призме не должно быть пузырей, включений и выколок, фаски у внутренних ребер должны быть тонкими.
Линией раздела может служить граница отражающего покрытия в разделительных призмах, однако ввиду того, что разделительная грань всегда расположена неперпендикулярно к оптической оси, второе поле зрения ограничивается небольшим участком в центре (рис. 24).
Разделительная призма (см. рис. 21, б) обладает особыми свойствами:
благодаря наличию двух крыш, угол
между ребрами которых составляет 90°, Рис- 23. Схема соединения двух зеркально оборачивает изображение, изображений с помощью двух образуемое пучком Г относительно прямоугольных призм изображения, создаваемого пучком Г.
Этот эффект используется в отсчетных и измерительных устройствах для повышения (практически удвоения) точности измерения.
Рис. 24. Призменный мостик для соединения двух изображений: ab — отражающая площадка на призме
клинья
Клинья применяются для получения и измерения малых углов отклонения луча. Измерительные клинья (компенсаторы) бывают двух типов: клин, перемещающийся вдоль оси в сходящемся пучке (рис. 25, а) и применяющийся в дальномерах; пара вращающихся клиньев (рис. 25, б).
Для устранения хроматизма клинья склеиваются из двух простых клиньев (из крона и флинта), ориентированных в разные стороны. Точность угла отклонения достигается разворотом клиньев при склейке.
Два одинаковых клина, поворачивающиеся в разные стороны на одинаковые углы, образуют клин с переменным углом.
Рис. 25. Схема расположения клиньев: а — разрез клиньев вдоль главного сечения; б — вид клиньев по оси
Угол отклонения луча о в зависимости от угла 0 поворота каждого клина от начального положения о = от cos 0, где 0^=01 + о2, ai и о2 — углы отклонения луча каждым клином.
При наличии клиновидности у призмы, стоящей в сходящихся пучках, изображение смещается с оси на величину
А'А = I (а — 1)0,.
где I — расстояние от последней поверхности призмы до изображения; О — угол клиновидности.
Величина смещения визирной линии в угловой мере а (п—1)0/
•об
Допускаемая клиновидность
nF~nc
где д' — угловой допуск на хроматизм.
Фаски на призмах и некруглых пластинках
Если угол наклона особо не оговаривается, то в чертежах следует указывать только ширину фасок, например: «фаски на ребрах О,5^"0,3». Конструктивные фаски снимаются на ребрах и углах призм для обеспе-
чения условий удобного крепления их в оправе или для уменьшения их веса. Расположение конструктивных фасок определяется типом призмы и конструкцией крепления.
Наибольшие размеры фасок ограничиваются размерами призмы, необходимыми для пропускания расчетного светового пучка лучей.
Размеры фасок, указанные в табл. 10, на конструктивные фаски не распространяются.
10. Фаски на ребрах для предохранения деталей от выколок
Длина короткого ребра в мм	Ширина фаски в мм	Расположение фаски
До 6 Св. 6 до 10 > 10,» 18 » 18 » 30 » 30 » 50 » 50 Ф г До 18 Св. 18 до 30 » 30 » 50 » 50	Фаски 0.1+0'2 0,2+°'2 0,з+°’2 0,5+°’3 Oj+o.5 1,0+°’5 1ски на тре j-HM 1,5+0-5 2+°,б 2,5+0-8	на ребрах Фаска снимается перпендикулярно биссектрисе двугранных углов, кроме специальных случаев, оговариваемых в чертеже особо !х г р а н н ы х углах Угол наклона фаски относительно граней или ребер призмы устанавливается в зависимости от типа призмы
Примечания: 1. Уменьшение размеров фасок допускается в тех случаях, когда это вызывается конструктивными особенностями детали: например, когда фаски расположены на ребре крыши и т. д. 2. Ширина фаски определяется по гипотенузе снятого треугольника.		
ДИФРАКЦИОННЫЕ РЕШЕТКИ
В приборах для спектрального анализа и микрофотометрии применяется много видов дифракционных решеток, отличающихся частотой штрихбв, размерами, формой поверхности и классом точности и чистоты изготовления.
Требования, предъявляемые к решеткам, зависят от назначения прибора, условий работы и расположения решетки в оптической системе.
Основные теоретические сведения о дифракционных решетках приведены в гл. I.
По форме поверхности решетки делятся на сферические, вогнутые и плоские. Основным преимуществом вогнутых решеток является то, что они одновременно фокусируют спектр, что значительно упрощает конструкцию приборов. Так как решетки устанавливаются под некоторым углом к оптической оси, вогнутые решетки вносят астигматизм, что ограничивает их применение.
Асферические решетки могли бы дать лучшее качество изображения, однако технология изготовления таких решеток пока не разработана.
Наибольшее распространение имеют отражательные решетки на металлических покрытиях стеклянных заготовок. В рентгеновской и вакуумной ультрафиолетовой областях применяются также отражательные стеклянные решетки. Применение прозрачных стеклянных решеток ограничено областью прозрачности стекол.
Ступенчатые решетки для инфракрасной области называются «эшеллетами».
1.	На поверхности 1 в пределах рабочей зоны на глубине до 1 мм не должно быть пузырей более 0,05 мм, а на глубине до */з толщины не должно быть свилей.
2.	Отклонение поверхности 2 от плоскости допускается в сторону вогнутости не более 0,05 мм.
3.	Толщина слоя алюминия 0,3— 0,35 мкм.
4.	Коэффициент отражения для л . . нм не менее 80%.
5.	Количество штрихов на 1 мм 600.
6.	Рабочий порядок спектра I.
7.	Концентрация света в области . . нм не менее 60%.
8.	Требования к решетке по . . . категории ГОСТа.
9.	Диапазон работы решетки Стекло ЛК-5 ГОСТ 3514-57
Однородность ............ 2
Двойное лучепреломление 1 ........................0,2
АЛ'.....................0,1
Р.......................1-10
Рис. 26. Чертеж дифракционной решетки
Решетки «эшелле» похожи на «эшеллеты», но используются в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях, как правило, в высоких порядках. В этих решетках требуется очень точное выполнение крутых граней ступенчатых штрихов.
Метрологические дифракционные решетки служат для измерения линейных перемещений по методу муаровых полос (см. гл. XIV).
К специальным решеткам относятся решетки для поляризации инфракрасного излучения, инфракрасные фильтры, делители пучков в интерферометрах и др.
На рис. 26 приведен пример конструкции дифракционной решетки.
СЕТКИ
Сетками обычно называются стеклянные плоскопараллельные пластинки с нанесенными на них перекрестиями, шкалами или иными знаками (марками), устанавливаемые в плоскостях изображения оптических систем. Иногда в качестве сеток применяются плосковыпуклые линзы (коллектив-сетка) или другие сферические детали.
По назначению и виду гравировки сетки можно разделить на следующие основные группы:
1) прицельные (визирные) сетки, предназначенные только для наведения прибора на объект (цель);
2) измерительные сетки (шкалы, растры);
3) сетки смешанного вида и с различными специальными марками (сетки стереодальномеров и др.).
Визирные сетки (рис. 27, а, б) обычно имеют перекрестие с разрывом в центре, с угловой величиной разрыва 3—4 тысячных дистанции. Наличие разрыва увеличивает точность наведения, так как штрихи не закрывают цель.
Линейная величина разрыва рассчитывается по формуле l=^L, 1000’
где п — угловая цена разрыва в тысячных дистанциях;
f' — фокусное расстояние объектива или всей системы до сетки. Толщину сетки берут в зависимости от диаметра (табл. 12).
11. Допустимая величина зазора dY (в мм) при р' == 0
ок	В вых. зР			
	2	4 1	6	8
20	0,06	0,03	0,02	—
25	0,09	0,047	0,03	—
30	0,13	0,06	0,045	0,033
40	0,24	0,12	0,08	0,06
50	0,37	0,19	0,12	0,09
Измерительные сетки разных типов даны (на рис. 27, в — 30. Наведение с помощью биссектора точнее, чем наведение с помощью перекрестия. Ошибка наведения по одинарному штриху равна примерно половине толщины штриха; ошибка наведения по биссектору (двойному штриху) равна примерно 1/3 толщины штриха. В случае применения биссектора наибольшая точность обеспечивается при следующих соотношениях размеров между штрихами и толщиной штрихов (рис. 29).
Толщина штриха........................
Ширина промежутка ....................
t =
а — 2
3
— 3s
9 Заказ 1902
Толщина штриха зависит от увеличения окуляра и рассчитывается следующим образом:
^min ~ Цкг‘
Так как предел разрешающей способности глаза е = Г, то, например, при f0K = 25 мм толщина штриха t > 0,007 мм. Для таких окуля-
Рис. 28. Сетка со спиральным биштрихом
Рис. 29. Биссектор
ров большей частью принимают t — 0,008—0,02 мм. Обычно угловой размер штриха 2—4'. Следует иметь в виду, что изготовление штрихов
Рис. 30. Сетка-калибр
тоньше 0,01 мм затруднительно.
В измерительных приборах используются также сетки со спиральным двойным штрихом. С помощью такой сетки можно осуществлять измерения с точностью до 2 мкм. Шаг спирали сетки обычно 0,5 мм, толщина штриха 0,01—0,015 мм, расстояние между штрихами 0,06 мм (рис. 29). Применяются также сетки, на которые наносят два измерительных контура для измеряемой величины, т. е. верхний и нижний пределы отклонений. Если необходимо иметь большое число различных измерительных марок, пользуются так называемыми револьверными сетками. На рис. 30 изображена сетка инструментального ми
кроскопа, на который нанесены профили резьб. Эта сетка закреплена
в револьверном устройстве; поворачивая его, можно вводить в поле
зрения различные участки сетки.
В измерительных приборах иногда применяются двойные сетки, одна из которых — неподвижная со шкалой, вторая —г подвижная с индексом (например, сетка винтового окулярного микрометра, см. рис. 7, гл. XIV). В этом случае между сетками должен быть зазор. Кон-
структивно зазор следует выбирать не менее 0,05 мм, а иногда и 0,1 мм (табл. 11). Наличие зазора вызывает параллакс между шкалой и индексом, который может давать ошибку отсчета (рис. 31). Величина парал-
лакса зависит от величины зазора dlt фокусного расстояния окуляра и диаметра зрачка выхода. Угловая величина параллакса в минутах равна
<р =
________Р«ЫХ. Зр.____
(	f'2
2 \ р' + I 0,00029
Рис. 31. Схема к расчету зазора между сетками
Если принять допустимый угловой параллакс <р = 0,5', то ,	ок
D ^вых. зр.
2-0,00029-0,5 ~ Р'
12. Рекомендуемые диаметры D и толщины d (в мм) сеток
D (Х3)	d	D (Х3)	d	D (Х3)	d
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14	1,5±0,3	21 22 23 24 25 26 28 30	2,5±0,5	45 46 48 50	4±0,5
				52 55 58 60 62 65	5±0,5
		32 34 35 36 40	3±0,5		
15 16 17 18 19 20	2±0,3				
				68 70 72 75 78 80	6±0,5
		42 44	4±0,5		
Примечание. Размеры фасок берутся по таблицам для линз.
Две сетки не видны одновременно, если расстояние между ними / ->
1	1000 ’
В качестве сеток применяются иногда металлические оправы, на которых штрихи выполнены из проволочных, капроновых или кварцевых нитей (см. рис. 27, б). Такие сетки проще в изготовлении, чем стеклянные; кроме того, облегчается сборка, так как отпадает необходимость в чистке сеток и они меньше загрязняются в процессе эксплуатации. Такие сетки можно изготовлять только в том случае, если рисунок сетки простой (линия, перекрестие и т. п.) и если можно допустить соответствующую толщину штрихов (для проволочных нитей из константана минимальная толщина 0,03 мм).
Для более тонких штрихов используются капроновые и кварцевые нити.
Растровые (трансверсальные) сетки
Для точных отсчетов, особенно если они производятся на экране, применяются растровые (трансверсальные) сетки, построенные по принципу поперечного масштаба. Такие сетки имеют наклонные к вертикали линии, состоящие из точек, квадратов или биссекторов (рис. 32).
0.	0,1
10 9 8 \7 659-321 0 II II II Bl II II II П и II п о
II II	II	II	II	II	II	II	II	II	1
и и	ii	и	и	и	и	и	и	и	2
II H	IIII	II	II	II	II	II	II	3
II II	II	II	II	II	II	II	II	II	*
IIII || IIIIIIIIIIIIII IIII Illi IIIIIIIIIIII 6 II II Hill II II II II II 11 7 11 II	II	II	II	II	II	II	II	II 8
II II	II	II	II	II	II	II	II	II 9
II II	II	II	II	II	II	II	II	II wo
Рис. 32. Растровые (трансверсальные) сетки
Сдвиг в горизонтальном направлении каждой точки или биссекторов, лежащих на наклонных линиях, равен расстоянию между наклонными линиями, деленному на число точек (биссекторов) на наклонной линии. С точками или биссекторами совмещают индекс, имеющий вид вертикального штриха.
Растровая сетка устанавливается в плоскости изображения и вместе с индексом проектируется на экран. Лучшим экраном является восковой экран (см. стр. 276), имеющий наиболее тонкую структуру рассеивающей поверхности.
Точность отсчета с помощью растровых шкал может достигать 0,001 мм. Хорошие результаты показало сочетание светло-зеленого фона экрана и прозрачных бесцветных марок растра.
Допуски на изготовление заготовок сеток
Отклонение плоскостей (поверхностей) сеток не оказывает заметного влияния на качество изображения, поэтому допуски на качество поверхности задаются достаточно широкие — до М = 10—15 полос. Клино-видность может допускаться до 10—15'. Чистота поверхностей сеток должна быть очень высокой. Обычно в телескопических приборах в центральной трети поля зрения не допускается никаких дефектов. Количество дефектов в остальной части поля зрения указывается в частных технических условиях на прибор.
Рекомендуется диаметр сетки изготовлять с отклонением Х3. Допускаются отклонения: Х4 — для сеток, имеющих специальное юстировочное устройство, и С3 — для сеток, требующих повышенной точности центрировки.
У сеток с подсветкой обработка заготовок по цилиндрической части должна выполняться V13.
Материал выбирается в зависимости от способа нанесения делений.
Способ нанесения делений	Сорт стекла
Гравировка алмазным резцом . .	Любой
Фотографирование ............ К8
Травление......................БКЮ,	Б Кб, Ф8, БФ24
Требования к стеклу: и nF—пс — 4-я категория; однородность — 5-я категория; двойное лучепреломление и светопоглощение — 3-я категория; бессвильность — 2-я категория, кл. В; пузырность — 1-я категория.
Методы и точность нанесения делений на сетках
Сетки и шкалы на стекле условно можно разделить по точности на три класса;
1)	грубые — при допусках на линейные размеры свыше 0,1 мм и угловые свыше 5';
2)	средние — при допусках на линейные размеры 0,1—0,01 мм и угловые 5—Г;
3)	точные — при допусках на линейные размеры менее 0,01 мм и угловые менее Г.
В зависимости от назначения, конфигурации рисунка, толщины штриха и класса точности выбирается способ изготовления шкалы или
сетки. Существуют три способа нанесения рисунка на сетках и шкалах: механический, фотографический, смешанный.
Механический способ по сравнению с фотографическим более трудоемок и не дает возможности выполнять сложный рисунок сетки (различные кривые, цифры, меняющиеся по толщине линии и т. д.) на пантографе или делительной машине.
Ширина штриха при механическом способе деления связана с его глубиной, поэтому окраска (запуск) штриха при малой толщине штриха^ затруднительна. Ширина штриха и точность при нанесении алмазным резцом — до 0,5 мкм. Видимость штрихов недостаточно хорошая.
Хорошие результаты дает метод гравировки на стекле по защитному слою с последующим травлением или напылением металла в вакуумной установке. При правильном подборе защитного слоя с последующим напылением металла можно получить штрихи шириной до 2 мм. Обычно толщина штриха с запуском краской — до 0,01 мм.
Механический способ не требует защиты сетки от механических повреждений и оправдывает себя при изготовлении простых сеток и шкал. Точность линейных размеров — 0,01—0,02 мм.
Иногда применяется деление сеток по металлизированному стеклу или лаку, но этот способ дает неровный край штриха.
Фотографический способ, требует большей подготовки, но при серийном и массовом производстве более производителен. Он дает возможность получать штрихи шириной 2—3 мкм и выдержать расстояние между ними с точностью 1 мкм. При изготовлении сеток-растров на металлизированном стекле минимальная толщина штриха 8—10 мкм.
Фотослой требует защиты от механических повреждений, поэтому он защищается покровным стеклом. Склейку защитного стекла и сетки производят бальзамом. Метод впекания фотографического изображения исключает защиту фотослоя, но дает более широкий минимальный штрих. Материалом для изготовления сеток методом впекания служит стекло К8.
Фотографированием и последующей специальной химической и термической обработкой можно достаточно прочно зафиксировать рисунок на стекле или протравить его. При травлении получившиеся углубления заполняются достаточно прочно продуктами распада веществ, применяемых при химической обработке. Такие сетки пригодны для ночной подсветки.
Очень трудно, а иногда и невозможно получить изображение шкалы по краю заготовки. Поэтому стеклянная заготовка должна быть больше, чем размеры сетки. При изготовлении шкал и сеток методом впекания размер заготовки превышает размер сетки до 15 мм.
Деталь, которая должна быть меньше по диаметру, может быть обработана до требуемого размера после нанесения рисунка.
В заданиях на вычерчивание сетки при фотографическом способе изготовления должны быть указаны масштаб, в котором необходимо ее вычертить, а иногда и дополнительные расчеты на построение элементов сетки (например, для построения различных кривых). Масштаб выбирается исходя из допусков на элементы сетки и точности ее вычерчивания. При точном вычерчивании ошибки не должны быть более 0,2 мм.
При смешанном способе изготовления одна часть работ выполняется механическим способом, другая — фотографическим.
Допуски на элементы сеток (табл. 13) могут отличаться от указанных выше в зависимости от оборудования и квалификации изготовителей шкал и сеток.
13. Рекомендуемые допуски на деления сеток и ширину штрихов
Характеристика точности сетки	Допуски на расстояния любых штрихов от начального (нулевого) штриха														Допуски на неперпен-дикулярность штрихов перекрестий		Допускаемый эксцентриситет перекрестий относительно центра сетки в мм	
	линейные деления в мм							угловые деления										
	До 0,1	св. 0,1 до 0,5	св. 0,5 ДО 1		св. 1,0 До 2	св. 2		от 10 до 30'	св. 30' До 1°		св. 1 ДО 3°		св. 3°					
Точные сетки Сетки средней точности Грубые сетки	±0,002 ±0,005 ±0,01	±0,005 ±0,012 ±0,03	±0,007 ±0,02 ±0,04		±0,01 ±0,03 ±0,06	±0,016 ±0,04 ±0,09		।	1+ 1+	х х	о со ь- +1 +1	+1		±5' ±12' ±16'		: i+ i+1+ ND — 1°'		5' 10' 15'		0,06 0,10 0,26	
Допуски на ширину штрихов в мм																		
Ширина штриха Допускаемые отклонения	0,002 ±0,001	0,005 ±0,001	0,01 ±0,003		0,015 ±0,003	0,02 ±0,005		0,03 ±0,008		0,04 ±0,01		0,05 ±0,01		0,01 ±0,015				0,15 ±0,03
Ширина штрихов в зависимости от фокусного расстояния окуляра или последующей после сетки системы (минимальная) в мм																		
Фокусное расстояние Ширина штрихов	До 10 0,002	Св. 10 до 20 0,004		Св. 20 до 30 0,006			Св. 30 до 40 0,01		Св. 50 до 70 0,016			Св. 70 до 90 0,02				Св. 90 0,03		
Примечание. Ширина штрихов не должна превышать 1/6 ширины деления шкалы.																		
Сетки	263
В табл. 14 даны размеры цифр и букв для сеток.
14. Высота цифр и букв сеток в мм
Расстояние между делениями сетки		Высота цифр и букв	Допуск
До 0,3		0,2	±0,02
Св. 0,3 до	0,5	0,3	±0,03
» 0,5		0,5	±0,05
Примечания- 1. Ширина линий цифр и букв должна быть равна ширине штрихов, если последняя не менее 0,01 мм. 2. Для сеток с делениями меньше 0,05 мм допускается высота цифр и букв 0,1 мм. 3. Колебание ширины штриха в любой его части не должно превышать половины его ширины.			
Сетки с искусственной подсветкой
Ночью видимыми,
Рис. 33. Схема подсветки сетки
на темном фоне штрихи сеток не видны. Чтобы они стали их подсвечивают. Свет от электролампочки направляют на полированный обод сетки (рис. 33). Благодаря полному внутреннему отражению луча света, падающие на плоскости сетки под малыми углами, не могут выйти наружу, а лучи, падающие на поверхность канавки (штриха), рассеиваются и попадают в глаз наблюдателя. Штрихи должны быть расположены на стороне, противоположной окуляру. Лучше и равномернее отражают свет штрихи, заполненные краской.
Для более равномерной освещенности штрихов сеток следует освещать их примерно под одинаковым углом к штрихам различных направлений. Для увеличения яркости свечения штрихов, удаленных от осветительного окна, полезно покрыть отражающим покрытием остальную часть обода сетки.
Для подсветки сеток иногда применяют светопроводы — полированные прутки из органического стекла или другого прозрачного материала, — изогнутые в требуемом направлении (см. рис. 62). Благодаря полному внутреннему отражению от боковых поверхностей свет проходит по такому изогнутому световому каналу.
СВЕТОФИЛЬТРЫ
Под светофильтром понимается слой (обычно плоскопараллельный) какой-либо среды, обладающей избирательным пропусканием света.
Светофильтры делятся на следующие группы: светофильтры из стекла, окрашенного в массе; желатиновые светофильтры; светофильтры
из окрашенных пластмасс; жидкие светофильтры, газовые, поляризационные и интерференционные.
Светофильтры изменяют как яркостные, так и цветовые соотношения между видимыми объектами и уменьшают хроматическую аберрацию. Используя эти свойства, светофильтрами пользуются для улучшения видимости (главным образом контрастности) при неблагоприятных условиях (дымка, туман, слепящий свет, малая контрастность объектов). Например, желтые и оранжевые светофильтры применяются при наличии воздушной дымки, так как они хорошо поглощают синие и фиолетовые лучи. Поглощение синих лучей в ясный солнечный день приводит к увеличению контрастности между светом и тенью, так как тени всегда дают больше синих лучей, чем участки, освещенные солнцем. При тумане рекомендуется применять оранжевые или красные светофильтры.
Приборы снабжаются большей частью набором сменных светофильтров. В морских визирах или прицелах применяются оранжевый, желтый и нейтральный светофильтры (иногда зеленый).
Зимой при ярком солнечном освещении пользуются нейтральным или синим светофильтром.
Светофильтры для черно-белой фотографии общего назначения применяются с целью правильного воспроизведения на снимках соотношений визуальных яркостей объекта (компенсирующие светофильтры) или изменения их контраста (контрастирующие светофильтры). Чаще всего применяют желтые и оранжевые светофильтры, характеризуемые цветом и кратностью (табл. 15).
15. Характеристики светофильтров для любительской фотоаппаратуры
Марка стекла	Диаметр | Толщина		Марка стекла	Диаметр |	Толщина
	светофильтров			светоф! (в	лльтров мм)
	(в	мм)			
ЖС12	39X4	3±0,2	БС8	39X4	3±0,2
ЖС12	47X4	3±0,2	жзсо	39X4	3±0,2
ЖС17	39X4	3±0,2	СС4	39X4	3±0,2
ЖС17	28X4	2±0,2	НС7-2	39X4	2±0,1
ОС12	28X4	2±0,2	НС8-4	39X4	2±0,1
ОС12	39X4	3±0,2	НС2-4	28X4	2,3±0,1
КС11	39X4	3±0,2	НС7-2	28X4	2,2±0,1
П р и м е ч	а н и е. Знак х 4 означает кратность			светофильтр	>а.
Кратностью светофильтра называется число, которое показывает, во сколько раз надо увеличить экспозицию при съемке с данным светофильтром по сравнению со съемкой без светофильтра.
Точность выполнения плоскостей светофильтров, а также допуск на клиновидность назначаются в соответствии с требованиями к системе. Например, для фотографии плоскости светофильтров должны быть выполнены с точностью до 1—2 полос. Толщина светофильтра для фотографии должна быть не менее V15 диаметра. Расчет светофильтров см. гл. I.
Светофильтры для телескопических приборов
В телескопических приборах рекомендуется применять светофильтры с коэффициентом пропускания приблизительно 50; 10; 1; 0,1 и 0,01%. Светофильтры для ослабления излишней яркости изготовляются из нейтральных стекол (табл. 16 и 17).
16. Марки стекла для нейтральных светофильтров в зависимости от требуемого коэффициента пропускания и заданной толщины стекла
Коэффициент пропускания т в %	Толщина стекла в мм					Назначение светофильтра
	1,8	2,2	3,5	5	8	
50	—	НС7	—	НС6			Наблюдение
10	НС9		НС8		НС7	объектов на фоне, рассеивающем и отражающем солнечный свет
1			нею	НС9			НС8	Наблюдение
0,1	НС11	—	нею	НС9	—	объектов
0,01	—	нсп	—	нею	НС9	вблизи солнца
17. Спектральные характеристики стекла для нейтральных светофильтров
Марка стекла	Средний коэффициент поглощения а для X = = 400 — 700 нм в %	Предельные значения аср для второй категории в %	Наибольшие значения в % для второй категории	
			°ср	^тах
НС6	0,06	0,04—0,08	15	40
НС7	0,12	0,08—0,16	10	25
НС8	0,27	0,21—0,33	10	15
НС9	0,55	0,44—0,66	10	25
нею	0,90	0,72—1,10	10	25
нсп	1,80	1,44—2,16	15	30
Технические требования на светофильтры, устанавливаемые внутри оптической системы, определяются при расчете последней. Технические требования на светофильтры, устанавливаемые за окуляром (ориентировочно):
1)	отклонения от плоскости для светофильтров диаметром до 20 мм N = 10 колец, ДМ = 3 полосы, свыше 20 мм — N = 20 колец, ДМ =* = 3 полосы;
2)	клиновидрость для светофильтров диаметром до 20 мм 0 = 15', свыше 20 мм 0 = 10';
3)	чистота поверхности Р — 4-й класс.
Светофильтры для выделения инфракрасной области спектра применяются двух видов:
а)	абсорбционные (из цветных стекол, германия, кремния и др.);
б)	интерференционные, изготовляемые путем нанесения тонких оптически однородных слоев из диэлектриков или полупроводников на подложку, прозрачную в требуемой спектральной области.
Применяются также светофильтры, состоящие из двух или больше интерференционных или абсорбционных фильтров с разными спектральными кривыми пропускания. Спектральная кривая коэффициента пропускания т составного светофильтра определяется произведением соответствующих ординат кривых коэффициентов пропускания каждой из его составных частей.
Светофильтры для увеличения контрастности изображения должны изготовляться из цветного стекла марки ОС17 (табл. 18). Допускается применение светофильтров из других марок стекла.
18. Спектральные характеристики цветного стекла (ОС17) для изготовления светофильтров, повышающих контрастность наблюдаемого изображения
Марка стекла	в нм	в нм	а не более	Крутизна k в толщине 2 мм
ОС17	540± 10 '	650	0,007	<0,6
Диаметр (с допуском Х4 или Л4) круглых светофильтров должен выбираться из ряда целых чисел, оканчивающихся на 0,2, 5 и 8.
Толщина светофильтров (во избежание излишнего их веса) должна выбираться возможно меньшей, но не менее диаметра. Толщину светофильтров из стекла ОС17 не рекомендуется делать более 2 мм, так как при светофильтрах толще 2 мм резко ухудшается контрастность изображения.
Существенным недостатком абсорбционных фильтров является невозможность выделения с их помощью узких участков спектра с высоким т. Этого недостатка лишены интерференционные светофильтры (см. гл. I).
Стеклянные светофильтры для микроскопии
Синие светофильтры (рис. 34) применяются при микрофотографировании с апохроматическими объектами на репродукционных и диапозитивных пластинках для увеличения контраста бесцветных препаратов.
Светофильтр СС-1 при освещении от лампы накаливания придает препарату окраску, сходную с окраской от дневного света.
Зеленые светофильтры (рис. 35) увеличивают контраст препаратов, имеющих красную окраску, и полезны при работе с апохроматами, у которых недостаточно хорошо исправлен хроматизм для синих лучей. Они
Рис. 34. Спектральные характеристики синих светофильтров
Рис. 35. Спектральные характеристики зеленых светофильтров
Рис. 36. Спектральные характеристики желто-зеленых светофильтров
применяются также с фазово-контрастными устройствами и при фотографировании, так как они задерживают синие лучи, повышая контрастность изображения.
Желто-зеленые (рис. 36) и желтые (рис. 37) светофильтры дают большую контрастность, чем зеленые. Наибольшая контрастность достигается при фотографировании с оранжевыми светофильтрами (рис. 38).
Нейтральные светофильтры (рис. 39) почти равномерно ослабляют свет по всей видимой части спектра; светофильтр БС-8 (рис. 40), почти бесцветный в видимой области, задерживает ультрафиолетовые лучи.
Рис. 37. Спектральные характеристики желтых светофильтров
Т 7,0;
0,5-
ОС-11 (2 мм)'
0С-1?(2мм] 0С~М(2мм)
О L-1-240
800 W00 ' 1500\,нм
Рис. 38. Спектральные характеристики оранжевых светофильтров
Рис. 39. Спектральные характеристики нейтраль-
ных светофильтров
Г W
0,5
°2W
! I .... !___________
800 Ю00 1500 нм
Рис. 40. Спектральная характеристика светофильтра БС-8
Рис. 41. Спектральные характеристики теплозащитных светофильтров
«5
ЮС-2(2,5мм)
ЮС~3(Змм) '
ЗФС-3(5мм) •
°2Ч0
^00	600	800 1000 1500 Х,нм
с
Рис. 42. Спектральные характеристики ультрафиолетовых светофильтров
Рис. 43. Спектральные характеристики фиолетовых светофильтров
Т
Рис. 44. Спектральные характеристики синих светофильтров
Теплозащитные светофильтры СЗС не пропускают инфракрасных лучей (рис. 41). Светофильтры для люминесцентной и ультрафиолетовой микроскопии предназначены для отделения света люминесценции от возбуждающего света.
Светофильтры УФС (рис. 42), ФС (рис. 43) и СС (рис. 44) служат для выделения возбуждающего света из спектра источника в люминес-
Рис. 45. Спектральные характеристики желтых светофильтров
центной микроскопии, а также для выделения узкой области спектра в ультрафиолетовой микроскопии. Светофильтры ЖС (рис. 45) и ЖЗС, пропускающие свет люминесценции и задерживающие возбуждающий свет, помещают между препаратом и окуляром.
Светорассеивающие фильтры
Для светорассеивающих фильтров применяется глушеное или матированное стекло и глушеные пластмассы.
Глушеное стекло. В глушеном стекле свет рассеивается мельчайшими частицами, распределенными в прозрачном стекле. Диаметры глушащих частиц 0,2—20 мкм, причем большинство из них имеет диаметр около 1 мкм. При малых размерах и малой концентрации частиц стекло в отраженном свете имеет голубоватую окраску, а в проходящем — красноватую (опаловое стекло). При больших размерах и высокой их концентрации стекло отражает и пропускает свет неизбирательно и имеет молочно-белую окраску (молочное стекло). Глушение стекла может осуществляться по всей толще стекла или наложением на прозрачное стекло тонкого слоя глушеного стекла (накладное глушеное стекло). Светотехнические свойства глушеного стекла имеют широкие пределы.
Различают следующие виды глушеных стекол: молочное, опаловое и опалиновое. Молочным стеклом считается стекло, через которое не просвечивается нить лампы в 100 вт, расположенной на расстоянии 10 см от стекла. Через опаловое стекло нить таких ламп едва различается, через опалиновое стекло нить лампы хорошо видна. В табл. 19 приведены светотехнические характеристики этих стекол. Индикатрисы рассеяния некоторых сортов глушеных стекол приведены на рис. 46.
На рис. 46 даны кривые пропускания и отражения светового потока в зависимости от толщины стекла.
Наиболее широко применяются детали из молочного (марки МС13) и матированного стекла. Молочное стекло обладает неизбирательным отражением и пропусканием света.
Матированное стекло. Матирование стекла осуществляется механическими и химическими способами. Механический способ матирования
19. Светотехнические характеристики глушеных стекол
Вид стекла	Пропускание X в % не менее	Коэффициент отражения q в % не более	Коэффициент поглощения а в % не более	к. П. д. замкнутого колпака в %
Молочное	0,35	0,50	0,15	0,70
Опаловое	0,55	0,35	0,10	0,75
Опалиновое	0,70	0,25	0,05	0,80
состоит в обработке стекла струей песка. Химическое матирование производится травлением поверхности стекла в парах фтористоводородной кислоты, в ее водных растворах и пастами.
Рис. 46. Индикатрисы рассеяния глушеных стекол (а) и кривые пропускания и отражения глушеного стекла в зависимости от толщины (б):
/, 2—молочное стекло; 3—опаловое стекло; 4, 5—опалиновое стекло
20. Характеристики матированного стекла
Способ матирования	Поверхность матирования	Максимальное пропускание светового потока в %
Химический односто-	Внутренняя	96,0
ронний	Наружная	96,0
Механический односто-	Внутренняя 1	ОК Q7
ронний	Наружная J	ОО—о/
Химический	Обе поверхности	83,0
Механический		28,0
способа матирования стекла
Ориентировочные относительные данные, характеризующие влияние на его оптические характеристики, приведены в табл. 20. Индикатрисы рассеяния показаны на рис. 47.
Рис. 47. Индикатрисы рассеяния матированных стекол
0 10 20 30 W50 60 70 80901001, %
Рис. 48. Индикатрисы рассеяния глушеных органических стекол
Глушеное органическое стекло. Это стекло выпускается с различной степенью глушения от слегка затуманенного до молочного. В табл. 21 даны величины коэффициента пропускания двух типов глушеного органического стекла в зависимости от толщины, а на рис. 48 — индика-
трисы рассеяния этих же стекол.
СВЕТОРАССЕИВАЮЩИЕ ЭКРАНЫ
Применяются два вида проекций на экран: проекция в отраженном свете — используются экраны, диффузно отражающие свет, и проекция в проходящем свете — используются экраны, диффузно пропускающие свет. Общими требованиями к экранам являются обеспечение требуемой
21. Коэффициент пропускания т глушеного органического стекла
Толщина стекла в мм	т в %	
	Тип I |	Тип 11
2	87	60
4	76	46
6	64	37
8	58	31
разрешающей способности, яркости (к. п. д.) и видимости в тех направлениях, в которых производится наблюдение. Необходимо, чтобы экран рассеивал свет в нужном телесном угле. Одной из важнейших характе-
ристик экрана является распределение светового потока в заданном телесном угле. Экраны характеризуются величиной полезного угла рас-сения 2ал и значениями /-щах и rmln. Под величиной 2ал понимают угол, в пределах которого коэффициент яркости г не меньше 0,7—0,5 Гтах-Дополнительной характеристикой, определяющей распределение светового потока, служит усредненный в пределах полезного угла рассеяния коэффициент яркости г. Знания величин 2а и г, а также показателя
равномерности рассеяния р = вполне достаточно для сравнительной f max
оценки экранов по их яркостным характеристикам. Для характеристики киноэкранов наряду со значением г пользуются величиной G, показывающей во сколько раз яркость данного экрана больше яркости диффузного экрана, имеющего такой же общий коэффициент отражения.
Основные типы экранов (табл. 22—26):
1)	диффузно рассеивающие экраны отражающие (полотняные беленые, баритовые, магнезитовые и др.);
22. Характеристики диффузных экранов
Тип экрана	Q	2ап	rmax	rmln	cl * 1 E	r	№ кривой (см. рис. 46,д)
Идеально белый (условно)	1	180°	1	1-	1	1	1
Из углекислого магния [16]	0,89	120°	0,96	0,89	0,92	0,94	2
Баритовый	0,81	120°	0,90	0,82	0,91	0,85	3
Из матированной пластмассы	0,72	120°	0,83	0,68	0,82	0,74	4
Из технической окиси цинка	0,81	120°	0,93	0,84	0,90	0,88	—
Примечание. Спектральное отражение этих мерно одинаково для X от 400 до 700 нм.						экранов при-	
23. Характеристики алюминированных экранов
Тип экрана (см. обозначения на рис. 50)		Q	2ап	rmax	rmin	i с| й ~Z	г
Обычный, (на полотне)	а	0,6—0,7	50° 70°	1,55	1,0 0,8	0,65 0,51	1,2 1,0
	б		50°	2,1	1,1	0,53	1,4
	в		40°	3,0	1,5	0,50	2,1
На алюминиевой основе	г		20°	4,5	2,2	0,49	3,0
24. Характеристики бисерных экранов
Q	2ап	гшах	rmln	~ rmin Р = max	г
0,65—0,75	40°	1,90	0,95	0,50	1,3
0,65-0,75	30°	2,75	1,40	0,51	2,0
0,65—0,75	25°	3,10	1,50	0,48	1,9
.0,65—0,75	15°	5,70	2,90	0,51	4,1
25. Оптические характеристики стеклянных матированных и восковых экранов
Конструкция экрана	д0,5	б1/«	Пр
Стеклянная пластина:			
одна сторона матирована кварцевым песком М20, другая — полированная	3°50'	4°40'	0,96
Стеклянная пластина: одна сторона матирована электрокорундом М28, другая — полированная	6°50'	8°20'	0,92
Слой воска толщиной 0,3 мм между двумя полированными пластинами	12°00'	14°40'	0,87
Слой воска толщиной 0,5 мм между двумя полированными пластинами	29°00'	36°20'	0,68
Примечание,	— к. п. д	представляющий отношение		
светового потока, рассеянного экраном е света, падающему перпендикулярно.	1 передней полусфере, к		: потоку
26. Характеристики растровых экранов
Обозначения (см. рис. 54)	Q	2ап в направлениях		гтах	гтШ	Р=1Ш1П-гтах	г	Тип экрана
		горизонтальном	вертикальном					
а		100°	50°	1,6	0,8	0,50	1,18	Металлизированный никфи
б	0,65	110°	32°	1,56	0,78	0,50	1,2	Из алюминиевых рифленых по вертикали листов
2)	рассеивающие экраны отражающие (алюминированные, бисерные и др.);
3)	направленно-рассеивающие пропускающие экраны (матовые стекла, восковые и др.);
4)	экраны со специальным распределением света (растровые).
Диффузные экраны рассеивают свет во всех направлениях в пределах полусферы. Понятно, что при этом значительная часть светового потока не используется. Лучшее использование светового потока будет в том случае, если этот поток отражается (или пропускается) в огра-
только используемое направ-
ниченном телесном угле, охватывающем
Коэффицивнт яркосггцг
Рис. 49. Яркостные характеристики диффузных экранов:
1 — идеально белого, 2 — из углекислого магния; 3 — из сернокислого бария (баритовый);
4 — из матовой пластмассы
ление. Отсюда ясно, что чем меньше величина фактического угла светорассеяния превышает используемый угол наблюдения, тем эффективнее экран и тем больше видимая яркость изображения при одной и той же яркости экрана. На рис. 49 приведены яркостные характеристики г некоторых диффузных экранов, а в табл. 22 — их обобщенные характеристики светорассеяния.
Алюминированные экраны обычно представляют собой
загрунтованную ткань, покрытую алюминиевым порошком на нитролаке. Коэффициент отражения q= 0,60—0,70. На рис. 50 и в табл. 23 приведены яркостные характеристики алюминированных экранов. Эти экраны имеют очень малую цветовую селективность (рис. 51) и малую деполяризацию падающего света. До величины угла а = 20° они не деполяризуют свет, а при угле 45° деполяризуют 50% света. Бисерные экраны имеют баритовую поверхность, покрытую слоем мелких стеклянных шариков диаметром 0,1—0,5 мм. Чем больше диаметр шариков, тем
более концентрирован отраженный световой поток (г) и тем меньше полезный угол рассеяния (рис. 52, табл. 24).
Направленно-рассеивающие пропускающие экраны обычно применяются в незатемненных помещениях (например, экраны отсчетных устройств приборов), поэтому от них требуется большой коэффициент яркости. В качестве такого рода экранов применяются главным образом восковые экраны и экраны из матированного стекла. Наивысшую разрешающую способность имеют восковые экраны, которые обладают очень тонкой структурой, невидимой для глаза, равномерным распределением светового потока в большом телесном угле,
незначительным направленным пропусканием, и вызывают деполяризацию света. Благодаря этим свойствам, которые значительно превосходят свойства матированных стеклянных экранов, восковые экраны имеют преимущественное применение для проецирования на них точных шкал и производства отсчета в оптических приборах. Восковые экраны представляют собой две полированные с обеих сторон стеклянные пластины, между которыми заключен тонкий и обязательно равномерный
Рис. 50. Яркостные характеристики алюминированных экранов
Рис. 51. Спектральные кривые отражения экранов: /—баритового, 2 — алюминированного
Рис. 53. Оптические характеристики экранов:
1,2 — стеклянных матированных экранов; 3, 4 — восковых экранов
Рис. 52. Яркостные характеристики бисерных экранов
Светорассеивающие экраны
3
слой пчелиного воска с канифолью. Толщина слоя 0,3—0,5 мм (см. табл. 25).
На рис. 53 даны сравнительные кривые яркости стеклянных матированных и восковых экранов. Матированные экраны окончательно обработаны кварцевым песком М20 и электрокорундом М28. Индикатрисы яркости характеризуются углами д0 5 и т. е. угловыми размерами, для которых яркость В0™ составляет 0,5 и 0,37 от максимальной яркости измеренной при угле наблюдения, равном нулю. Значения 5 и д1/е, как видно из рис. 53, у восковых экранов значительно
Рис. 54. Конструкция растрового экрана: а — размеры ячеек экрана; б — схема и ход лучей
1 — основа экрана; 2 — слой пластмассы; 3 — слой пластмассы с алюминиевой пудрой
больше, чем у матированных, что дает более равномерное распределение светового потока в большем телесном угле и создает лучшие условия для наблюдения двумя глазами. Экраны облагают избирательным пропусканием главным образом в сине-зеленой области спектра. Исследования показали, что точность отсчета на восковом экране значительно выше (примерно в 1,5 раза), чем на других экранах.
Если у матированного стеклянного отражающего экрана заднюю полированную поверхность покрыть слоем алюминия (серебра), то в пределах угла наблюдения примерно 20° коэффициент яркости повысится примерно в 2 раза по сравнению с обычным алюминированным экраном.
Диффузные и неравномерно рассеивающие экраны имеют следующие недостатки. Около 60% света у диффузных экранов рассеивается бесполезно, а яркость у неравномерно рассеивающих экранов в различных направлениях меняется в широких пределах. Эти недостатки отсутствуют у растровых экранов, представляющих совокупность малых оптических элементов. Можно рассчитать такой растровый экран, каждый элемент которого обладал бы требуемым распределением света (отраженного или пропускаемого).
Такие экраны изготовляются из одинаковых достаточно простых оптических элементов, допускающих обработку штамповкой или литьем из пластмасс. Растровые отражающие экраны имеют одинаковые отражающие элементы в виде сферических лунок. Вогнутый профиль лунок выгоднее для эксплуатации (сначала могут повреждаться краевые участки элементов, которые мало влияют на свойства экрана). Методика расчета растровых экранов приведена в [34, 35]. Конструкция экрана НИКФИ показана на рис. 54. Кривые на рис. 55 показывают, что растровые
экраны имеют лучшее распределение света, чем алюминированные или бисерные. Растровые светопропускающие экраны представляют собой рифленое стекло или пластмассу типа линз Френеля или набора мелких положительных линз. По литературным данным [13], они имеют /"max = = 3,2 и т = 49% (стекло), ит = 43% (пластмасса).
Рис. 55. Яркостные характеристики растровых экранов: а — НИКФИ; б — из алюминированных рифленых листов
Люминесцирующие экраны
Слой вещества, люминесцирующего под влиянием светового облучения, наносится обычно на стеклянную подложку. Возбуждение экрана
производится со стороны слоя. Свечение, возникающее в люминофоре, отражается и рассеивается как на самом возбужденном кристалле, так и на соседних кристаллах. Так как экран большей частью наблюдается со стороны подложки, слой люминофора должен быть такой толщины и такой зернистости, чтобы обеспе-чйвались наилучшие свечение и разрешающая способность (рис. 56). Предел разрешающей способности ниже у экранов, изготовленных методом осаждения люминофора, чем у экранов, состоящих из однородного люминесцирующего стекла или монокристалла.
ЗАЩИТНЫЕ СТЕКЛА
Защитные стекла предохраняют оптическую систему прибора от попадания пыли, грязи, атмосферной влаги и механических повреждений. Они применяются в том случае, если первой оптической де-
талью прибора является подвижная оптическая деталь (например, качающаяся головная призма, вращающиеся клинья). Если первой оптиче-
Рис. 56. Зависимость разрешающей способности и яркости экрана от толщины слоя:
А —разрешающая способность в мкм; В — яркость экрана в относительных единицах; D — прозрачность в %
ской деталью является линза объектива или неподвижная призма, то защитные стекла обычно не требуются, кроме тех случаев, когда трудно
осуществить достаточно герметичное закрепление призмы или объектива или когда прибор эксплуатируется в воде при значительном повышенном давлении.
При больших гидростатических нагрузках (3—5 ат и более) защитные стекла следует рассчитывать на прочность. Для круглых защитных стекол расчет на прочность ведется по формуле
где г — радиус защитного стекла в см\
d — толщина в см\
р — гидростатическая нагрузка в кГ/см2\
о — напряжение изгиба в стекле.
Защитные стекла без обогрева обычно изготовляются из стекла К8,
а с обогревом — из стекла ЛК-5.
Рис. 57. Сферическое защитное стекло
Защитные стекла для окон подсветки делаются из зеркального стекла. Предел прочности на изгиб для указанных стекол: для зеркального стекла— 225 кПсм\ для стекла К8 — 170 кГ/с.ч*.
При расчете следует брать запас прочности не менее 4—5 крат, так как стекло имеет большой разброс по величине предела прочности, чув-
ствительно к продолжительности нагрузки и низким температурам.
Иногда, главным образом в бинокулярных приборах, круглые за-
щитные стекла оптической системы делают с небольшой клиновидностью,
чтобы путем разворота их производить юстировку прибора (например, параллельности оптических осей).
В некоторых наблюдательных приборах применяются сферические защитные стекла (рис. 57). Это вызвано большими пространственными углами визирования и меньшими габаритами сферических защитных
стекол по сравнению со склеенными плоскими.
Сферические защитные стекла имеют концентрическую форму и являются слабыми отрицательными линзами. По этой причине сферические защитные стекла не могут применяться, если за ними стоит призма-куб х. В этом случае перед качающейся призмой-кубом должна быть установлена компенсационная положительная линза той же оптической силы, что и сферический колпак. Линза должна качаться с визирным лучом, т. е. с вдвое большей угловой скоростью, чем призма-куб.
Требования к качеству и чистоте защитного стекла. Допуски
Защитные стекла, установленные в ходе лучей оптической системы, требуют точного выполнения в отношении качества их преломляющих поверхностей. Для защитных стекол подсветки точность выполнения поверхностей не требуется.
Появится двоение изображения.
Допустимая величина клиновидности 0 определяется из величины допускаемого хроматизма или отклонения луча
с =	~ пс)
где Ад/?, с— допустимая величина хроматизма после системы в угловой мере.
Обычно с = 20", тогда при пр — пс = 0,00806 0~=	.
Отклонение луча вследствие клиновидности вычисляется по формуле
a==(nD-1)0’
Должна быть также задана допустимая косина (децентрировка) сферического защитного стекла.
Защитные стекла, состоящие из двух или более пластин (рис. 58), во избежание двоения изображения должны изготовляться с жестким допуском по клиновидности. Разность в угле клина между обоими стеклами не должна превосходить
Ай 60"
2Г(по-1)’
Герметик „УТ-32"или йутварная пленка
Рис. 58. Плоские склеенные защитные стекла
боды
где Г — увеличение прибора.
Если пластинка стоит перед телескопической системой, то такие дефекты, как царапины, пузыри и т. п., не видны, и их допустимое количество определяется допустимым количеством вредного рассеянного света, который создается этими дефектами, и технологическими и экономическими соображениями.
Защитные стекла в бинокулярном телескопическом приборе
Различная клиновидность или различное ориентирование защитных стекол, имеющих клиновидность, может вызвать двоение изображений. Если защитные стекла имеют клиновидность 0Х и 02 и установлены перед объективами, то наименьшая непараллельность осей получится, когда клинья ориентированы в одном направлении. В этом случае вызванная ими непараллельность осей
б = (п - 1) (01 - 02) г.
Д0 = ---------
(п— 1)Г‘
Если 0, — 02 = ДО, то
Допуск б' имеет раз-
личные предельные значения для непараллельности в вертикальной и горизонтальной плоскостях (см. гл., XX).
В бинокулярных приборах иногда специально применяют клиновидные защитные стекла для юстировки параллельности осей. Отступление пластинки от плоскостности приводит ее к форме линзы. Если расстояние Dq — начало, бесконечности для данного прибора, то допустимо, чтобы защитное стекло имело фокусное расстояние /' не менее £>0.
Если пластинка с обеих сторон имеет примерно одинаковую сферичность разных знаков, то допустимый радиус сферы
r= Dq
Оеых. зр. Г2 tgT
Число допустимых колец
R2
где R — радиус стекла; X — длина волны. При X = 0,0005 мм
R*
м =______________
1,7Рв«х.зрГ2 ‘
Рис. 69. Защитное стекло для подсветки сеток
При диаметре пластинки 2/? =36, DeblX'3P= = 3 и Г = 8х получим N= 1.
Защитные стекла для подсветок
Форма и размеры защитных стекол, закрывающих отверстия в корпусах, через которые производится подсветка сеток или шкал, показаны на рис. 59 и в табл. 27.
27. Размеры защитных стекол в мм
b	•		г		h	1	71	Справочные размеры	
Номинальный размер	Допуск	Номинальный размер	Допуск	Номинальный размер	Отклонение	Номинальный размер	Отклонение	bi	
5 8 8 8 10	С»	10 14 16 18 20	Сб	1,5 2 2 3 3	±0,2	0,6 0,6 0,6 0,6 0,8	±0,2	4,7 7,7 7,7 7,7 9,6	9,4 13,4 15,4 17,4 19,2
Примечания: 1. Материал: зеркальное или цветное стекло. 2. Чистота по VI классу. 3. Допускаются заматированные выколки, закрываемые оправой.									
Защитные стекла с обогревом
Для предохранения от запотевания и образования льда на защитных стеклах применяется обогрев этих стекол. В качестве токопроводящих покрытий используется пленка двухлористого олова так как она
обладает высокой проводимостью и прозрачностью, обеспечивает достаточно равномерный нагрев стекол любых размеров. Расход энергии небольшой (рис. 60). Условное обозначение покрытия 26Г<
В зависимости от условий эксплуатации прибора потребная удельная мощность может колебаться в пределах 0,1—1 emlcM2. Для морских приборов обычно потребляемая удельная мощность 0,5 вт/см2, для авиационных приборов — 0,6—0,9 вт/см2.
Пленка имеет прочную адгезию со стеклом ^200 кГ/см2 и с клеящими веществами ^150 кГ/см2. Твердость покрытия сравнима с твердостью стекла. Показатель преломления пленки 1,98. Светопоглощение
Рис. 60. Зависимость температуры нагрева токонесущей поверхности от мощности в вт при t = 15—20° С
Рис. 61. Пример расположения токопроводов на защитном стекле
в видимой области до 4% при толщине пленки до 0,5 мкм. Коэффициент отражения в видимой области до 18% в зависимости от марки стекла. Просветлением пленки можно снизить коэффициент отражения до 4%.
Коэффициент отражения можно также снизить путем заклейки покрытия покровным стеклом, однако такая конструкция часто дает расклейку и появление трещин в покровном стекле. Пленка прозрачна для К от 400 до 2000 нм, устойчива к воде и влажной атмосфере, действию кислот, щелочей и органических растворителей. Она защищает химически неустойчивые стекла от налетов и пятнания; выдерживает нагрев до 400° С и охлаждение не менее чем до —60° С. Удельная проводимость пленки у от 103 до 5* 103 ом'1 см'1, удельйое поверхностное сопротивление qs при толщине пленки до 0,5 мкм — 500—100 ом!см2.
Для подвода тока на пленку наносят катодным распылением полоски тонкого слоя инвара, затем их лудят и припаивают к ним токоподводы. Таким образом получается достаточно прочное и стойкое соединение. Токоподводящие полоски должны быть расположены так, чтобы обеспечивался равномерный подвод тока к токопроводящей пленке (рис. 61).
Для регулирования обогрева применяются термоэлементы (термисторы), которые вклеиваются в специальные пазы в защитных стеклах и включаются в цепь автоматического регулятора обогрева. Применяются также термореле с биметаллическим контактом, устанавливаемые в непосредственной близости от защитного стекла.
ПЕРЕДАЧА ИЗОБРАЖЕНИЯ ПУЧКОМ СТЕКЛЯННЫХ ВОЛОКОН (СВЕТОПРОВОДЫ) 1
Свет, падающий на торец стеклянного прутка круглого или иного сечения с хорошо полированными боковыми стенками, проходит по прутку, испытывая только потери за счет ослабления в толще стекла. Наклонные лучи претерпевают полное внутреннее отражение от боковых поверхностей без существенных потерь (рис. 62). Такие системы подчиняются законам лучевой оптики при диаметрах прутков прибли-
зительно до 0,5 мкм. При меньших диаметрах наблюдаются потери части световой энергии вследствие дифракционных явлений, вызывающих частичный уход света через боковые поверхности. Частично пропускают свет даже волокна диаметром в 0,1 мкм.
Светопропускание волокна почти не уменьшается при его искривлении, если радиус кривизны больше 20 диаметров волокна. При более крутых изгибах часть света уходит через боковые поверхности.
Стеклянные прутки имеют высокую апертуру благодаря тому, что наклон входящих лучей в результате преломления уменьшается, и ввиду того, что прутки изготовляются из тяжелых флинтов с большим nD — = 1,75—1,82. При неодинаковых диаметрах входного и выходного торцов прутка изменяется наклон выходящего пучка: на меньшем торце наклон лучей больше.
Обычное стеклянное волокно, применяемое в текстильном производстве, дает потери света 1,4% на длине 1 см, а волокно, вытянутое из оптического стекла, — до 0,7% на 1 см. Кроме потерь в массе стекла, происходят потери из-за неровностей боковых поверхностей.
Для создания практически идеальных условий полного внутреннего отражения волокна изготовляются из тяжелых флинтов (nD = 1,82) с тонкой оболочкой из крона (nD = 1,52), как показано на рис. 62 внизу. В этом случае обеспечивается очень хорошее полное внутреннее отражение на поверхности соприкосновения ({клинта и крона. Такая конструкция при условии применения достаточно однородного, весьма чистого
1 По данным В. Б. Вайнберга, В. В. Богатырева и Л. Н. Ивановой.
стекла дала возможность получать светопроводы со светопропусканием 90% на 1 м (ослабление света всего 0,1% на 1 см).
Свет, выходящий из волокна, довольно равномерно заполняет выходной торец и, следовательно, может передать только один элемент изображения. Таким образом, разрешающая способность пучка волокон зависит от диаметра отдельных волокон и расстояния между волокнами. Разрешающая сила пучка волокон, выраженная расстоянием между двумя различными точками или числом различных линий на 1 мм, равняйся в первом случае расстоянию между центрами двух соседних волокон, во втором — равна приблизительно половине числа волокон, которые можно уложить в ряд на 1 мм. Если изображение перемещается, то разрешающая способность оказывается приблизительно в два раза большей. Общее количество элементов изображения, передаваемых через пучок волокон, равно числу волокон.
В жгутах, выпускаемых некоторыми оптическими фирмами, число жил составляетЗб—250 тыс. Имеются жгуты с 1,5 млн. волокон (табл. 28).
28. Оптические характеристики волокна
Тип светопровода	Показатель ослабления 1/JK	Общее светопропускание в % с учетом потерь на торцах на длине			
		3 м	1 м	0,3 м	0,1 м
Волокно из стекла ВНИИ стеклянного волокна	6,0	8-10-15	8-Ю-3	1,3	20
Волокно из стекла состава: 37% SiO2, 57% РЬО, 4% А12О3, 1,5% Н2О, 0,5% As2O3	3,0	8 -15~6	0,08	9,6	40
Волокно из сверхчистого стекла марки Ф2	2,0	8-Ю-3	0,8	20	50
Прутки из стекла марки Ф2	0,176	27	60	80	86
Волокно в оболочке: сердцевина — стекло Ф2; оболочка — молибденовое стекло № 46	0,09	38	60	70	74
Стеклянное волокно, изготовляемое в США	0,045	58	71	77 .	79
Волоконная оптика не имеет аберраций, свойственных обычной оптике, и дает возможность исправлять кривизну поверхности изображения, дисторсию и другие дефекты изображения. Волоконная оптика открывает новые возможности в оптическом приборостроении.
Жгут из регулярно уложенных стеклянных волокон, если они склеены вблизи концов, весьма гибок и передает изображение без искажений при изгибах и скручивании. В то же время можно легко закодировать передаваемую световую информацию, если деформировать
какой-либо средний участок жгута и закрепить в нем волокна, а затем разрезать жгут и передавать изображение на плоскость разреза; тогда передаваемую информацию может расшифровать только владелец второй половины жгута.
Спеченный конец жгута можно оттянуть, в результате чего каждое волокно и весь жгут будут тоньше и изображение на обоих торцах получится разной величины.
Хорошее качество изображения в волоконных оптических системах получить трудно, так как требуется сохранение точного подобия расположения входных и выходных концов волокон в жгуте.
Разрушение волокон диаметром 20—100 мкм наступает при радиусе изгиба 20—140D, а у прутков диаметром 0,7—2 мм — при радиусе изгиба 200—300D.
ОБЪЕКТИВЫ
Основными характеристиками объективов являются:
1)	относительное отверстие (для микрообъективов — апертура);
2)	фокусное расстояние [у микрообъективов, имеющих длину тубуса, не равную бесконечности, — собственное (линейное) увеличение];
3)	поле зрения;
Рис. 63. Кинообъективы и оправы:
1 — объектив со спиральной оправой; 2 — анаморфотная насадка
4)	предел разрешения и качество изображения (исправленность дисторсии и кривизны поля особенно важны для фотообъективов и объективов измерительных приборов).
Типов объективов чрезвычайно много и полностью привести их в справочнике невозможно.
Фртогуафические объективы. Фокусные расстояния f' в мм (по ведомственной нормали): 12,5; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 60; 65; 75; 80; 85; 105; 135; 150; 180; 210; 300; 500; 1000. Фокусные расстояния для основных объективов фотоаппаратов устанавливаются приблизительно равными диагонали поля изображения; угол поля изображения в сред-
нем равен 50°. Отклонения расчетных фокусных расстояний от номинальных не более ± 6%.
Расхождение фактического (измеренного) фокусного расстояния с расчетным не должно превышать ±2% для объективов с фокусным расстоянием до 150 мм и ±3% — для остальных объективов.
Характеристики объективов даны в табл. 29.
29. Фотографические объективы для любительских фотокамер
Объектив	Фокусное расстояние f' в мм	Относительное отверстие п/Г	Поле зрения 2(0 в град	Предел разрешения	
				в центре в штр/мм	на краю поля в штр/мм
«Мир-4»	28	1 : 3,5	76				
«Орион-15»	28	1 : 6,0	76	45	18
Ю-12	35	1 : 2,8	63	34	12
И-60	35	1 : 2,8	50	45	23
Т-32	45	1 : 3,5	52	28	12
Ю-8	50	1 : 2,0	45	32	14
И-50	50	1 : 3,5	48	38	22
Ю-3	52	1 : 1,5	45	30	14
Ю-17	52	1 : 2,0	45	30	14
И-26М	52	1 : 2,8	45	30	14
«Гелиос-44»	58	1 : 2,0	42	35	14
Т-35	75	1 : 4,0	60	24	10
И-29	80	1 : 2,8	56	25	10
И-24	110	1 : 3,5	56	28	12
Ю-11	135	1 : 4,0	20	34	19
«Телемар-22»	200	1 : 4,5	12,5	38	22
«Таир-3»	300	1 : 4,5	8	36	30
ЗМ-ЗО-1	.	300	1 : 3,0	5	40	—
МТО-350	g %	350	1 : 5,6	5	—	—
МТО-500	£ §	500	1 : 8,0	5	35	22
3М-50-1	g £	500	1 : 5,6	3	40	—
МТО-1000-1	1000	1 : 10,0	2,5	35	22
ЗМ-1000-1	со	1000	1 : 6,8	1,5	40	—
«Руссар-29»	70	1 : 6,8	122	31	—
В-1	100	1 : 6,3	86	47	—
«Руссар-33»	100	1 : 7,8	130	29	—
«Орион-1а»	200	1 : 6,3	92	33	—
И-51	210	1 : 4,5	56	25	—
Киносъемочные, кинопроекционные и проекционные объективы. Характеристики киносъемочных объективов приведены в табл. 30, кинопроекционных — в табл. 31—34 и проекционных объективов — в табл. 35.
Объективы для микроскопов (табл. 36—42). В СССР выпускаются объективы, рассчитанные для длины тубуса 160 мм и толщины покровного стекла препарата d — 0,17 мм, а также для длин тубуса «бесконечность» и 190 мм (применяются без покровного стекла).
30. Киносъемочные объективы
Объектив	Фокусное расстояние /' в мм	Относительное отверстие D Г		Поле зрения 2со в град	Предел разрешения в центре в штр/мм	Пленка
ОКС1-Ю-1	10,0	1	2,8	64	—	У
«Нева-1»	12,0	1	1,9	28	—	У
ОКС1-15-1	15,0	1	2,8	45	40	У
ОКС1-16-1	16,0	1	3,0	82	60	н
OKC1-22-IV	22,1	1	2,8	63	45	н
РО-52-1	25,0	1	1,4	28	40	У
ОКС1-25-1	25,2	1	2,5	28	2	У
OKC1-28-IV	28,5	1	2,5	56	60	н
ОКС2-28	28,0	1	4,5	89	60	ш
РО-53-1	35,0	1	2,0	20	40	У
OKC1-35-IV	35,1	1	2,0	46	52	н
ОКС2-40	40,0	1	3,5	69	65	ш
OKC1-40-IV	41,1	1	2,5	40	60	н
«Таир-15»	50,0	1	4,0	14	—	У
О КС 1-50-1	50,3	1	2,0	30	54	н
ОКС1-56	56,0	1	3,0	52	65	ш
OKC1-75-IV	75,0	1	2,0	22	50	н
ОКС1-75-1	75,0	1	2,8	9	—	У
ОКС4-75	75,0	1	2,8	40	—	ш
OKC1-100-IV	100,0	1	2,0	16	52	н
Ж-24	75,2	1	2,0	21	30	н
ОКС1-150-1	150,0	1	2,8	10	50	н
ОКС1-200-1	200,0	1	2,8	8,5	50	н
ОКС1-300-1	300,0	1	3,5	6	30	н
Примечание. В таблице условно обозначены: узкая пленка — У, нормальная — Н, широкоформатная — Ш.						
По степени исправления аберраций и области спектра, в которой они работают, объективы разделяются на следующие:
1)	ахроматические, в которых исправлены сферическая аберрация, кома и хроматическая аберрация положения для двух цветов; кривизна изображения не исправлена;
2)	апохроматические, в которых лучше, чем в ахроматических объективах, исправлены сферическая аберрация и кома и почти полностью устранен вторичный спектр; не исправлена кривизна изображения; хроматическая аберрация увеличения 1—2% и для ее исправления применяются компенсационные окуляры;
10 Заказ 1902
31. Объективы кинопроекционные для проекции 35-, IG-, 8-миллиме гровых кинофильмов по ГОСТу 3840—61 Фокусные расстояния /' в (мм), относительные отверстия (О. О) и задний отрезок (в мм)
1 Для ширины! фильмов В ЛЬИ	V																												Допуск в %	О. О	Допуск в %	Расстояние от заднего торца оправки до фильма в мм
8	10	12,5	16	18	20	25	30													—									±3	От 1:1 до 2,8	±3	5
16	—	—	—	—	20	25	30	35	40	45	50	56	63	70	75	80							—						i 2	От 1:1 до 1:1,5		10
35					—						50	56	63	70	75	80	85	90	100	106	115	120	130	140	150	160	170	180		От 1:1 до 1:2		35 при f' от 50 до 70 38 при f' св. 70 до 90 40 при Г более 90
Примечание. Оправы кинопроекционных объективов могут быть трех видов: гладкие (рис. 63, а), ступенчатые (рис. 63, 6) и с винтовой канавкой (рис. 63, в).
Диаметры D и Dt посадочной части оправ должны соответствовать ряду (в мм): 20; 22,5; 32,5; 34; 38; 42,5; 52,5; 62 5; 82,5; 92,5; 104; 122,5.
Допуск X или X3; на размеры канавки допуски по 7-классу точности.
Диаметр D посадочной части оправы относится к той ее части, которая входит в держатель объектива. Длина I посадочной части ступенчатых оправ должна быть не менее:
Диаметр оправ в мм 20; 22,5; 32.5 34 и 38 Более 38
I в льи
25
36
60
Объективы	289
32. Предел разрешения кинопроекционных объективов при проекции на экран штриховой миры с увеличением 50х
Объективы для фильмов шириной в мм	В центре поля не менее линий/мм	На краях поля не менее линий/мм
8 16	90	45
35 от 70 до 130 мм анастигматы)	100	55
f' от 90 до 120 мм	90	40
f' от 130 до 180 мм	80	45
33. Коэффициенты пропускания кинопроекционных объективов
Число поверхностей (нес клеенных)	Коэффициент пропускания не менее
До 6	0,90
8, 10	0,82
12, 14, 16	0,75
18, 20	0,70
34. Падение освещенности изображения, даваемого кинопроекционным объективом, на краю поля по отношению к центру поля
Объективы для ширины фильма в мм	Г в мм	Падение освещенности в % не более
8	Все фокусные	42
	расстояния	
16	35—45	35
16	50 и более	15
35	80—110	30
35	>110	20
35. Проекционные объективы
Объектив	Фокусное расстояние f в мм	Относительное отверстие Т	Поле зрения 2w в град	Область применения
И-23	50	1 : 3,5	48	Для фотоувеличения и фотографирования
Луч	180	1 : 6,8	70	Фотограмметрические проекторы
РО-51	20	1 : 2,8	41 1	
РО-61	28	1 : 2,5	56	Проекторы для кон-
РО-59	50	1 : 2,0	34 j	троля деталей
РО-ПО	35	1 : 1,2	20 )	
РО-Ю9	50	1 : 1,2	• 14	Узкопленочная
РО-111	65	1 : 1,4	и J	проекция
РО-Ю8	90	1 : 2,0	17 1	Нормальная про-
РО-107	140	1 : 2,2	И /	екция
РО-800	150	1 : 2,0	10	Стереопроекция
П-5 (12 типов)	75—180	1 : 2	20,40—9,30	Кинопроекция
36. Ахроматические объективы микроскопов
Марка объектива	Система	Увеличение	Апертура А	Рабочее расстояние в мм	Высота в мм
О б Ъ	ективы для работы в проходя свете, тубус 160 мм			1 щ е М	
ОМ-30	Сухая	1	0,03	31	70
ОМ-12	»	3,7	0,11	27,2	50
М-42	»	8	0,20	8,6	33
ОМ-27 ♦	»	20	0,40	1,7	33
МЩ*	»	40	0,65	0,55	33
02-60 *	»	60	0,85	0,14	33
ОМ-23	Водная иммерсия	40	0,75	1,80	32,7
ОМ-41 *	Масляная »	90	1,25	0,10	32,7
ОМ-24 ♦	» »	90	1,25—0,6	0,10	32,7
Объективы для работы в отражен свете, тубус 190 мм				I Н О м	
ОМ-12П	Сухая	4,7	0,11	26	48
ОМ-13П	»	9	0,20	8,14	25
ОМ-8 *	»	21	0,40	1,80	14,4
ОМ-9 *	»	40	0,65	0,50	12,3
ОМ-Ю *	Масляная иммерсия	95	1,25	0,06	12,2
ОМ-44П	» »	30	0,65	0,40	20,75
од-юлк	Контактные, масляная иммерсия	10	0,40	0	43,5
ОД-25ЛК	То же	24,2	0,75	0	39
О-60ЛК	»	60	1,25	0	31	
Примечание. Буква «П> означает, что объектив не имеет натяжений и его можно применять в поляризационных микроскопах. Объективы со значком * выпускаются также и без натяжений (с индексом «П»). Объектив ОМ-10 выпускается с индексом «П» или «Л» (для работы в свете люминесценции).
37. Объективы для работы в отраженном свете, тубус со
Марка объектива	Система	Фокусное расстояние Г в мм	Апертура А	Рабочее расстояние в мм	Высота в мм
| ОС-39	А х р ом ат и ч Сухая	е с к и е 25	о б ъ е К 1 0,12	Г И В Ы 10	29
ОХ-23	»	23,2	0,17	6,2	33
ОХ-14	»	13,9	0,30	5,71	33
ОС-41	»	8,2	0,37	2,7	29
ОХ-6	»	6,2	0,65	0,82	33
ОС-42	»	4,25	0,50	0,74	29
ОХ-3	Масляная им-	2,8	1,25	0,40	25
ОС-16	мерсия Апохромати Сухая	чес к ие 15,70	‘ о б ъ е к 0,30	т и в ы 4,90	33
ОС-8	»	8,40	0,65	0,82	33
ОС-4	»	4,30	0,95	0,18	33
ОС-3	Масляная им-	2,80	1,30	0,18	25
ОС-ЗТ	мерсия То же	2,80	1,0	0,53	25
38. Апохроматические объективы для работы в проходящем свете, тубус 160 мм
Марка объектива	Система	Увеличение	Апертура А	Рабочее расстояние в мм	Высота в мм
ОМ-21	Сухая	20	0,65	0,67	33
ОМ-16	Сухая (в коррекционной оправе)	40	0,95	0,12—0,22	33
ОМ-15	Масляная иммерсия (с ирисовой диафрагмой)	60	1,0—0,7	0,22	32,7
О6АМ-60	То же	60	1,0-0,7	0,22	32,7
ОМ-25	Водная иммерсия (в коррекционной оправе)	70	1,23	0,14—0,04	32,7
О2АМ-90	Масляная иммерсия	90	1,30	0,10	32,7
Примечание. Объективы О6АМ-60 и О2АМ-90 выпускаются в пружинящей оправе.
39. Планахроматические объективы для работы в проходящем свете, тубус 160 мм
Марка объектива	Система	Увеличение	Апертура А	Рабочее расстояние в мм	Высота в мм
ОМ-3	Сухая	3,5	0,10	23,40	36,5
ОМ-2	»	9	0,20	13,50	33
ОМ-31	»	20	0,40	0,16	33
ОМ-29	»	40	0,65	0,85	33
40. Эпиобъективы для работы в отраженном свете в светлом и темном поле
Марка объектива	Система	Увеличение	Фокусное расстояние Г в мм	Апертура А	Рабочее расстояние 1 в мм	Высота в мм
	Дли	на тубуса	190 мм			
ОЭ-9	Сухая	9	—	0,20	5,40	25
ОЭ-21	»	21	—	0,40	1,8	14,4
ОЭ-40	»	40	—	0,65	0,61	12,4
ОЭ-95	Масляная иммерсия	95	—	1,0	0,41	12,5
	Длина тубуса со					
ОЭ-6	Сухая	—	6,2	0,65	0,6	31,5
ОЭ-14	»	—	13,9	0,30	5,4	31,5
ОЭ-8	»	—	8,2	0,37	2,6	31,5
ОЭ-23	»	—	23,2	0,17	5,4	31,5
ОЭ-ЗТ	Масляная иммерсия	—	2,8	1,0	0,60	31,5
41. Объективы для ультрафиолетовой и видимой областей спектра, тубус 160 мм, проходящий свет
Марка объектива	Система	Увеличение	Апертура А	Рабочее расстояние в мм	Высота в мм		Область длин волн X в нм
О к-40	Сухая	40	0,50	2,0	33		211—300
ОНЗ-75А	»	75	0,65	0,23	33		
ОК-75	Глицериновая	75	1,0	0,25	32,7		
ОНЗ-115	иммерсия Сухая	115	0,70	0,19	36		242,9—600
ОНЗ-125	Глицериновая иммерсия	125	1,10	0,25	32,7		
42. Объективы для инфракрасной области спектра, тубус 160 мм
Марка объектива	Система	Увеличение	Апертура А	Рабочее расстояние в мм	Высота в мм	Область длин волн А в мкм
оз-юик	Сухая в коррекционной оправе	10	0,30	3,8—2,5 (толщина препарата до 12 мм)	37	1—2,2
ОНЗ-40	Сухая	40	0,50	5,0	33	1—7
ОР-75ИК	»	75	0,65	0,20	33	0,7—5
ОРМ-75	Масляная иммерсия	75	1,0	0,28	33	0,7-1,6
3)	зеркальные и зеркально-линзовые для ультрафиолетовой и широкой областей спектра (апохроматы); вследствие неизбежного виньетирования центральных лучей объективы дают несколько пониженную по сравнению с линзовыми объективами контрастность изображения при наблюдении малоконтрастных объектов;
4)	линзовые кварцфлюоритовые для ультрафиолетовой области спектра в пределах длин волн 250—330 нм\
5)	для инфракрасной области спектра в пределах длин волн 0,7— .22 мкм\
6)	монохроматические для узкой области спектра;
7)	планообъективы, в которых дополнительно исправлена кривизна изображения.
По назначению объективы подразделяются на следующие:
1)	нормальные;
2)	для исследований в поляризованном свете (без натяжений);
3)	для исследований фазово-контрастным и фазово-темнопольным методами;
4)	для люминесцентных и фазово-люминесцентных исследований;
5)	для исследований толстослойных желатиновых пленок;
6)	контактные;
7)	для исследований при высоких температурах (с большим рабочим расстоянием).
Длиной тубуса называется расстояние на тубусе микроскопа от опорного торца для объектива до опорного торца для окуляра. Объективы для длины тубуса оо работают с дополнительной ахроматической линзой, устанавливаемой за объективом. Увеличение такого объектива равно отношению фокусного расстояния дополнительной линзы к фокусному расстоянию объектива.
Объективы ОМ-24, О6АМ-60 и О2АМ-90 снабжены ирисовой диафрагмой для изменения апертуры. Эпиобъективы для присоединения к тубусу микроскопа имеют направляющий цилиндр диаметром 28,5 мм и резьбу М27Х0,75 мм.
Типовые конструкции микрообъективов даны в гл. VI.
окуляры
Окуляр — оптическая система, расположенная непосредственно перед глазом и предназначенная для рассматривания изображения, образованного предыдущей оптической системой.
Требования, предъявляемые к окулярам, изложены в гл. II.
Типы окуляров и их характеристики
Окуляр Рамсдена (рис. 64). Хроматизм не исправлен, полевые аберрации исправлены для 2ш & 40°.
Окуляр Рамсдена применяется в простых геодезических приборах.
Рис. 64. Окуляр Рамсдена
Рис. 65. Окуляр Гюйгенса
Окуляр Гюйгенса (рис. 65). По сравнению с окуляром Рамсдена несколько лучше исправлен хроматизм. Передний фокус мнимый и лежит между линзами.
Окуляр применяется в микроскопах.
Окуляр Келльнера (рис. 66). Хорошо исправлены аберрации в пределах 2w = 45—50°; самый распространенный тип окуляра.
1 р	1 р
SF 5= 3 f, t » 2 f .
Симметричный окуляр (рис. 67). Хорошо исправлен в пределах 2ш — 40°.
— sF = t' to f.
г	4
Применяется в телескопических приборах.
Ортоскопический окуляр (рис. 68). Хорошо исправлен на все аберрации, особенно на дисторсию в пределах 2ш = 40°.
1 р. р 3 р
SF * 2	4	'
Применяется преимущественно в измерительных приборах и микроскопах.
н
I// I
Рис. 69. Окуляр Эрфле первого типа
Рис. 70. Окуляр Эрфле второго типа
Оптические детали и узлы
Рис. 68. Ортоскопический окуляр
Рис. 71. Окуляр с удаленным зрачком
Широкоугольные окуляры Эрфле. Существуют два типа таких окуляров:
первый (рис. 69) исправлен в пределах — 65°;
1 ,, 1
sF « 5 f , t - 2 [ ;

Подвижная чисть
Рис. 72. Окуляр с полем зрения 61° Рис. 73. Окуляр с полем зрения 53°
второй тип (рис. 70) исправлен в пределах 2w = 60—65°;
s_ =--!/'; Г =0,5-? 0,75/'. г 5
Окуляр с удаленным зрачком (рис. 71) 2ш = 45°; V = ['.
fo=25,1 Н
Подвижная часть
Рис. 75. Окуляр с внутренней фокусировкой второго типа
Рис. 74. Окуляр с внутренней фокусировкой первого типа
Окуляры с полем зрения 2до = 80° обычно имеют параболическую глазную линзу, как, например, окуляр, изображенный на рис. 68.
Окуляры с полем зрения 61 и 53° приведены на рис. 72 и 73, а окуляры с внутренней фокусировкой, применяемые при высоких требованиях к герметичности прибора, — на рис. 74 и 75.
Окуляр, показанный на рис. 74, имеет пределы диоптрийной установки от —5 до +6 и d8 изменяется от 0,30 до 11,3 мм\ окуляр, изображенный на рис. 75, имеет пределы диоптрийной установки ±5 и d8— в пределах от 1,42 до 11,47 мм.
43. Окуляры зрительных труб
Тип окуляра	Фокусное расстояние f' в мм	Поле зрения 2 а, в град	Диаметр выходного зрачка в мм	Переднее вершинное фокусное расстояние — Sp в мм	Положение выходного зрачка Г в мм
	20	40	4	14,9	15-24
Симме-	25	40	5	18,9	19—30
тричный	30	40	6	22,8	23-36
окуляр	40	40	8	30,5	30—48
	50	40	10	37,9	38—60
	20	45	4	5,8	8—14
Окуляр	25	45	5	7,4	10-17,5
Келльнера	30	45	6	8,9	12—21
	40	45	8	12,2	16-28
	50	45	10	14,9	20-35
	20	50	4	6,3	18—25
Окуляр	25	50	5	7,8	23—31
с удален-	30	50	6	9,6	27—37
ным	40	50	8	13,9	36—50
зрачком	50	50	10	16,8	45—62
	20	60	4,8	6,1	14—18
Окуляр	25	60	6	8,9	17,5—23
Эрфле	30	60	7,2	10,6	21-27
	40	60	9,6	13,3	28-36
	50	60	12	18,6	35—45
44. Окуляры микроскопов
Марка окуляра	Увеличение	Линейное поле зрения в мм	Фокусное расстояние в мм
	Тип Г Ю ]	й г е н с а	
АМ-4	4	24	62
АМ-5	5	23	50,6
М-7	7	18	36
AM-11	7	19	36
АМ-8	8	21	31,4
М-10	10	14	25
Продолжение табл. 44
Марка окуляра	Увеличение	Линейное поле зрения в мм	Фокусное расстояние /' в мм
АМ-10	10	14	25
М-11	15	8	17
	Компенсационные		
АМ-25	3	20	83
АМ-24	5	20	50
AM-12	5	22	50
AM-13	7	18	35
AM-14	10	13	25
AM-27	15	11	16,7
AM-16	20	9	12,6
	Ортос ко п и	[ ч е с к и е	
AM-18	12,5	16	20
AM-19	17	13,6	15
AM-20	28	6,5	9
	С и м м е т р	и ч н ы е	
AT-38	|	1	15	I	12	|	17
Ш и	1 р окоу ГО Л ь	н ы е 0 30 мм	
АШ-6	6	22	43
АШ-8С	8	20	30,4
АШ-12,5	12,5	18	20
АШ-17	17	13,6	15
	Фотоокуляры		
АМ-7Ф	7	18	36
АТ-18	7	18	36
АМ-14Ф	10	13	25
АМ-27Ф	15	11	16,7
АМ-16Ф	20	9	12,6
	Гома	л и	
OH-6		15	—70,4
OH-7		8	—20,28
OH-8		13	—37,6
Примечание. Окуляры AM-4, AM-5, AM-11 и AT-38 снабжены шкалой с ценой деления 0,1 мм. Окуляры АМ-8 и АМ-10 имеют сетку с перекрестием. Окуляр АШ-8С снабжен шкалой и координатной сеткой.			
На рис. 76 даны графики аберраций окуляров, изображенных на рис. 74 и 75. В табл. 43 и 44 приведены данные некоторых распространенных окуляров.
а)	U
-2-10 1 2	-5%0 5%	-0,0500,051^
Рис. 76. Графики аберраций окуляров: а — по рис. 74; б — по рис. 75
Автоколлимационные окуляры
Конструкция автоколлимационного окуляра должна обеспечивать удовлетворительную видимость автоколлимационного изображения светящегося или темного штриха сетки. Контрастность и яркость в отдель-
Рис. 77. Автоколлимационные окуляры
ных случаях должны быть такими, чтобы автоколлимационное изображение сетки получалось от зеркала, установленного на значительном расстоянии от прибора на открытом воздухе или в специально затемненном помещении.
На рис. 77 и 78 приведены конструкции автоколлимационных окуляров, а в табл. 45 — их характеристики.
Пользуясь таблицей, можно выбрать окуляр для данных условий работы.
Рис. 78. Автоколлимационные окуляры Монченко
45. Сравнительные характеристики автоколлимационных окуляров
Тип окуляра	В в %	Р в %	Г	De В м	Dn в м
С кубиком и двумя сетками (рис. 77, а) Окуляр Аббе (рис. 77, б) »	Гаусса (рис. 77, в) »	Линника 1 »	Захарьевского1 С сеткой, подсвечиваемой сбоку (рис. 77, г) С кубиком и одной сеткой Монченко (рис. 78, а, б) 1 Окуляры Линника и трудности изготовления. Примечание. Вт; автоколлимационного изобра> сетки, принятой за 100%; Р максимально возможное увелич мальное расстояние до наблк Dn — то же при пасмурной	17 86 46 7—88 90 8 20 86 Захарье 16лице : кения — свете [ение chi )даемогс погоде.	42 92 50 92 81 92 92 вс кого условно относите >nponyci мметрич > aepKaJ	Не ограничено 30 18 Не ограничено 18 Не ограничено 20 30 применяют обозначен! гльно нача <ание всего ного окуля, та при сол	18 2 18 20 20 10 18 25 с я ред1 э1: В -1ЛЬНОЙ окуля] pa; Dc -нечной	Более 30 2 Более 30 Более 30 Более 30 15 30 Более 30 <о из-за яркость яркости ра; Г — - макси- погоде;
ПРИЗМЕННЫЕ СИСТЕМЫ
Оборачивающие системы
В оптических приборах в зависимости от их назначения и конструкции для оборачивания изображения применяются различные призменные системы. На рис. 79—90 дан ряд применяемых призменных оборачивающих систем.
Рис. 79. Оборачивающая система типа Порро: а — первого рода; б второго рода
Рис. 80. Оборачивающая система с башмачной призмой с крышей
Рис. 81. Оборачивающая система с пентапризмой с крышей
Рис. 82. Оборачи вающая система с призмой Дове
Рис. 83. Оборачивающая система панорамы с призмой Пехана
Рис. 84. Оборачивающая система панорамы (призма Дове не показана)
Рис. 85. Оборачивающая система визира; угол визирования по горизонту ±120°
Рис. 87. Оборачивающая система панорамы
к-0°
Рис. 86. Оборачивающая система из двух призм-кубов
АР-60°
Рис. 88. Оборачивающая система с призмой Лемана
АкР-60°
Рис. 89. Оборачивающая призма Аббе
Рис. 90. Оборачивающая система дальномера
Оптические детали и узлы
Рис. 92. Визирная система (оптический шарнир) с «наклонным столом»
Рис. 93. Пространственный оптический шарнир
Компенсация наклона изображения путем вращения призмы 1 вокруг оси Zi—Zi на величину половины угла поворота призмы 2 вокруг
ОСИ 2— 2
Оптические шарниры
Оптические призменные шарниры дают возможность изменять углы между оптическими осями двух или более ветвей в приборе без вращения изображения.
Оптические шарниры могут быть плоскими или пространственными. К плоским оптическим шарнирам можно отнести системы с качающимися в одной плоскости визирными призмами, а к пространственным относится призменная система панорамы. Если в этой системе в качестве головной призмы поставить призму-куб, то может быть осуществлен непрерывный обзор более чем полусферы.
По геометрическим свойствам различаются системы визирования с «горизонтальным столом» и с «наклонным столом».
В системе с «горизонтальным столом» (рис. 91) углы с помощью построительного механизма проще строить в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В системе с «наклонным столом» (рис. 92) углы с помощью построительного механизма проще строятся в вертикальной и наклонной плоскостях.
Еще один вид оптического шарнира показан на рис. 93.
Рекомендации по выбору классов чистоты1
Классы чистоты следует устанавливать на основании требований, предъявляемых к оптическим системам, с учетом технологических возможностей изготовления, экономических и эстетических соображений (табл. 49 и 50).
ДОПУСКИ НА ЧИСТОТУ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
По ГОСТу 11141—65 установлены 12 классов чистоты полированных поверхностей оптических деталей из стекла после их окончательной обработки, включая нанесение покрытия.
Классы чистоты	Назначение классов чистоты
1—10, 1—20, 1—40 (вторые две цифры указывают среднее значение фокусного расстояния окуляра системы)	Для поверхностей деталей, расположенных в плоскостях действительных изображений или очень близко от них
I—IX	Для остальных поверхностей
Размеры царапин и точек, соответствующие классам 1—10, 1—20 и 1—40, устанавливаются раздельно по трем зонам поверхности. Границами зон являются концентрические окружности диаметром У3 и 2/3 светового диаметра детали. Для светового диаметра менее 5 мм зоны не устанавливаются.
Разработаны ГОИ им. С. И. Вавилова.
В центральной зоне не допускаются царапины и точки, обнаруживаемые в косом проходящем или отраженном свете. Точки диаметром менее 0,001 мм и царапины шириной менее 0,0005 мм не учитываются. В любой четверти поверхности детали допускается не более трех точек при световом диаметре детали менее 60 мм и не более пяти при световом диаметре более 60 мм.
Для деталей диаметром менее 5 мм размеры допускаемых царапин и точек устанавливаются соответственно средней зоне поверхности (табл. 46).
46. Размеры допускаемых дефектов
Классы чистоты	Зоны	Царапины			Точки		
		ширина в мм не более	суммарная длина в мм не более	диаметр в мм не более	количество при диаметре поверхности в мм		
					flfl 20	до 60	св. 60
1-10	Средняя Краевая	0,002 0,002	0,2ХСв. 0 0,3 X Св. 0	0,004 0,006	1 3	3 6	5 10
1—20	Средняя Краевая	0,004 0,004	0,2ХСв. 0 0,3 X Св. 0	0,010 0,015	1 3	3 6	5 10
1—40	Средняя Краевая	0,008 0,008	0,2ХСв. 0 О.ЗХСв. 0	0,015 0,025	1 3	3 6	5 10
47. Допускаемые дефекты на поверхностях, расположенных вне плоскостей изображений
Классы чистоты	Царапины		Точки		Площадь царапин и точек на ограниченном участке любой части поверхности	
	ширина в мм не более	суммарная длина в мм не более	диаметр в мм не более	количество в шт. не более	диаметр участка в мм	площадь в мм2 не более
I	0,004		0,02		1	0,004
II	0,006		0,05		1,2	0,006
III	0,01		0,10		2	0,020
IV	0,02		0,30		5	0,100
V	0,03	2ХСв. 0	0,50	0,5Х	10	0,400
VI	0,05		0,70	ХСв. 0	25	3,0
VII	0,10		1,0		50	10,0
VIII	0,20		2,0		—	—
IX	0,30		3,0		—	—
Для деталей с делениями допускается устанавливать другое деление границ зон.
Царапины и точки на поверхности перемещающейся детали должны быть распределены так, чтобы в любом месте этой поверхности диаметром, равным диаметру поля зрения прибора, количество царапин и точек не превышало указанного в табл. 46.
На поверхностях I—IX классов чистоты размеры и количества царапин и точек должны соответствовать указанным в табл. 47. Точки и царапины, размером менее указанных в таблице, не учитываются, если не имеется их скоплений.
Для III—IX классов чистоты количество точек и суммарная длина царапин с размерами, примыкающими к верхнему пределу допуска по табл. 48, не должны быть более 10% от общего допускаемого количества точек и царапин.
48. Допускаемые дефекты на поверхностях, расположенных вне плоскостей изображений
Классы чистоты	Размеры неучитываемых царапин и точек в мм		Размеры царапин и точек, примыкающих к верхнему пределу допуска в мм	
	Ширина царапин	Диаметр точек	Ширина царапин	Диаметр точек
	меь	iee		
I, П	0,001	0,002	—	—
III	0,002	0,004	От 0,006 до 0,01	От 0,05 до 0,1
IV	0,004	0,010	Св. 0,01	» 0,02	Св. 0,1 » 0,3
V	0,006	0,020	» 0,03	» 0,5
VI	0,006	0,020	» 0,05	» 0,7
VII	0,010	0,100	» 0,10	» 1,0
VIII	0,010	0,100	» 0,20	» 2,0
IX	0,020	0,200	» 0,30	» 3,0
Царапины и точки, закрываемые оправой или находящиеся вне рабочей части поверхности детали, не нормируются, если они не влияют на прочность или герметичность крепления деталей в оправе. Краевые выколки более 0,6 мм должны быть заматированы.
Для разных участков поверхности допускается применять разные классы чистоты.
Для обозначения классов чистоты устанавливается буква «Р» с добавлением номера класса, например: Р = 1—20.
При наличии в приборе нескольких плоскостей действительного изображения, в которых помещены детали, следует учитывать общее количество дефектов на этих деталях.
Для поверхностей, подлежащих просветлению или отражающему покрытию, рекомендуется требования по чистоте ужесточать на один класс.
49. Рекомендуемые классы чистоты
Классы чистоты	Виды оптических деталей
1-10	Сетки и коллективы в приборах с фокусным расстоянием окуляра 10—15 мм. Шкалы и лимбы, рассматриваемые при увеличении более 25х. Дифракционные решетки
1-20	Сетки и коллективы в приборах с фокусным расстоянием окуляра 15—25 мм. Шкалы и лимбы, рассматриваемые при увеличении 10—25х
1—40	Сетки и коллективы в приборах с фокусным расстоянием окуляра более 25 мм. Шкалы и лимбы, рассматриваемые при увеличении менее 10х. Подложки растров и детали, находящиеся в плоскостях изображения фотоэлектронных систем, работающие в инфракрасной области спектра
I	Первая линза широкоугольных окуляров и микрообъективов с увеличением более 10х
II	Призмы, коллективы, первые линзы широкоугольных окуляров и другие детали, расположенные вблизи от плоскостей действительного изображения оптической системы. Линзы микрообъективов с увеличением 10х и меньше
III	Линзы окуляров телескопических приборов. Окулярные призмы. Отражательные пластинки и зеркала коллиматорных приборов. Линзы окуляров микроскопов и лабораторных приборов. Выравнивающие стекла фотокамер. Линзы объективов, работающих в инфракрасной области в условиях солнечной засветки
IV	Линзы окуляров, объективов и оборачивающих систем, призмы и пластины телескопических приборов. Лупы. Линзы конденсоров и объективов, работающих в инфракрасной области в условиях отсутствия солнечной засветки. Выравнивающие стекла фотокамер
V	Линзы объективов и оборачивающих систем, головные призмы, призмы в параллельных пучках и защитные стекла в телескопических приборах. Линзы фотографических и проекционных объективов диаметром 20—50 мм. Линзы конденсоров и объективов, работающих в инфракрасной области без солнечной засветки
VI	Линзы объективов и оборачивающих систем телескопических приборов. Линзы фото- и проекционных объективов диаметром 50—100 мм. Защитные стекла подсветки
VII	Линзы фото- и астрообъективов диаметром 100—300 леи. Смотровые стекла диаметром до 300 мм
VIII	Линзы астрообъективов и смотровые стекла размером 300—500 мм
IX	Менее ответственные смотровые стекла размером 300— 500 мм
50. Зависимость класса и чистоты от диаметра рабочего отверстия
Диаметр рабочего отверстия в мм	Классы чистоты
0 (плоскость изображения)	1—10, 1—20, 1—40 (в зависимости от фокусного расстояния окуляра согласно табл. 49)
До 0,5 >0,5 до 1,5 >1,5 » 4,5 >4,5 » 10 >10 » 25 >25 » 50 >50	I II III IV V VI VII, VIII и IX
Литература: [4, 5, 16, 24, 33, 34, 46, 49, 50, 53, 65, 78, 80, 81 93, 99, 100, ПО, 116].
ГЛАВА V
КРЕПЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Выбор конструкции крепления оптических деталей зависит от формы и размеров детали, ее назначения и условий работы прибора. Любая оптическая деталь должна быть закреплена в оправе так, чтобы была исключена возможность ее смещения при внешних воздействиях (вибрация, удар, тряска). Усилие зажима детали не должно вызывать ее деформации и портить качество изображения. Кроме этих основных условий, к узлу крепления могут предъявляться специальные требования: возможность работы в различных температурных условиях, герметичность, наличие юстировочных подвижек. Ниже приводится описание существующих конструкций узлов крепления оптики в зависимости от типа деталей, назначения узла и других требований, предъявляемых к ним. их
По виду крепления оптические детали делятся на три основные группы: круглые детали (линзы, сетки, круглые защитные стекла, светофильтры, лимбы); некруглые детали (призмы, защитные стекла, шкалы); зеркала.
КРЕПЛЕНИЕ КРУГЛЫХ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Применяются следующие способы крепления круглой оптики: за-вальцовка, крепление резьбовым кольцом, проволочным кольцом, пружинящими планками, приклеиванием.
Крепление завальцовкой. Профиль и размеры элементов оправы выполняются согласно табл. 1. Толщина загибаемого края в зависимости от диаметра оптической детали и материала оправы выбирается в пределах 0,2—0,4 мм, и при завальцовке край оправы протачивается на конус до толщины стенки по краю от 0,05 до 0,1 мм (рис. 1). Завальцовка производится на токарном станке с помощью специальных инструментов. Край металлической оправы загибается так, чтобы он плотно охватывал линзу по всей окружности (рис. 2). Вследствие упругости тонкого края оправы давление на стекло сравнительно невелико, поэтому при правильной завальцовке оптические детали даже небольшой толщины не деформируются и не получают внутренних напряжений. При завальцовке загибаемый край оправы должен ложиться только на фаску, а не на полированную поверхность линзы. Для придания соединению водонепроницаемости ободок линзы перед установкой в оправу покрывают специальной замазкой.
Допуск на внутренний диаметр оправы выбирается в зависимости от допуска на диаметр линзы. Обычно отверстие оправы изготовляют
1. Размеры оправ для крепления линз завальцовкой в мм
I

D	^—0,05	м6	Zi (справочный)	h	а
До 6 Св. 6 до 10 » 10 » 18 » 18 » 30 » 30	0,2 0,2 0,2 0,3 0,3—0,4	1,2 1,5 1,8 2 2,5	0,1 0,3 0,4 0,5 0,7	1 1,5 2 2,5 3,5	Не менее 0,5
по 3-му классу точности (Л3). При завальцовке склеенных линз центрировка обеспечивается линзой, имеющей большую толщину по краю, а остальные линзы должны помещаться в оправе с большим зазором.
л	На рис. 3, а, б, в приведены
Рис. 1. Вид профиля кромки оправы под завальцовку
различные типы оправ, предназначенных для завальцовки, которые крепятся в корпусе на резьбе.
Рис. 2. Крепление линз завальцовкой
Иногда применяются оправы, центрирующиеся наружным или внутренним гладким пояском (рис. 3, б). Соотношения размеров оправ:
di = D (D — диаметр линзы);
d2 = Di -р 0,2 мм (Di — световой диаметр линзы);
d — изменяется от di Ф 0,4 мм до dt 4^ 0,8 мм (в зависимости от диаметра линзы и материала оправы);
х & 1,5 т (т — ширина фаски для крепления завальцовкой);
1р изменяется от 6s до 10s (s — шаг резьбы).
Глубина расточки h определяется в зависимости от толщины линзы по световому диаметру.
Все оправы, укрепляемые на резьбе, должны иметь шлицы или отверстия под ключ для завинчивания в корпус. Для тонкостенных или декоративных оправ допускается замена шлицев накаткой. В приборах, подвергающихся тряске, оправы после установки их на место стопорят винтами, клеем или краской.
в виде кольцевых рисок с углом
Рис. 4. Крепление линз резьбовым кольцом
Для уменьшения отражения лучей света от стенок оправ последние обязательно подвергают чернению, а в более ответственных случаях окрашивают черной матовой эмалью. Хорошие результаты дает рифление внутренних поверхностей оправ профиля 60° и шагом 0,5 или 0,35 мм.
Оправы изготовляются из латуни ЛС 59-1. Иногда применяются сталь 10, сталь 20 или алюминиевые сплавы марок Д1, Д6 и Д16 (незакаленные).
Крепление резьбовым кольцом. Оптическая деталь укрепляется в оправе кольцом, имеющим наружную или внутреннюю резьбу. Возможное смещение линзы в оправе определяется выбранной посадкой. Крепление резьбовым кольцом необходимо применять для оптиче-
ских деталей диаметром свыше 50—80 мм. Для деталей размером от 10 до 50 мм этот способ крепления рекомендуется в тех случаях, когда за-вальцовка по каким-либо соображениям непригодна. Для деталей диаметром менее 10 мм резьбовые кольца применять не следует.
На рис. 4 показаны примеры крепления линз резьбовыми кольцами. Кольца с внутренней резьбой нужно применять только в исключительных случаях ввиду сложности их изготовления.
Однако непосредственное крепление резьбовым кольцом вследствие возможных перекосов резьбы не обеспечивает равномерного давления кольца на линзу, что вызывает деформацию поверхностей и натяжения в стекле. Кроме того, при креплении линз большого диаметра в условиях низких температур возникают дополнительные натяжения, обусловлен-
ные разностью коэффициентов линейного расширения материалов оправы и оптической детали. В режиме высоких температур возможно возникновение осевого зазора между линзой и резьбовым кольцом. Для*предохра-нения оптических деталей от деформации применяются пружинные
кольца, устанавливаемые между линзой и резьбовым кольцом. Такие кольца вследствие упругости в осевом направлении более равномерно распределяют давление на линзу (на три точки по окружности) и компенсируют его увеличение при низких температурах. Пружинные кольца рекомендуется применять при креплении тонких линз диаметром свыше 40 мм.
На рис. 5, а показано крепление линзы объектива с помощью пружинного и резьбового колец. При креплении нескольких линз в одной оправе, а также при необходимости юстиров-
а)
б)
Рис. 5. Крепление линз с помощью пружинного и промежуточного колец
ки системы за счет изменения воздушных промежутков между оптическими деталями, применяются промежуточные кольца, подрезкой которых при сборке выдерживают заданные воздушные промежутки (рис. 5, б).
На рис. 6 изображены оправы для крепления оптических деталей с помощью резьбовых колец. Соотношения размеров оправ:
dr — D(D — наружный диаметр линзы);
J2 — Dt + 0,2 мм (Dr — световой диаметр линзы);
dp > dY + 0,2 мм + 2h [h — высота профиля витка резьбы при диаметре dp; h 0,65S (S — шаг резьбы)].
Диаметр резьбы для крепления в корпусе Dp выбирается конструк-
тивно;
D2 — выбирается от Dp + 2 мм до Dp 10 мм\
1Р — от 6S до 10S (S — шаг резьбы при Dp)\
Sp — от 6S' до 10S' (S' — шаг резьбы при dp).
Шаг резьбы выбирается обычно 0,5; 0,75 или 1 мм в зависимости от толщины стенки оправы или длины резьбового кольца. Применение более крупного шага резьбы вызывает увеличение толщины стенок оправы, что нежелательно. Оправы и резьбовые кольца должны иметь шлицы или отверстия под ключ. У тонкостенных оправ для завинчивания в корпус допускается применение накатки.
Типы резьбовых колец приведены на рис. 7.
Диаметр резьбы колец выбирают с таким расчетом, чтобы внутренний диаметр резьбы оправы был на 0,2—0,5 мм больше посадочного диаметра линзы. В случае недостаточного зазора между гребешками резьбы и диаметром линзы может произойти заклинивание последней в резьбе при случайном перекосе в процессе сборки, что приведет к выколкам на линзе. Внутренний диаметр резьбовых колец должен быть больше светового диаметра линзы не менее чем на 0,2—0,5 лек или в крайнем случае равен ему. Кольца с расточкой на конус применяются в тех случаях, когда необходимо исключить срезание пучка лучей, а также в декоративных целях. Диаметр резьбы колец с внутренней резьбой должен быть больше
диаметра линзы на 2—4 мм, наружный диаметр колец на 1,5—3 мм должен быть больше диаметра резьбы. Толщина упорного буртика 0,5—1,5 мм.
Типы/1ромежуточных колец приведены на рис. 8. Их наружный диаметр должен быть равен диаметру линзы и выполняется обычно по ходовой или широкоходовой посадке, а внутренний должен превышать световой диаметр линзы на 0,2—0,5 мм.
Рис. 6. Типы оправ для крепления оптических деталей резьбовым кольцом: а — оправа для крепления кольцом с наружной резьбой; б — то же с внутренней резьбой
Рис. 7. Типы резьбовых колец
Рис. 9. Типы пружинных колец
На рис. 9 показаны два типа пружинных колец. Двойные пружинные кольца отличаются большей эластичностью, но они сложнее в изготовлении. Расчет пружинных колец на жесткость производится в ответственных случаях с учетом не только веса оптической детали, но также усилий, возникающих от вибрационных, ударных или линейных перегрузок.
Расчет ведут по формуле
Р/3
f = 8Е/13 (DH - Ов) '
где / — прогиб кольца;
I — длина дуги пружинящей части кольца;
Рис. 10. Крепление линзы в оправе с фиксацией положения пружинного кольца
Р — усилие на одну опорную точку;
h — ширина пружинящей части кольца;
DH — наружный диаметр кольца;
De — внутренний диаметр кольца;
Е — модуль нормальной упругости.
Максимальный прогиб не должен превышать половины ширины прорези кольца.
Кольца всех типов должны быть подвергнуты чернению. В случае необходимости более полного гашения бликов на внутренней поверхности колец наносят рифление или окрашивают их черной матовой эмалью.
Для предохранения резьбовых колец от са-моотвинчивания применяют стопорение винтами или установку колец на клей или краску.
При креплении с помощью пружинных колец деталей, чувствительных к усилию зажима (тонкие линзы объективов, сферические зеркала и тому подобные детали), опорный торец оправы фрезеруют так, чтобы линза опиралась только на три выступа, расположенные под углом 120°. В этом случае пружинное кольцо ориентируют так, чтобы его выступы находились против выступов оправы. Во избежание проворота пружинного кольца при затяжке резьбового кольца его положение фиксируют установочным винтом, входящим в паз пружинного кольца (рис. 10). При такой установке линз «на три точки» деформация их минимальна, так как линза не испытывает изгибающих усилий.
Оправы, резьбовые, пружинные и промежуточные кольца изготовляются обычно из стали А12, стали 20 или латуни ЛС 59-1. Для пружинных колец диаметром свыше 80 мм применяется также сталь 50. Для оправ, резьбовых и промежуточных колец широко используются также алюминиевые сплавы марок Д1Т, Д6 и Д16.
Крепление проволочным кольцом. Для неответственных оптических деталей, к которым не предъявляются высокие требования по центрировке, прочности закрепления и герметичности соединения, применяется крепление проволочным кольцом. На рис. 11 изображено крепление оптических деталей проволочным кольцом. Канавка под проволоку растачивается в оправе с таким расчетом, чтобы проволока выступала из оправы на половину своего диаметра (рис. 11, а). На рис. 11,6 показано аналогичное крепление оптической детали в штампованной оправе. Недостатком такого способа крепления является наличие осевого и радиального (за счет зазора в посадке) люфтов. Однако для неответственных оптических деталей (светофильтры, рассеиватели, защитные стекла) этот способ крепления вследствие своей простоты и дешевизны применяется очень широко. Проволочные кольца изготовляются из стальной пружинной проволоки диаметром 0,4—1,0 мм в зависимости от диаметра детали.
Крепление пружинящими планками. Примеры крепления приведены на рис. 12, где показано крепление светофильтров при помощи трех пружинных планок и плоского пружинного кольца. Планки и кольца изготовляются из листовой пружинной стали толщиной 0,3—0,5 мМ.
Крепление объектива при помощи пружинящих мембран (рис. 13, а) применяется для объективов диаметром свыше 80 мм, работающих в условиях резких колебаний температуры, вибраций и толчков. Центрировка обеспечивается за счет точности изготовления фасок оправы и линз с последующей притиркой друг по другу. Усилие зажима регулируется шайбами.
Рис. 11. Крепление оптических деталей проволочным
жинящими планками
Рис. 12. Крепление светофильтров пру-
кольцом
Крепление линз объектива при помощи трех пружинящих прижимных планок применяется для линз диаметром свыше 200 мм (рис. 13, б).
Крепление оптических деталей приклеиванием. Крепление приклеи
ванием применяется в случаях, когда другие способы крепления по кон-
Рис. 13. Упругое крепление линз: а — крепление мембранами; б — то же пружинящими планками
структивным соображениям неприемлемы, а также ввиду простоты конструкции для неответственной оптики (защитные стекла шкал, осветительные призмы и т. п.). В качестве клеящих веществ используется эпоксидный клей ОК-50, полиуретановый клей ПУ-2, акриловый
Рис. 14. Крепление оптических деталей приклеиванием
клей, шеллак и герметики УТ-32 и УТ-34. Полиуретановый клей и герметики рекомендуются для приклеивания оптических деталей, работающих при резких колебаниях температуры, так как они обладают высокой упругостью. В этих случаях применение других клеев недопустимо. Примеры крепления оптических деталей приклеиванием приведены на рис. 14.
КРЕПЛЕНИЕ ПРИЗМ
В связи с многообразием применяемых типов призм конструкции узлов крепления их чрезвычайно разнообразны, поэтому охватить все возможные случаи не представляется возможным. Приведены только наиболее распространенные типовые варианты креплений.
Конструкции крепления призм можно классифицировать следующим образом: крепление установочными винтами; крепление пружиной; крепление накладкой; крепление планками и угольниками; крепление шпонкой; крепление приклеиванием; специальные крепления.
Выбор типа крепления производится в зависимости от конфигурации и размеров призмы, ее назначения (вращающаяся или неподвижная), условий работы прибора (удары, тряска, вибрация) и места установки в приборе.
При разработке конструкции призменного узла необходимо учитывать следующее.
1.	Установка призмы на плато или в оправу должна производиться на три опорных выступа или, в крайнем случае, на площадку с очень хорошей плоскостностью (плоскость необходимо шабрить или притереть). В противном случае возможна качка призмы в оправе или ее деформация при большом усилии зажима.
2.	Расположение крепежных элементов и базовых плоскостей должно быть таким, чтобы не создавались слишком большие усилия на острых углах и ребрах призм, так как это может привести к деформациям и выколкам как в процессе сборки, так и в процессе работы призмы в приборе.
3.	Касание рабочих граней призмы с элементами крепления должно происходить вне пределов светового диаметра. Это относится также к граням, работающим с полным внутренним отражением, так как в местах контакта с крепежными деталями эффект полного внутреннего отражения пропадает и возникает явление оптического контакта с материалом оправы, в результате чего свет не отражается данным участком грани призмы, а проходит сквозь него и отражается от опорной поверхности.
4.	Юстировка призменного узла может производиться или подвижкой призмы относительно оправы за счет ее подрезки или деформации, или подвижкой оправы вместе с призмой (что применяется чаще), для чего в конструкции узла следует предусмотреть возможность необходимых юстировочных подвижек.
5.	Установка эластичных прокладок (бумага, картон, фольга) не является необходимой, но это предохраняет грани призмы от повреждения и в некоторой степени компенсирует неточности изготовления опорных поверхностей элементов крепления.
Крепление прямоугольных призм
Крепление пружиной. Этот способ широко применяется для крепления призм полевых и лабораторных приборов, так как он обеспечивает надежное и эластичное соединение призмы с оправой (что важно при колебаниях температуры).
На рис. 15 показано крепление призмы бинокля. Призма устанавливается в гнезде корпуса и крепится сверху плоской прямой пружиной, концы которой заводятся под приливы корпуса. От выпадания пружина удерживается просечками, входящими в вырезы приливов. Юстировка призмы осуществляется поворотом ее в плоскости входной грани путем расчеканки стенок гнезда.
Крепление призмы в барабане применяется в панорамных приборах (рис. 16). Призма устанавливается на двух сегментах, привинченных к стенке барабана. Между призмой и опорными выступами на сегментах ставятся эластичные прокладки. Крепление осуществляется пружиной через накладку. Пружина фиксируется штифтом, входящим в отверстие накладки. Недостатком конструкции является ее громоздкость, поэтому
такое соединение рекомендуется применять только для призм со световым диаметром до 25 мм.
Крепление в оправе пружиной с регулировочным винтом применяется для призм, от которых требуется очень высокое качество изобра-
Рис. 15. Крепление призмы бинокля в корпусе плоской пружиной
жения. В этом случае наличие регулировочного винта позволяет плавно регулировать усилие зажима детали в пределах, не вызывающих деформаций призмы (рис. 17).
Для крепления прямоугольных призм чаще всего используются листовые пружины, изготовленные из стальной пружинной ленты, нагруженные в центре и свободно лежащие на двух опорах.
Расчетные формулы для таких пружин следующие:
bh*(ju I
р = т
1	/3Р _ 1 /2ОЦ
4 ’ bh3E 6 ’ hE 9
где f — прогиб пружины в мм при нагрузке Р в кГ;
/ — расстояние между опорами пружины в мм (для гнутых пружин выпрямленная длина);
b — ширина пружинь^ в мм,
h — толщина пружины в мм;
ои— допускаемое напряжение материала на изгиб в кГ/мм3\
Е — модуль нормальной упругости в кГ/мм3.
В приборах, подвергающихся тряске или толчкам, достаточная надежность крепления призм весом 200—300 г обеспечивается давлением пружины в 3—4 кГ. Для лабораторных приборов нагрузка на призму может быть уменьшена вдвое. Пружины соединяются с накладками винтами или заклепками. Диаметр отверстий в пружине не должен превышать трети ее ширины.
Крепление накладкой (рис. 18 и 19). Для фиксирования призмы на плато фрезеруют уступы или в случае необходимости юстировки ставят планки или угольники на винтах и штифтах. Для предохранения призмы от деформации под накладку устанавливают эластичную прокладку.
Крепление планками и угольниками. Этот тип соединения применяется очень широко, так как позволяет крепить призмы на плато и в оправах различных конфигураций. На рис. 20 показано крепление призм планками в оправах, а крепление планками и угольниками — на рис. 21. Пример крепления призмы со специальными фрезерованными канавками показан на рис. 22. Такой способ соединения удобен тем, что при больших габаритах призмы детали крепления сравнительно малы и просты по конфигурации, что, однако, достигается усложнением призмы.

Рис. 16. Крепление прямоугольной призмы пружиной в барабане
Рис. 17. Крепление прямоугольной призмы пружиной с регулировочным винтом
Рис. 18. Крепление прямоугольной призмы накладкой на плато с фрезерованными уступами
Рис. 19. Крепление прямоугольных призм на плато накладкой (а) и планками (б)
Рис. 20. Крепление прямоугольной призмы планками
Рис. 21. Крепление прямоугольной призмы планкой и угольником
Иногда юстировка призмы производится вместе с оправой. В этом случае оправа крепится не жестко, а устанавливается на регулировочных винтах. Конструкции узлов такого типа приведены на рис. 23, а, б.
Рис. 22. Крепление прямоугольной призмы угольниками
Крепление приклеиванием (рис. 24, а), Этот вид соединения широко используется для крепления неответственных призм небольших размеров
Рис. 23. Крепление прямоугольных призм в юстируемых оправах
Рис. 24. Крепление призм приклеиванием
(призмы осветительных систем, светопроводы и т. п.). Приклеивание применяется также в сочетании с дополнительным креплением установочными винтами, планками или угольниками (рис. 24, б). Склейка осуществляется различными клеями (см. гл. XXI). Материал оправы
11 Заказ 1902
выбирается так, чтобы коэффициент его линейного расширения был близок к коэффициенту линейного расширения стекла, иначе возможны деформации призмы при колебаниях температуры.
Крепление прямоугольных призм с крышей
Выбор типа крепления призмы с крышей определяется главным образом конструкцией корпуса или оправы, а также необходимостью юстировочных подвижек.
Крепление установочными кольцами. На рис. 25 показана конструкция крепления призмы с крышей при помощи призмодержателя и уста
Рис. 25. Крепление прямоугольной призмы с крышей с помощью призмодержателя
Рис. 26. Призмодержатель дах-призм
новочных колец. Оправой призмы служит коленчатый корпус прибора. Призма юстируется установочными кольцами, затяжка производится снизу двумя установочными винтами через резьбовую пробку корпуса. Установочные винты контрятся стопорными винтами. На рис. 26 показан призмодержатель, а в табл. 2 даны типовые размеры призмодержателей. Для придания пружинности на нем фрезеруется прорезь шириной 1,5— 2,5 мм.
2. Размеры призмодержателей (в мм) в зависимости от светового диаметра (см. рис. 26)
Св. 0 в мм	d	D	Di	h	hi	h2	n
До 18	Св. 0	d+2	l,8d	l,6d	4	4	1,5
Св. 18 до 30	Св. 0—3	d+3	2,2d	l,8d	5	5	2
> 30 » 40	Св. 0—6	d+4	2,4d	l,8d	6	6	2,5
Крепление пружиной. Этот тип крепления широко распространен, так как он дает возможность упростить конструкцию крепления и расши-
рить возможности юстировки. На рис. 27 изображено крепление призмы с крышей пружиной и установочными кольцами, которыми производится юстировка и затяжка соединения.
Рис. 27. Крепление прямоугольной призмы с крышей пружиной
А-А
Крепление пружиной и приклеиванием. Призма приклеивается к направляющей шпонке и легко юстируется установочными винтами (рис. 28).

Рис. 28. Крепление прямоугольной призмы с крышей пружиной и приклеиванием
Рис. 29. Крепление прямоугольной призмы с крышей пружиной и угольниками
Непосредственное соприкосновение торцов пружины с рабочими гранями призмы недопустимо из-за возможного их повреждения в процессе сборки и юстировки. Поэтому во всех аналогичных конструкциях
применяется накладка в виде угольника, на которую опирается пружина. Если призма крепится непосредственно пружиной (в приборах, не подвергаемых тряске или вибрации), то края последней должны быть
закруглены.
Рис. 30. Крепление прямоугольной призмы с крышей планками в оправе
Крепление пружиной и угольниками (рис. 29). Соединение обладает упругостью и хорошо работает при колебаниях температуры, а также при тряске и вибрации.
Крепление планками. Такой вид соединения обеспечивает жесткое крепление призмы в оправе и отличается простотой (рис. 30).
Крепление пентапризм
Крепление накладкой. На рис. 31 приведен пример крепления призмдд накладкой на плато. Фиксация положения Призмы производится двумя
Рис. 31. Крепление пентапризмы накладкой
установочными планками. Конструкцией предусмотрена юстировка узла на сферическом подпятнике. Крепление накладкой в оправе изображено на рис. 32.
Рис. 32. Крепление пентапризмы в оправе накладкой
Крепление пентапризмы угольниками (рис. 33). Такое крепление может быть рекомендовано для призм со световым диаметром до 25 мм.
Крепление пентапризмы установочными винтами в оправе (рис. 34). Этот вид крепления отличается простотой деталей и надежностью. Для
Рис. 33. Крепление пентапризмы угольниками
предохранения от повреждения между призмой и установочными винтами пбмещены эластичная и металлическая прокладки. Металлическая
Рис. 34. Крепление пентапризмы в оправе
прокладка должна равномерно распределять усилие зажима на всю поверхность грани призмы.
Крепление призмы Дове
Конструкция крепления призмы Дове зависит прежде всего от условий ее работы. Различают два варианта работы призмы — вращение и неподвижное положение. Для вращающихся призм применяются два типа крепления (рис. 35 и 36).
На нерабочей грани призмы фрезеруется паз, в который вклеивается шпонка с отверстием. Призма вместе со шпонкой вставляется в оправу и закрепляется в ней винтом с цилиндрическим концом, входящим
в отверстие шпонки. Юстировка призмы в оправе производится установочными винтами. Усилие от винтов передается на призму через лепестки оправы или вкладные сегменты.
Вариант, изображенный на рис. 36, несмотря на усложнение конструкции, предпочтительнее, так как чувствительность юстировки выше
Рис. 35. Крепление призмы Дове в оправе сегментной шпонкой
Рис. 36. Крепление призмы Дове в оправе сегментной шпонкой и вкладышами
и давление винтов более равномерно распределяется на грани призмы. Для возможности юстировки размеры квадратного отверстия оправы делаются на 0,5—1 мм больше размеров сечения призмы.
Глубина паза под шпонку выбирается такой, чтобы не срезался световой габарит призмы; обычно глубина равна 0,14 св. 0. Ширина паза равна четверти ширины призмы. Шпонка должна входить в паз свободно. Оправа крепится в приборе фланцем, на резьбе или резьбовым кольцом.
Крепление призмы Пехана
Узел крепления вращающейся призмы Пехана (рис. 37) состоит из оправы /, в которой при помощи двух планок и накладки через эластичные прокладки закреплена призма. Оправа с призмой подвешена к плато 2
на трех парах винтов, служащих для установки входной грани призмы перпендикулярно оси вращения стакана 3. Плато можно передвигать для совмещения оси призмы с осью вращения стакана.
Рис. 37. Крепление призмы Пехана
Крепление полупентапризмы
Крепление в штампованной оправе (рис. 38, а) широко применяется в биологических микроскопах с наклонным расположением окулярного
Рис. 38. Крепление полупентапризм
тубуса. Призма укладывается в оправу, которая винтами крепится к плато. Неподвижность соединения достигается некоторым пружинением оправы.
Крепление в оправе установочными планками изображено на рис. 38, б.
Крепление призмы-куба
Крепление призмы-куба планками и установочным винтом показано на рис. 39. Крепление производится через эластичные прокладки.
Крепление, показанное на рис. 40, осуществляется при помощи четырех установочных планок. От поперечного смещения призма удерживается прокладками, помещенными между боковыми гранями призмы и стенками оправы. Окончательная фиксация установочных планок производится цилиндрическими штифтами.
Рис. 39. Крепление призмы-куба установочным винтом
Крепление шпонками в оправе (рис. 41) отличается простотой конструкции, однако требует наличия фрезерованных пазов -на боковых гранях призмы. Затяжка призмы производится припиловкой шпонок.
Рис. 40. Крепление призмы-куба установочными планками в оправе
Рис. 41. Крепление призмы-куба шпонками в оправе
Крепление призмы Шмидта
Конструкция узла крепления призмы Шмидта с крышей дана на рис. 42. Призма крепится установочными планками. Боковое смещение
Рис. 42. Крепление призмы Шмидта с крышей
устраняется применением установочных винтов. Между винтами и гранью призмы помещены металлическая и эластичная прокладки.
Крепление призмы-ромба
Крепление в оправе пружиной (рис. 43) применяется очень широко в приборах, подвергающихся воздействию переменных температур. Для предохранения призмы от повреждений между ее гранями и оправой помещены эластичные прокладки. От бокового смещения призма удерживается пружиной или установочным винтом.
Рис. 43. Крепление ромбической призмы пружиной в оправе
Рис. 44. Крепление башмачной призмы
Крепление башмачной призмы
Крепление башмачной призмы осложнено наличием двух оптических элементов, взаимное расположение которых должно быть выдержано точно. Призма установлена в оправу и фиксируется установочными планками и седлообразной накладкой с установочным винтом. Между призмой и оправой помещены эластичные прокладки. Призма и дополнительный элемент разделены слоем алюминия, нанесенным в вакууме на нерабочую часть грани дополнительного элемента (рис. 44). Толщина слоя очень мала — 2—3 мкм.
КРЕПЛЕНИЕ ЗЕРКАЛ
Применяются различные способы крепления, зависящие от формы и размеров зеркала, его точности, назначения и условий работы. Конструкция крепления должна обеспечивать неподвижность соединения зеркала с оправой и отсутствие деформаций стекла, так как отражающие поверхности чрезвычайно чувствительны даже к небольшим искажениям формы, что приводит к ухудшению качества изображения.
При конструировании следует руководствоваться следующими правилами:
1)	крепление зеркала должно производиться с таким расчетом, чтобы в стекле не возникало напряжений и деформаций;
2)	конструкция крепежных элементов (колец, винтов, пружин) должна обеспечивать возможность регулировки усилия зажима;
3)	при работе узла в условиях колебаний температуры необходимо применять крепление пружиной, эластичные прокладки и подбирать материалы зеркала и оправы с близкими по величине коэффициентами линейного расширения;
4)	конфигурацию и размеры (особенно толщину) зеркала следует выбирать так, чтобы обеспечить выполнение всех перечисленных условий (см. табл. 8, гл. IV).
Крепление круглых зеркал
Крепление завальцовкой применяется широко для неответственных зеркал (например, осветительных) диаметром до 50 мм. Недостатком такого соединения является невозможность регулирования усилия зажима детали. Кроме того, соединение с оправой производится по всему периметру зеркала, что может вызвать его деформацию.
В качестве примера крепления завальцовкой на рис. 45, а приведена конструкция двустороннего осветительного зеркала микроскопа.
Крепление зеркала конденсора кинопроектора проволочным кольцом в штампованной оправе изображено на рис. 45, б. Для предохранения отражающего покрытия от перегрева между зеркалом и оправой помещена прокладка из асбеста. Конструкция допускает люфт зеркала в оправе.
Крепление резьбовым кольцом с использованием эластичных прокладок также применяется для зеркал невысокой точности (рис. 46).
Точные зеркала могут быть закреплены в оправах различными способами. Наиболее распространенным является крепление в оправе пружинным и резьбовым кольцами (рис. 47). Зеркало устанавливается в оправе на три точки фрезерованием оправы или путем помещения
прокладок из фольги, а пружинное винтом в таком положении, в котором ных точек оправы. Такое соединение и деформаций в стекле.
кольцо фиксируется установочным его выступы находятся против опор-обеспечивает отсутствие натяжений
Рис. 45. Крепление круглых зеркал
При креплении зеркал диаметром свыше 80 мм посадка в оправу производится не по всему диаметру, а на три пояска, расположенных пдд углом 120° на одной линии с торцовыми упорами.
Рис. 46. Крепление круглого зеркала резьбовым кольцом
Рис. 47. Крепление круглого зеркала с помощью пружинного кольца
Рис. 48. Крепление круглых зеркал лапками
Крепление лапками производится в трех точках (рис. 48). Между лапками и зеркалом, а иногда также между зеркалом и оправой поме-
щаются эластичные прокладки.
Крепление плоским пружинным кольцом (рис. 49) также дает хорошие результаты, однако в этом случае усилие зажима не регулируется. Данная конструкция узла Проста и малогабаритна. Пружинное кольцо изготовляется из листовой пружинной стали или бронзы.
Рис. 49. Крепление зеркала плоским пружинным кольцом
Крепление некруглых зеркал
Консольное крепление зеркал осуществляется винтами с помощью металлических планок и эластичных прокладок. Зажимается нерабочая часть детали или специально предназначенные для зажима
Рис. 50. Консольное крепление зеркал: а—планкой; б—винтами
выступы на зеркале (рис. 50 и 51). При таком креплении, особенно за выступы, несмотря на большое усилие зажима, рабочая поверхность зеркала не деформируется.
Рис. 51. Пентагональный отражатель
Рис. 52. Крепление некруглых зеркал в оправах: а — лапками;
б — планками
При креплении зеркала в оправе лапками зажим осуществляется в трех точках, лежащих напротив опорных выступов оправы. Под лапки и опорные площадки устанавливаются эластичные прокладки (рис. 52).
Крепление в оправе пружиной приведено на рис. 53. От бокового смещения зеркало удерживается привинченными планками.
Крепление эластичное и при колебаниях температуры не вызывает деформаций зеркала.
На рис. 54 приведена конструкция крепления концевого отражателя дальномера. Основание отражателя устанавливается на трех подпятниках. Сверху основание прижато планкой через
Рис. 53. Упругое креп ление зеркала
Рис. 54. Кварцевый пентаго-нальный отражатель
три подпятника, причем каждая пара подпятников установлена на одной линии, перпендикулярной плоскости основания отражателя.
Йрижимная Нланка — самоустанавливающаяся и крепится сферической гайкой. От поперечного смещения основание удерживается тремя
Рис. 55. Крепление зеркала шпонкой
угольниками, под которые установлены эластичные прокладки. Юстировка отражателя производится изменением высоты нижних подпятников и подйижкой угольников. Крепление позволяет сохранить высокую точность оптической детали при колебаниях температуры и воздействиях вибрации и толчков.
При недостатке места для консольного крепления фиксация положения зеркала может осуществляться шпонкой (рис. 55), а крепление — лапками и планками.
Некоторые трудности представляет крепление сферических зеркал некруглой формы и асферических зеркал. На рис. 56 и 57 показано креп-
Рис. 56. Сферическое зеркало в оправе
ление прямоугольных сферических зеркал лапками и планками в оправах. Опорные плоскости лапок должны быть перпендикулярны нормалям
к поверхности зеркала в зоне касания, а размер опорной поверхности рассчитан так, чтобы величина стрелки прогиба не превышала 0,03—0,05 мм. Под лапки должны быть положены прокладки из пробки или фторопласта толщиной примерно 0,5 мм.
Асферические зеркала крепятся в нескольких точках (в зависимости от размера детали) регулируемыми или подпружиненными самоуста-навливающимися прижимами с установкой эластичных прокладок.
При креплении крупногабаритных зеркал
Рис. 58. Торцовая опора зеркала
Рис. 57. Сферическое зеркало в оправе
Рис. 59. Радиальная самоустанавливаю-щаяся опора с термокомпенсатором
астрономических приборов деформация отражающей поверхности от собственного веса стекла при установке на три точки достигает величин, при которых работа зеркала становится невозможной. Поэтому в таких конструкциях число опор в направлениях действия силы тяжести увеличивают с таким расчетом, чтобы вес стекла распределялся между опорами и не вызывал деформации зеркала. Опоры выполняют самоустанавливаю-щимися (рис. 58) и регулируемыми, причем регулировка опор производится с одновременным контролем качества поверх-
ности.
Большое значение в конструкциях оправ имеет компенсация разности коэффициентов линейного расширения материалов зеркала и оправы. На рис. 59 приведена конст-
Рис. 60. Радиальная опора с термокомпенсатором
простым.
рукция самоустанавливающейся радиальной опоры. Между двух упоров, на которые своим ободком ложится зеркало, устанавливается стержень, материал которого выбран так, что его тепловая деформация компенсирует разницу в диаметральном зазоре между оправой и зеркалом при изменениях температуры.
Термокомпенсатор (рис. 60) состоит из набора опирающихся друг на друга стаканов 1 и 2, которые вы-
полняют ту же функцию, что и стержень в предыдущей конструкции. Опора зеркала выполнена регулируемой. Узел крепления получается очень компактным и конструктивно
Крепление некруглых защитных стекол
К узлам крепления защитных стекол предъявляются следующие требования: ,
1) соединение должно быть надежным; люфт или деформация защитного стекла не допускается;
2) соединение должно быть пылевлагонепроницаемым или герметичным.
Крепление планками (рис. 61) применяется для стекол различной конфигурации. Для герметизации соединения используется установка стекла на замазку, для чего в оправе должен быть предусмотрен гарантированный зазор 0,1—0,2 мм. Применяется также герметизация соединения путем установки резиновых прокладок.
Крепление защитных стекол с о скошенным краем в пазу типа ласточкина хвоста (рис. 62) отличается простотой конструкции и надежностью соединения. Стекло закреплено в оправе планкой, также имеющей профиль паза. Герметизация соединения производится уплотнительной замазкой.
При установке защитных стекол на замазке «Герметик УТ-32» (рис. 63) дополнительное крепление планками не про-
Рис. 61. Крепление плоских защитных стекол планкой
Рис. 62. Крепление защитного стекла посадкой на «ласточкин хвост»
Рис. 63. Крепление защитных стекол на замазке «Герметик УТ-32»
Рис. 64. Крепление защитного стекла приклеиванием
изводится. Соединение обладает хорошей прочностью и герметичностью, стойкостью к колебаниям температуры и вибрации. Толщина слоя герметика должна быть 0,1—0,5 мм.
Крепление приклеиванием применяется для неответственных защитных стекол небольших размеров лабораторных приборов (защитные стекла шкал, окон подсветки). Пример подобного соединения приведен на рис. 64.
Рис. 66. Крепление тройного склеенного защитного стекла
Рис. 65. Головка прибора со склеенным защитным стеклом
Конструкция головки прибора со склеенным защитным стеклом приведена на рис. 65. Стекло герметизируется замазкой. Между планками и стеклом помещена эластичная прокладка.
Крепление тройного склеенного защитного стекла планками изображено на рис. 66. Плоскости корпуса
АЛ
Рис. 67. Защитный колпак кругового обзора
шабрят до полного прилегания их ко всем трем стеклам. Для герметизации соединения опорные плоскости корпуса предварительно покрывают тонким слоем замазки.
Защитный колпак (рис. 67) состоит из семи склеенных стекол и крепится к плато при помощи оправы. Колпак устанавливают на резиновую прокладку и герметизируют дополнительно путем пропайки замазкой зазора между оправой и колпаком. Для предохранения стекла от повреждения между колпаком и оправой ставятся эластичные прокладки.
КРЕПЛЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ШКАЛ
Отсчетные шкалы, не отличающиеся высокой точностью, обычно крепятся планками, установочными винтами или пружиной. При креплении точных шкал измерительных приборов очень важно не Допустить деформации их. Кроме того, вследствие разности коэффициентов линейного расширения материалов шкалы и оправы возможно повреждение стекла при случайных колебаниях температуры в случае жесткой заделки и большой длины шкалы. Поэтому точные шкалы крепятся регулировочными винтами и пружинами, причем расположение крепежных элементов выбирается таким, чтобы исключить деформацию стекла (точки опоры и прижима должны лежать на одной линии, перпендикулярной граням шкалы).
На рис. 68 приведена конструкция крепления линейных шкал измерительного микроскопа. Шкала устанавливается на регулируемые опоры
Рис. 68. Крепление отсчетных шкал: а — шкалы длиной 45 мм; б — шкалы длиной 100 мм
и прижимается к ним пружинами. Аналогичные крепежные элементы использованы для крепления в других направлениях. После сборки и регулировки винты заливаются гипсом, клеем или краской.
СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ В ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРАХ
Оптические системы часто расположены в трубах (тубусах). Соединения труб между собой и с корпусами должны соответствовать требованиям прочности, точности, герметичности (иногда) и технологичности.
Рис. 69. Крепление труб к корпусам приборов с уплотнением: а — резиновыми кольцами; б — замазкой; в — резиновой прокладкой
Сопряжение может выполняться по цилиндрическим поверхностям или с помощью фланцев (рис. 69).
Соединение резьбой лучше выполнять с применением гладкого центрирующего пояска. Рекомендуемая посадка С3 или Д (рис. 70, г).
Фланцевые соединения более точны и устойчивы, а также удобнее в сборке, но требуют изготовления труб из заготовок большего диаметра, поэтому рационально фланец приваривать к трубе. Герметичность соединения достигается установкой прокладок из резины или фторопласта,
8)	Замазка
(ZZZZZZZ
Резиновое кольцо
Рис. 70. Соединение труб: а — винтами с уплотнением замазкой; б —накидной гайкой, быстросъемное негерметичное; в — на резьбе; з — на резьбе с центрировкой; д — резьбовым кольцом; е — фланцами; ж — зажимным хомутиком

*9

а также уплотнительной замазкой, помещаемой в резьбе и на плоскостях фланцев. Сопряжение, показанное на рис. 69, а, применяется для быстросъемных герметизированных узлов.
При выборе конструкции сопряжения необходимо предусмотреть, чтобы уплотнительная 3‘амЗЗка не попала внутрь прибора в процессе сборки. Такая возможность имеется в конструкциях, показанных на рис. 70, а, в. При применении подобных конструкций необходимо предусмотреть возможность чистки торцов резьб изнутри в процессе сборки. При изготовлении труб из дюралюминия во избежание заклинивания шаг резьбы S должен быть не менее 0,75 мм, а длина свинчивания не более 6—10 S. Резьба должна иметь оксидное покрытие.
Литература: [4, 491
ГЛАВА VI
ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ УЗЛОВ
УЗЛЫ КРЕПЛЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ СТЕКОЛ
Требования, предъявляемые к креплению защитных стекол, указаны в гл. V.
На рис. 1 изображена головка визира, снабженная механическим стеклоочистителем и устройством для обогрева защитного стекла. Обо-
Рис. 1. Защитное стекло со стеклоочистителем и обогревательным устройством
гревательное устройство состоит из токопроводящей пленки, нанесенной на внутренней поверхности стекла. Для подвода питания по краям стекла нанесен распылением слой инвара, к которому припаяны металлические шайбы. К этим шайбам винтами крепятся провода.
Головка визира (рис. 2) закрыта сферическим защитным стеклом, рассчи-
Prfc. 2. Головка визира
тайным на работу в воде с большим внешним давлением. Герметизация соединения достигается за счет установки прокладок.
В настоящее время широко применяется установка защитных стекол на замазке «Герметик УТ-32». Крепление подобного типа описано в гл. V.
СИСТЕМЫ ВИЗИРОВАНИЯ
В панорамических приборах для визирования по вертикали и горизонтали применяются призмы и плоские зеркала. В качестве визирных призм используются прямоугольные призмы и призмы-кубы. Визирова
ние по горизонту в приборах обычно связано с вращением изображения. Для стабилизации изображения используют вращающиеся призмы Дове или Пехана.
На рис. 3 приведена конструкция узла вертикального обзора бинокулярного визира. Качающийся призменный мостик установлен своими цапфами в подшипниках корпуса прибора. Две идентичные прямоуголь-
Рис. 3. Качающийся призменный мостик
ные призмы в оправах крепятся к мостику на юстировочных винтах, служащих для согласования визирных осей. На мостике установлен зубчатый сектор для связи с механизмом наведения.
Узел визирной призмы (рис. 4) снабжен лимбом для отсчета углов визирования с точностью до Г. Лимб установлен на качающейся оправе
Рис. 4. Визирная призма с лимбом
на трех центрирующих винтах. Для точной центрировки лимба на его поверхности одновременно с гравировкой делений наносят круговую риску, центр которой точно совпадает с центром делений. Для исключения эксцентриситета шкалы при сборке производится центрировка лимба по кольцевой риске относительно оси вращения оправы.
Механизм вертикального наведения визира (рис. 5) состоит из призмы-куба / в оправе 2, установленной на юстировочных винтах в качающейся оправе 3. Оправа вращается в шарикоподшипниках,
Рис. 5. Механизм вертикального наведения
закрепленных в кронштейнах на основании 5. Для исключения «резания» 1 по вертикали ось качания призмы должна быть параллельна опорной плоскости основания.
Качание призмы производится системой шток—рейка—зубчатый венец, причем в качестве рейки использован червяк. Червяк 6 имеет лыску и фиксируется от проворота шпонкой 7, закрепленной во втулке 8, которая может поворачиваться, благодаря чему достигается точная установка визирного луча без осевого смещения червяка. Мертвый ход в кинематической цепи выбирается винтовой пружиной 4.
Визирная призма, изображенная на рис. 6, крепится к вращающейся оправе на юстировочных винтах. Для предохранения оптической системы от засветки посторонними лучами имеется складная металлическая шторка. Привод от механизма наведения осуществляется через коническое зубчатое колесо на цапфе оправы.
Конструкция панорамной головки (рис. 7) состоит из узла качающейся призмы и механизма наведения, .который позволяет производить визирование в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Горизонтальное наведение осуществляется вращением червячного колеса 5, на котором установлен кронштейн 9, несущий призму 3. Вертикальное наведение происходит при вращении червячного колеса 7, установленного на шарикоподшипниках и имеющего втулку с внут
ренней резьбой. Ходовой винт 5 имеет полку, на которую торцом опирается зубчатая рейка 2, сцепленная с сектором 1 качающейся призмы. При вращении колеса 7 винт 5, вращение которого ограничено шпонкой 4, будет двигаться по резьбе в вертикальном направлении по направляющей колонке 6, перемещая при этом рейку 2, которая, в свою очередь, будет качать оправу с призмой. При вращении колеса 8 рейка 2 будет скользить опорным торцом по плоскости полки винта 5 и не будет перемещаться в вертикальном направлении.
На рис. 8 изображена головка прибора с качающимся зеркалом. Применение зеркала возможно только при малых углах визирования
1 Термином «резание* принято называть отклонение плоскости движения визирного луча от вертикальной или горизонтальной плоскости при визировании в указанных плоскостях.
в плоскости, перпендикулярной плоскости зеркала. При больших углах качания габариты зеркала недопустимо увеличиваются.
Горизонтальное наведение осуществляется поворотом несущего кронштейна /, установленного на червячном колесе 9. Вертикальное наведение производится качанием оправы 3 с зеркалом при помощи зубчатого сектора 4 и рейки 2. Перемещение рейки осуществляется сухарем 5, свободно сидящим вместе с оправой 6 на хвостовике винта 7. Винт имеет только осевое перемещение при вращении приводного зубчатого колеса 8.
Компенсация поворота изображения, как указывалось выше,
Рис. 7. Панорамная головка с качающейся визирной призмой
Рис. 6. Качающаяся визирная призма
2
Типовые конструкции оптико-механических узлов
производится вращающимися призмами. На рис. 9 приведена конструкция узла с призмой Дове. Узел вращающейся призмы Пехана приведен на рис. 37, гл. V.
Схема устройства дистанционного наведения визира показана на рис. 10. Устройство состоит из головной призмы и системы следящего электропривода. Исполнительным элементом является маломощный управляемый электродвигатель; обратная связь осуществляется с помощью двух вращающихся трансформаторов (ВТ) — грубого и точного
Рис. 10. Визирная головка с дистанционным приводом
отсчета. Наличие двух элементов обратной связи объясняется их невысокой точностью по сравнению с необходимой точностью визирования. Редуктор механизма состоит из цилиндрических прямозубых зубчатых колес. Для выборки мертвого хода в цепи призма — ВТ точного отсчета применены разрезные подпружиненные зубчатые колеса г2 и z4. Соединительная муфта также выполнена безлюфтовой.
Величина суммарной ошибки на визирном луче зависит от точности работы следящей системы, точности ВТ точного отсчета и точности работы зубчатых колес (ошибка отсчета и мертвый ход). Для нахождения ошибки на визирном луче зададимся параметрами зубчатых колес механизма (табл. 1). Одновременно рассчитаем величину мертвого хода на электродвигателе.
Средняя практическая периодическая ошибка передачи на ведомом звене (визирном луче) определяется по формуле
2 ДФ?р = VДФ1‘1 + Д<Р2'2 + ДФз'з + ДФ4*4'
где Дф — периодическая ошибка зубчатого колеса;
i — частное передаточное отношение.
Средняя практическая ошибка мертвого хода на визирном луче определяется по формуле
5 ДФ?р = 6<P1Z1 + 6<Р2‘2 + 6Фз/3 + fi<P4Z4’
где дф — ошибка мертвого хода зубчатого колеса.
1. Параметры зубчатых колес механизма
Обозначение колеса	Число зубьев	Модуль	Степень точности по ГОСТу 9178—59
	125	0,8	6
г2	25	0,8	б
?з	100	0,8	7
Ч	25	0,8	7
Ч	80	0,5	8
Ч	20	0,5	8
z.	80	0,5	8
Z8	20	0,5	8
Z0	60	0,4	8
?10	15	0,4	8
Общая суммарная ошибка на визирном луче составляет
Средняя практическая ошибка мертвого хода на валу электродвигателя рассчитывается по формуле
2 ^^ср = 0’5 (5фюЧо + 5ф9^9 + б(р8*8 + бф747 + дф64б + ^Фб^’б)-
Периодические ошибки Дф и ошибки мертвого хода дф для каждого зубчатого колеса механизма приведены в табл. 2, частные передаточные отношения — в табл. 3.
Подставляя числовые значения в формулы, найдем
2Дф"р₽ = 2,8'; 2ЖРР = 3'.
2. Периодические ошибки и ошибки мертвого хода зубчатых колес
Обозначение колеса	Периодическая ошибка Дф	Ошибка мертвого хода бф	Обозначение колеса	Периодическая ошибка Дф	Ошибка мертвого хода бф
	2,9'	1,2'	z8	—	20'
Z2	10'	5'		—	Т
Z3	5'	2,2'	z8	—	20'
Z&	14,8'	7,4'	?9	—	10,5'
г5	—	7'	?10	—	35'
3. Частные передаточные отношения
Обозначение	Формула	Числовая величина	Обозначение	Формула	Числовая величина
h	—	1	4о	—	1
			h		4
		1		210	
J	2г				
h		5	h		4
				210	
4	22	1	h	27 , 29	16
	*1	5		28 ’ 2io	
			Zg	2? e 29	16
	*4 t 22	1		28 ’ 210	
	23 * Z1	20	4	25	27	Z9 2б	28	Zio,	64
					
Для устранения ошибки мертвого хода в механизме применены разрезные зубчатые колеса. Тогда ^<р = 2д<р"р = 2-8 •
Практически ошибка отсчета будет несколько меньше, так как угол поворота колеса примерно равен 45° (влияние эксцентриситета зубчатого, венца на ошибку отсчета мало).
Мертвый ход на валу электродвигателя	= 8° 30'.
Расчет мертвого хода на валу исполнительного электродвигателя производится вследствие того, что слишком большая величина мертвого хода может вызвать автоколебания системы. Для* уменьшения мертвого хода передачи выполняются с регулируемым межцентровым расстоянием. Практически полностью устранить мертвый ход в цепи Призма — ВТ точного отсчета не удается. Наличие сил трения вызывает появление упругого мертвого хода. Его уменьшению способствует применение шарикоподшипников и зубчатых колес с высокой чистотой рабочей поверхности зубьев (шевингованных или шлифованных).
В качестве датчиков обратной связи можно применять потенциометры, сельсины и другие элементы, обеспечивающие необходимую точность.
Конструкция оптического шарнира приведена на рис. 11. Оптическая схема и принцип работы устройства показаны на рис. 93, гл. IV. На основании 4 закреплена пружиной через накладку прямоугольная призма 5-В отверстиях основания установлены две одинаковые призменные головки, состоящие из корпуса 5, в котором установлена на прокладках прямоугольная призма 2, закрепленная пружиной /. Усилие прижима регулируется эксцентриком 6. На корпусах призменных головок установлены зубчатые секторы 7, сцепленные между собой. Сочленение призменных головок с другими узлами прибора производится с помощью резьбы и центрирующего пояска.
В начальном положении все три призмы должны лежать в одной плоскости. Угловая ошибка зубчатой передачи вызовет такой же величины наклон изображения.
Рис. 11. Оптический шарнир
ОБЪЕКТИВЫ
Объектив — главный элемент любой оптической системы, от качества выполнения которого зависит качество всей оптической системы. Ниже рассмотрены следующие группы объективов: объективы телескопических приборов, зеркально-линзовые объективы, фото- и кинообъективы и микрообъективы.
Объективы телескопических приборов
Телескопические приборы (визиры, зрительные трубы и т. п.) имеют, как правило, простые двухлинзовые объективы. В бинокулярных приборах (бинокль, стереотруба) одним из основных условий работы оптической системы является параллельность визирных осей обеих труб. Креп-
ление одного из объективов такой системы в эксцентриковой оправе дает возможность устранить непараллельность визирных осей, т. е. компенсировать ошибки изготовления отдельных деталей и погрешности сборки, В некоторых прицельных приборах эксцентриковые оправы объективов
предназначены для совмещения визирной оси системы с геометрической осью трубы прицела.
На рис. 12 приведены два типа эксцентриковых креплений. Конструкции состоят из эксцентриковой оправы, в которой завальцовкой или резьбовым кольцом укрепляется объектив, и эксцентриковой втулки, надеваемой на оправу. Вращением оправы относительно втулки и втулки относительно корпуса можно смещать оптический центр объектива в плоскости, перпендикулярной оси трубы, и тем самым изменять положение визирной оси системы. После юстировки эксцентриковая оправа жестко закрепляется в корпусе зажимным кольцом.
В связи с погрешностью изготовления оптических деталей и, в частности, погрешностью фокусных расстояний и последних отрезков лйнз, возникает необходимость продольной юстировки объектива с целью совмещения плоскости изображения объектива с плоскостью сетки. Для этой цели применяются различные компенсаторы: установка оправы объектива на резьбе (рис. 13, а), подрезка оправы (рис. 13, б) и установка про
Рис. 12. Объективы в эксцентриковых оправах
Рис. 13. Устройства для фокусировки объективов
кладных колец (рис. 13, в); подбором толщины или подрезкой прокладных колец производится фокусировка. На рис. 14 приведена конструкция объектива с тонкой фокусировкой. Оправа объектива закрепляется в корпусе между наружным и внутренним резьбовыми кольцами. Принцип юстировки ясен из чертежа.
Фокусные расстояния линз выдерживают при изготовлении с точностью ±2%, поэтому в тех случаях, когда фокусное расстояние объектива должно точно соответствовать расчету (или когда у двух объективов фокусные расстояния должны быть равны между собой, например, у дальномера), применяются несклеенные объективы с регулируемым
воздушным промежутком. Изменяя расстояние между линзами, можно компенсировать ошибки фокусных расстояний каждой из линз и получить требуемую величину.
Конструкция, показанная на рис. 15, состоит из корпуса, в котором на направляющих шпонках установлены оправы с линзами. Между оправами имеется распорное кольцо, навинченное на одну из них. Вра-
щая распорное кольцо в ту или другую сторону, можно изменять воздушный промежуток между линзами. Обе оправы закрепляются в корпусе резьбовыми кольцами. Вращение распорного и резьбовых колец произ
водится через окна в корпусе; для этой же цели на кольцах имеются отверстия. Приведенная конструкция позволяет смещать объектив в осевом направлении для совмещения фокальной плоскости с сеткой.
Зеркально-линзовые объективы
Зеркально-линзовые объективы применяются, когда нужно получить небольшую длину системы при большом
фокусном расстоянии объектива, апохроматическую коррекцию при большом относительном отверстии и т. д. Эти объективы чрезвычайно чувствительны к точности центрировки и усилию зажима зеркал. Поэтому в конструкции должны быть предусмотрены центрировка зер-
Рис. 16. Зеркально-линзовые объективы
кал в оправах методом автоколлимации и регулировка усилия зажима зеркал.
На рис. 16, а приведена конструкция зеркально-линзового объектива, состоящего из трехсферного мениска и зеркала Манжена. Каждая оптическая деталь крепится и центрируется в своей оправе, а затем встав
ляется в тубус. На наружную поверхность оправ наклеивается слой пробки, служащей упругим элементом для выборки радиального зазора между оправами и тубусом. От смещения в оправах зеркала удерживают пробками из фосфатцемента.
Зеркально-линзовый объектив, изображенный на рис. 16, б, имеет более сложную конструкцию. Крепление зеркал за ободок отверстия уменьшает их деформацию от усилия зажима. Малое зеркало объектива имеет температурный компенсатор, который дает возможность сохранить положение фокальной плоскости при колебаниях температуры; он состоит из алюминиевой шайбы, установленной между оправами зеркала и первой линзы.
Фото- и кинообъективы
Фото- и кинообъективы составляют особую группу оптико-механи-г ческих узлов. По конструктивному оформлению их можно разделить на следующие группы: сменные объективы для фотокамер с дальномером; сменные объективы для зеркальных фотокамер и кинокамер; жестко встроенные объективы; объективы с переменным фокусным расстоянием.
Основной особенностью этих объективов является высокое качество изображения. Для первых двух групп характерно то, что они должны обеспечивать возможность быстрой установки на камеру с необходимой точностью (0,01—0,02 мм в осевом направлении) без юстировки. Для присоединения объективов к камере используются резьбовое и байонетное соединения.
Объективы первой группы состоят из собственно объектива, включающего оптические узлы, корпуса, механизма диафрагмы, механизма фокусировки и механизма привода дальномера (объективы второй группы отличаются от объективов первой только отсутствием последнего механизма). Связь подвижки объектива с подвижкой воспринимающего рычага дальномера камеры осуществляется дальномерным кольцом, жестко связанным с оправой оптического блока. При использовании объективов с фокусным расстоянием, отличным от основного для данной камеры, дальномерное кольцо связывается с оптическим блоком посредством специального механизма (дифференциальной резьбы).
На рис. 17 приведены фотообъективы различных конструкций. Объектив «Индустар-22» (рис. 17, а) имеет телескопический убирающийся тубус 3 с байонетной фиксацией в рабочем положении. Оправы с линзами 1 и 6 установлены на резьбе в оправе 2, которая, в свою очередь, крепится резьбовым кольцом 5 в тубусе 3. Подрезкой прокладного кольца 4 выдерживают рабочий отрезок1 объектива при сборке. Фокусировка производится перемещением кольца 7 по резьбе кольца 8. Поводок кольца 7 имеет фиксацию в положении «бесконечность». Связь с дальномером камеры осуществляется торцом кольца 7.
Объектив, показанный на рис. 17, б, состоит из оптического блока 2 с механизмом диафрагмы, дистанционного кольца /, дальномерного кольца 4 и корпуса 3. Все эти узлы связаны между собой механизмом дифференциальной резьбы. Принцип действия этого механизма состоит в следующем (рис. 18). При вращении кольца 7, имеющего внешнюю правую резьбу Ml с шагом tlt происходит его перемещение в осевом направлении относительно неподвижного корпуса 2. В случае, если резьба М2
1 Рабочим отрезком объектива называется расстояние от базового торца оправы до задней фокальной плоскости.

имеет шаг /а, отличный от шага tlf то кольцо 3 начнет перемещаться с шагом, равным разности шагов tx и t2. Если же резьба М2 имеет другое направление (левая резьба), то перемещение кольца 3 будет равно сумме шагов tY и /2. Если кольцо 3 связано с кольцом / резьбой М2 того же шага
Рис. 18. Схема дифференциальной резьбы
и направления, то его перемещение не произойдет.
Таким образом, подбирая Соотношение шагов резьб и их направление, можно получать различные линейные перемещения двух деталей (например, оптического блока и дальномерного кольца, рис. 17, б) при вращении одной из них, связанной с дистанционной Шкалой. В конструкциях фотообъективов без дальномерного кольца и в кинообъективах фокусировка может производиться или перемещением оптического блока относительно
корпуса объектива, или
фокусировочным кольцом съемочной камеры (рис. 17, в). Объектив, изображенный на рис. 19, имеет насыпную конструкцию (все линзы за-вальцованы в оправах одного диаметра). Фокусировка производится перемещением оправы оптического блока по резьбе корпуса.
На рис. 20 приведена конструкция объектива, вмонтированного в центральный фотозатвор. В такой конструкции центрировка переднего
и заднего компонентов осуществляется через детали затвора, поэтому качество изображения, даваемого таким объективом, ниже, чем у объективов в моноблоке.
Особую группу составляют объективы с переменным фокусным расстоянием. Оптическая система таких объективов состоит из основного объектива и телескопической насадки с переменным увеличением. Изменение увеличения достигается осевым перемещением отдельных компонентов насадки. Конструктивную сложность представляет то, что
12 Заказ 1902
перемещения различных компонентов происходят одновременно и по различным законам. Для перемещения применяются вращающиеся оправы со спиральными пазами. Основную трудность их изготовления составляют выдерживание точности пазов и получение минимальных люфтов в сопряжениях.
Микрообъективы
Конструкции микрообъективов разнообразны и зависят от назначения объектива. Крепление к тубусу микроскопа производится при помощи специальной объективной резьбы, профиле и размеры которой приведены в табл. 4. Для крепления объективов, имеющих большой диаметр, применяется резьба М27Х0,75.
4. Резьба для объективов микроскопов (по ГОСТу 3469—46) Все размеры даны в мм
S
сгО
Наружный диаметр резьбы		Средний диаметр резьбы		Внутренний диаметр резьбы		Шаг резьбы	Глубина резьбы	Рабочая высота витка	Зазор по профилю
ао	ао	dcp		"1	Л			f 2	Z
Болт 20,270	Гайка 20,320	Болт 19,818	Гайка 19,868	Болт 19,366	Гайка 19,416	0,705	0,452	0,428	0,05
Обозначение резьбы по ГОСТу 11200—65: ОБ 4/6Х1/зв'/-
Для соединения микрообъективов с тубусом разработаны два вида сопряжений — на резьбе и на гладком центрирующем пояске (для микроскопов с верхним расположением предметного столика). Размеры сопряжений в соответствии с ГОСТом 11200—65 приведены в табл. 5.
При сборке микрообъективов производятся их центрировка и подрезка базового торца, причем размер от базового торца до плоскости предмета должен быть одинаков для всех объективов, применяемых для определенного типа микроскопа.
5. Сопряжение микрообъектива с тубусом (по ГОСТу 11200—65) Размеры в мм
Вид соединения	d	di	D	1	h не менее
		допускаемое отклонение по Св		допускаемое отклонение по С5	
I	ОБ 4/5X1/36"	19	24	4,2	3
	М27Х0.75, кл. 2а	26	34	4,8	4
Вид соединения		d	di	di	di	d4 не менее	D	1	ii	li не менее
		допускаемое отклонение					допускаемое отклонение		
		A /D	Л6	Cs			А>	Д4	
II	ОБ 4/5X1/36" М27Х0,75, кл. 2а	21 28,5	21,5 29	19 26	20,5 27,2	24,5 34	4,5 5,8	3,5 4,5	4 4,5
На рис. 21 изображен простейший объектив ахромат 8X0,20. Линзы объектива в оправах установлены в общий тубус и закреплены резьбовым
Рис. 23. Микрообъектив апохромат 65X0,80 зеркально-линзовый (кварцевый)
кольцом. В конструкции, приведенной на рис. 22, линзы объек-
Рис. 22. Микрообъектив ахромат 90X1,25 масляной иммерсии
06 Уз'УЗб"
Рис. 21. Микрообъектив ахромат 8X0,20
тива центрируются по автоколлимации с оправами и устанавливаются в общий тубус. Для компенсации погрешностей изготовления деталей
М 27* 0,75
Рис. 24. Эпиобъектив ахромат 40X0,65, тубус 190 мм
и сборки оправа второй линзы посажена в тубус с радиальным зазором. Перемещением этой линзы в плоскости, перпендикулярной оси объектива, добиваются требуемого качества изображения. Такая система юстировки применяется во всех сильных микрообъективах.
Зеркально-линзовый кварцевый объектив (рис. 23) применяется для работы в ультрафиолетовой части спектра. Конструкция объектива понятна из чертежа. Эпиобъективы (рис. 24) используются для работы в отраженном свете. Конструктивно такой объектив состоит из микрообъектива и металлического параболического зеркала, служащего для освещения предмета наклонными пучками (наблюдение в темном поле).
Конструкция объектива, показанная на рис. 25, отличается наличием ирисовой диафрагмы, предназначенной для изменения апертуры объектива. Управление диафрагмой осуществляется кольцом с накаткой на тубусе объектива.
Иммерсионный 1 объектив 90Х 1,25 (рис. 22) имеет устройство, предохраняющее от порчи препарат и фронтальную линзу объектива. При
Рис. 25. Микрообъектив апохромат 60X1,0—0,7 с ирисовой диафрагмой
Рис. 26. Микрообъектив апохромат 40X0,95 с коррекционной оправой
упоре оправы фронтальной линзы в покровное стекло внутренний тубус останавливается, сжимая имеющуюся в верхней части оправы пружину, усилие сжатия которой ощущается рукой наблюдателя.
Так как оптическая система микрообъектива рассчитана на работу с покровным стеклом, то отклонение толщины последнего (0,17 мм) от расчетной влияет на качество изображения, даваемого объективом. Для компенсации этих ошибок (в случаях особо высоких требований к качеству изображения) применяются объективы с коррекционной
1 Иммерсионная жидкость, помещаемая между фронтальной линзой микрообъектива и покровным стеклом препарата, позволяет повысить числовую апертуру объектива благодаря тому, что показатель преломления ее больше показателя преломления воздуха.
оправой (рис.26). При вращении коррекционного кольца на тубусе объектива происходит изменение воздушного промежутка между вторым и третьим компонентами, чем производится коррекция качества изображения.
ОКУЛЯРЫ
Для рассматривания изображения, даваемого объективом, в оптических приборах используются окуляры. По оптическим схемам и конструктивным особенностям окуляры могут быть подразделены на окуляры телескопических приборов и окуляры микроскопов. Для телескопических приборов применяются окуляры с внешней и внутренней фокусировкой. Особую группу составляют автоколлимационные окуляры.
Для наблюдателя, страдающего близорукостью или дальнозоркостью, с целью резкого видения фокальная плоскость окуляра должна быть смещена в ту или другую сторону относительно плоскости изображения. Величина этого смещения X, соответствующая рефракции глаза
NIok
N дптр, выражается формулой X = мм.
Окуляры обычно рассчитываются на смещение, соответствующее 4—5 дптр в каждую сторону.
Конструкции окуляров с внешней фокусировкой приведены на рис. 27 и 28. Такие окуляры ввиду простоты являются наиболее распространенными. Фокусировка производится перемещением оправы с линзами окуляра по резьбе корпуса. Для получения малого угла поворота ведущего кольца (менее 360° при наличии на ведущем кольце диоптрийной шкалы) при большом осевом перемещении и тонкостенных оправах применяется специальная мелкая трапецеидальная многоходовая резьба, так называемая окулярная резьба (табл. 6).
Кроме резьб, указанных в табл. 6, допускается применение резьбы с шагом 1 мм для диаметров до 20 мм.
Недостатком таких окуляров является то, что при фокусировке происходит вращение наглазника, укрепленного на оправе. Это осложняет работу с прибором и затрудняет установку несимметричных наглазников. Для исключения указанных недостатков конструкция окуляра выполняется так, чтобы при вращении ведущего кольца происходило только линейное перемещение оправы линз с установленным на ней наглазником. Для предохранения оправы линз окуляра от проворачивания применяются направляющие шпонки или штифты.
На рис. 29 показан окуляр лупы сквозной наводки киносъемочной камеры. Оправа линз имеет продольное перемещение при вращении ведущего кольца. Так как с помощью этого окуляра рассматривается изображение на кинопленке, заряженной в камеру, то необходимо преградить доступ света внутрь прибора со стороны выходного зрачка. Для этого установлен несимметричный наглазник, более плотно прилегающий к глазу, и имеется устройство, исключающее доступ света в камеру в то время, когда наблюдение в окуляр не производится. При нажиме на наглазник / клин 2 входит в корпус 3 и, раздвигая лепестки 4, открывает доступ света к глазу наблюдателя. По прекращении наблюдения детали механизма возвращаются в исходное положение и лепестки шторки перекрывают световое отверстие.
Описанные выше типы окуляров имеют существенные недостатки. При фокусировке окуляра вследствие его продольного перемещения происходит также смещение выходного зрачка прибора. При наличии

6. Окулярная резьба (по ГОСТу 5359—50) Размеры в мм
Болт		Болт и гайка		Глубина резьбы <1 - <		Рабочая высота витка tt	*N II N О м со 00	Ширина впадины т = т'	Гайка		Рекомендуемое число ходов резьбы							
Диаметр резьбы		средний диаметр резьбы dcp	шаг резьбы S					Диаметр резьбы									
наружный d0	внутренний dl							наружный dQ	внутренний dj								
10	8,8	9,45						10,1	8,9	1	2	4							—		
12	10,8	11,45						12,1	10,9	1	2	4	—	—	—	—	—
14	12,8	13,45						14,1	12,9	1	2	4	—	—	—	—	—
16	14,8	15,45						16,1	14,9	1	2	4	6	—	—	.—	—
18	16,8	17,45						18,1	16,9	1	2	4	6	—	—	—	—
20	18,8	19,45	1,5	0,6	0,55	0,05	0,38	20,1	18,9	1	2	4	6	—	—	—	—
22	20,8	21,45						22,1	20,9	—	2	4	6	8	—	—	—
24	22,8	23,45						24,1	22,9	—	2	4	6	8	—	—	—
26	24,8	25,45						26,1	24,9	—	—	4	6	8	12	.—	—
28	26,8	27,45						28,1	26,9	—	—	4	6	8	12	—	—
Типовые конструкции оптико-механических узлов
oo-q-qcDCDCDCDcncncDcn4^4^4^4^4^oo ocDOOomtoooouitoooocD^toooo	GO GO GO GO CD 4^ tO О	наружный d0	Диаметр резьбы	I	Болт	1
-^-qa>a>a>a>cncncncn4^4^4^^^ww oowoocnwooocnwooocn^Kioooa) СЛ СЛ Ц1 СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ 00	GO GO GO tO 4^ to 0 00 00 00 00 00	внутренний dt		
*^1-4СЛ(0)СЛСЛСЛСЛСЛСЛФ>-Ф>-Ф>-4^4^СОоэ p4^co-q4^^-co^q4^-— со -q Сл оэ -— со -q CO CO CO CO CO CO CO GO CO CO CO CO CO CO CO CO 4^ СЛ	GO GO GO tO ppj—p СЛ СЛ СЛ СЛ	средний диаметр резьбы dcp		| Болт и гайка
to	СЛ	шаг резьбы S		
0,75	0,6	Глубина резьбы <i°4.		
p	0,55	Рабочая высота витка t2		
0,05	0,05	Зазор z = z'		
0,54	0,38	Ширина впадины т = nd		
oo-q-qa>a>a>a>mmmm^4^4^4^4^oo p p 0 p p to 0 p p to 0 p p 4^ to 0 p H**	►—*	9—* »—*	GO GO GO GO CD £.10 0	наружный	Диаметр 1 резьбы	1 Гайка	1
"q-qcDCDCDCDcncncncn4^4^4^4*4^coco p w p O) w p 00 э w p 00 o> 4^ to 0 00 O) CDCDCDCDCDCD(O)CDCDCDO)(O)CDCDCDCDCO	GO GO GO tO 4^ tO О 00 с© Ф co co	внутренний		
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1	I 1 1 1 Illi	Рекомендуемое число ходов резьбы 1			
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1	4^ 4^ 4^ Ф.			
| | | | | | | | CD CD CD CD CD CD CD CD CD	CD CD CD CD			
| | 000000000000000000000000000000	00 00 00 00			
tototototototototototototototototo	to to to to			
OOCDCDCJCDOCDCDCDOCDCDCDCDCD | ggggggggl11111 1 1 1	Illi Illi			
HfhiVfoiQ
Продолжение табл.
I9C

налобника это вызывает несовпадение выходного зрачка прибора и зрачка глаза, что в случае малой величины выходного зрачка приводит к виньетированию и срезанию поля зрения. Кроме того, при установке налобника затруднен доступ к ведущему кольцу окуляра. Другим существенным
Рис. 31. Окуляры микроскопов: а — окуляр Гюйгенса 7х; б — измерительный окуляр Гюйгенса 7х; в — компенсационный окуляр 15х
недостатком является трудность герметизации узла окуляра. Указанных недостатков лишены окуляры с внутренней фокусировкой, которая заключается в том, что диоптрийная наводка осуществляется изменением воздушного промежутка между линзами окуляра. Глазная линза остается неподвижной, а перемещаются внутренние линзы окуляра.
Пример подобной конструкции приведен на рис. 30. Глазная линза неподвижно закреплена в корпусе. При вращении маховика трибка, сцепленная с зубчатой рейкой, нарезанной на оправе подвижных линз окуляра, перемещает их в продольном направлении. Тем самым осуще-
Рис. 32. Окулярный тубус биологического микроскопа
ствляется диоптрийная наводка Шкала диоптрий помещена на маховике. Герметичность достигается за счет установки сальника на валу маховика.
Конструкция окуляра с внутренней фокусировкой, осуществляемой эксцентриком на конце вала маховика, приведена в гл. V (см. рис. 43).
Окуляры микроскопов изображены на рис. 31. Конструкции их просты и, как правило, не имеют устройств для фокусировки; исключение составляет лишь измерительный окуляр. Для установки окуляра служит окулярный тубус (рис. 32).
В бинокулярных приборах для установки окуляров по базе глаз наблюдателя применяются различные механизмы. Вариантом такой конструкции является параллельная раздвижка труб прибора (бинокль, стереотруба). Наиболее распространена конструкция механизма с применением ромбических призм (см. рис. 43, гл. V), в которой могут двигаться один или оба окуляра. Если подвижны оба окуляра, зубчатые венцы оправ призм сцепляются между собой.
СИСТЕМЫ СМЕНЫ УВЕЛИЧЕНИЯ
Изменение увеличения в оптических приборах может производиться: установкой перед объективом сменных телескопических насадок; сменными объективами или установкой объектива с переменным фокусным расстоянием; изменением увеличения оборачивающей системы (сменой линз или плавно); сменой окуляров.
Изменение увеличения с помощью телескопических насадок широко применяется как в кино- и фотоаппаратуре, так и в телескопических приборах. Насадки располагают перед объективом и изменяют его фокусное расстояние, не влияя на величину последнего отрезка т. Насадки также можно устанавливать раздельно или монтировать на поворотной турели.
Конструкция узлов смены увеличения бинокулярного прибора с помощью установленных перед объективами трубок Галилея может давать три увеличения. Для установки параллельности оптических осей окуляры трубок Галилея выполнены в эксцентриковых оправах.
Изменение увеличения путем смены объективов широко применяется в кино- и фотоаппаратуре и микроскопии. Сменные объективы могут крепиться при помощи резьбы или байонетного соединения. В тех случаях, когда требуется быстрая смена объективов с достаточной степенью
1 Последним отрезком объектива называется расстояние от последней оптической поверхности до фокальной плоскости.
9°И0'
Рис. 33. Конструкция объективного револьвера микроскопа
Рис. 34. Центрируемый щипцовый держатель микрообъективов:
1—съемная оправка для объектива;
2 — два центрирующих винта;
3 — переходная втулка
Рис. 35. Универсальный видоискатель с объективным револьвером
Системы смены увеличения
точности, используются различные револьверные устройства. Для смены объективов телескопических приборов револьверные устройства применяются редко ввиду громоздкости конструкции. Наиболее широкое применение нашли револьверные устройства в микроскопии, где они используются для смены объективов и иногда для смены окуляров и конденсоров.
На рис. 33 показана конструкция револьвера микроскопа. Опорные торцы объективных гнезд револьвера должны устанавливаться на одной высоте с точностью 0,012 мм; неперпендикулярность торцов к оси не более 5'; децентрировка гнезд при переключении не более 0,02 мм. При данных
Рис. 36. Панкратическая оборачивающая система
допусках на точность работы револьвера и допусках на точность центрировки микрообъективов относительно их крепежной резьбы и опорного торца, при переключении объективов с меньшего увеличения на большее, изображение, находившееся в центре поля зрения объектива меньшего увеличения, не должно выйти из поля зрения следующего объектива большего увеличения. Для быстрой и точной смены микрообъективов применяется также центрируемый щипцовый держатель (рис. 34).
На рис. 35 дана конструкция универсального видоискателя для фотоаппарата. Видоискатель имеет револьвер со сменными объективами, поля зрения которых соответствуют полям зрения съемочных объективов.
Для изменения увеличения используют также оборачивающую систему прибора.
Для скачкообразного изменения устанавливают несколько оборачивающих систем (2—3); смена их производится с помощью различных револьверных устройств. Иногда применяют оборачивающие системы, в которых линзы перемещаются в продольном направлении. Каждое фиксированное их положение (обычно два) соответствует определенному увеличению.
Для плавного изменения увеличения применяют так называемую панкратическую систему. Схема подобной конструкции приведена на рис. 36. Каждая из линз 2 и 4 перемещается по определенному закону при вращении наружной трубы 5, имеющей пазы определенного профиля. Во внутренней трубе 1 сделаны продольные пазы, предохраняющие оправы с линзами от проворота. Для упрощения изготовления один из пазов выполняется по винтовой линии. Недостатком подобной конструкции является невысокое качество изображения, даваемое системой, из-за ошибок изготовления спиральных пазов и люфтов в сопряжениях.
Изменение увеличения путем смены окуляров применяется сравнительно редко в виду громоздкости такой конструкции.
СВЕТОФИЛЬТРЫ
Сменные светофильтры, используемые в оптических приборах, могут быть насадными, вкладывающимися и встроенными. Насадные свето-
Рис. 37. Поляризационный светофильтр в оправе
фильтры применяются, как правило, в малогабаритных переносных приборах (фотоаппараты, бинокли). Крепление светофильтров может произ-
Рис. 38. Механизм смены светофильтров
водиться или на резьбе или с помощью пружинящих разрезных оправ (рис. 37). Светофильтры можно устанавливать перед объективом и за окуляром.
Встроенные светофильтры можно устанавливать в любом месте оптической системы внутри прибора, кроме мест, близких к плоскостям изображения. Конструкции узлов смены светофильтров могут быть различными в зависимости от габаритов и места установки. Наиболее распространенной является установка светофильтров в дисках плоской или сферической формы (рис. 38). В дальномерах часто применяется установка светофильтров в барабанах. На рис. 39 приведена конструкция
Рис. 39. Механизм смены светофильтров визира
механизма светофильтров, смонтированного в верхней части зрительной трубы. Для переключения светофильтров применен мальтийский механизм. При повороте диска 2 один из пальцев 3 входит в прорезь угольника /, привинченного к оправе 4 светофильтра, и поворачивает оправу в положение, показанное пунктиром. Второй светофильтр в это время удерживается от поворота ободком диска 2. При повороте диска 2 в противоположную сторону правый светофильтр поднимается, а левый опускается и занимает горизонтальное положение. Для исключения дребезжания светофильтров при вибрации из-за люфтов в сопряжениях применены спиральные пружины. Управление механизмом производится при помощи гибкого тросика, закрепленного на шкиве 5.
РАЗЛИЧНЫЕ УЗЛЫ ПРИБОРОВ
Механизм клинового компенсатора
Клиновой компенсатор широко применяется в различных дальномерах. При вращении двух оптических клиньев в противоположные стороны с одинаковой скоростью происходит смещение луча в одной плоскости, причем это смещение находится в зависимости от характеристики клиньев и угла их взаимного разворота (см. гл. IV).
На рис. 40 приведена конструкция клинового компенсатора дальномера. При вращении винта 2 перемещается каретка / синусного механизма, связанная с роликом 3 линейки, закрепленным на коническом колесе 4. Это колесо сцеплено с двумя другими колесами 6 и 9, несущими
ахроматические клинья 7 и 8. Регулировка механизма производится изменением длины синусной линейки путем подвижки ролика 3 на винтах 5.
Конденсоры микроскопов
Конденсоры микроскопов предназначены для обеспечения требуемых условий освещения наблюдаемых объектов. Конденсоры могут иметь встроенную апертурную ирисовую диафрагму или панкратическую оптическую систему для изменения апертуры. На рис. 41 показаны конструкции конденсоров микроскопов со сферическими и параболическими линзами.
Выключающееся зеркало
Механизм (рис. 42) состоит из корпуса /, откидывающегося зеркала 2 в оправе и пружины 4. Для точной фиксации зеркала в рабочем положении предусмотрен регулируемый упор 5. Смягчение ударов при переброске оправы обеспечивается амортизаторами 3 и 6.
Крепление дифракционных решеток
Дифракционные решетки чрезвычайно чувствительны к деформациям. Точность установки плоскости решеток обычно выше, чем зеркал, и, кроме того, необходимы точная установка и фиксация решетки по направлению штрихов. В стационарных приборах конструкции узлов дифракционных решеток снабжаются устройствами для регулировки положения с высокой точностью. В бортовых приборах применяются дифракционные решетки меньших размеров и точности. Поэтому юстировка при сборке производится в основном за счет припиливания
Рис. 41. Конструкции конденсоров микроскопов: а — конденсор с апертурой 1, 2; б —конденсор с апертурой 1,4 (с параболической линзой)
Рис. 42. Механизм выключающегося
зеркала
и пришабривания опорных поверхностей, что позволяет упростить конструкцию узла крепления, уменьшить ее габариты и повысить жесткость и надежность крепления.
Рис. 44. Плоская дифракционная решетка в оправе
Рис. 45. Дифракционная решетка в оправе с пружинным кольцом
Рис. 46. Дифракционная решетка в жесткой оправе
На рис. 43 и 44 приведены конструкции узлов дифракционных решеток стационарных приборов, а на рис. 45 и 46 — дифракционные решетки в оправах, устанавливаемые в бортовых приборах.
Модуляторы света
Для модуляции светового потока, попадающего на фотоэлектронные приемники, применяются различные модуляторы, работающие на отражение или пропускание света. На рис. 47 показаны типы стеклянных
и металлических модуляторов. Стеклянные модуляторы могут быть выполнены фотографическим способом или нанесением зеркального покрытия. Металлические модуляторы, работающие на отражение, изготовляются из высокоуглеродистой стали с отражающим покрытием, из нержавеющей стали или алюминиевых сплавов. Отражающие поверхности доводятся до высокой степени чистоты (12—14-й класс).
Осевые модуляторы (рис. 48) устанавливаются так, что их ось вращения совпадает с визирной осью оптической системы.
Требования к модуляторам могут быть различные в каждом отдельном случае. Основным является изменение светового потока по определенному закону с заданной точностью, поэтому необходимо равенство рабочих зон модулятора (отражающей и пропускающей свет). Точность изготовления их зависит от допускаемого искажения формы сигнала.
На рис. 49 приведена конструкция узла осевых модуляторов, которая дает возможность быстрой смены их в процессе работы прибора. Узел установлен в фокальной плоскости объектива гидирующего прибора.
Рис. 48. Осевые полудисковые модуляторы
Типовые конструкции оптико-механических узлов
Рис. 50. Выключающийся зубчатый барабан
Различные узлы приборов
Требования к работе узла определяются небольшим размером изображения (0,03—0,1 мм) и необходимой точностью слежения. Радиальное биение кромки модулятора определяет мертвую зону и допускается в пределах до 0,01 мм. Точность совмещения центров модуляторов при их смене (прямая ошибка слежения) 0,01—0,015 мм. Вследствие установки модулятора в плоскости изображения предъявляются высокие требования к качеству выполнения и чистоте рабочих кромок (неровности и ширина их допускаются до 0,005 мм). Установка модуляторов на насыпных шарикоподшипниках допустима только при небольших скоростях вращения (300—400 об/мин). При больших скоростях следует применять стандартные радиальные шарикоподшипники.
Вращение модуляторов производится от электродвигателей стабилизированной скорости.
Лентопротяжный барабан
Лентопротяжный зубчатый барабан (рис. 50) устанавливается в скоростной киносъемочной камере. Особенность конструкции состоит в том, что барабан может отключаться от приводного механизма и затормаживаться. В случае обрыва и набегания пленки («салата») блокировочные устройства выключают приводной двигатель. Для сокращения выбега механизма одновременно подается питание на электромагнит 7, усилие которого через штоки 6 и 4 передаются втулке / кулачковой муфты. Втулка выходит из зацепления с торцовыми зубьями втулки 3, на которой установлено приводное зубчатое колесо 5. Продолжая свое движение, втулка 1 прижимается к тормозной накладке 2 корпуса механизма. Усилие электромагнита и размеры тормоза рассчитаны так, что полная остановка зубчатого барабана происходит за время 0,6—0,7 сек при скорости вращения 2000 (й/мин.
Литература: [4, 49]; чертежи и нормали ОМП.
ГЛАВА VII
ДИАФРАГМЫ, ЩЕЛИ, БЛЕНДЫ, НАГЛАЗНИКИ И НАЛОБНИКИ
ДИАФРАГМЫ
Диафрагмами в оптических приборах называются детали и устройства, предназначенные для ограничения пучков лучей в оптических схемах. Так как оптические системы центрированные, то диафрагмы, ограничивающие Ъучки лучей, имеют, как правило, отверстия круглой (или весьма близкой к ней) формы.
По оптическому действию следует различать диафрагмы, ограничивающие входящие в прибор пучки (апертурные диафрагмы), и диафрагмы, ограничивающие поле зрения. Примером последних служит, например, кадровая рамка в кино- и фотоаппаратах, отверстия в оправах сеток визуальных приборов, специальные полевые диафрагмы в окулярах микроскопов и т. п. Полевые диафрагмы обычно имеют неизменяемое отверстие1. Не изменяются также апертурные диафрагмы, являющиеся зрачками входа в телескопических системах.
В микроскопах, фотоаппаратах и осветительных приборах почти всегда должна быть предусмотрена возможность изменения диаметра отверстия апертурной диафрагмы для регулирования освещенности. Для этой цели в простейших приборах применяются либо сменные, либо револьверные диафрагмы в виде диска с рядом отверстий. И те и другие неудобны в эксплуатации, так как не позволяют плавно изменять освещенность, а дисковые диафрагмы имеют, кроме того, большие габариты. Поэтому почти исключительно широкое применение имеют ирисовые диафрагмы, плавно изменяющие в заданных пределах действующее отверстие объектива или осветительной системы.
Ирисовая диафрагма состоит из набора тонких дугообразных пластинок (лепестков), кольцевой оправы и поворотного кольца (коронки). Лепестки имеют на концах штифты. Один штифт (осевой) каждого лепестка входит в отверстие кольцевой оправы, другой (ведомый) — соответствующий радиальный паз поворотного кольца. При повороте коронки все лепестки поворачиваются в оправе, изменяя диаметр отверстия диафрагмы.. Ирисовые диафрагмы (рис. 1 и 2) различаются размерами предельных отверстий, наружной формой, наличием рукоятки или ведущего кольца и шкалой. Рукоятка обычно применяется в микроскопах, ведущее кольцо — в фотообъективах.
В табл. 1 даны пределы изменения отверстий и конструктивные размеры ирисовых диафрагм, применяемых в микроскопах и фотообъективах.
1 В микроскопах и некоторых других приборах применяются полевые диафрагмы с изменяющимся отверстием.
Рис. 1. Ирисовая диафрагма фотообъектива.
1 — ведущее кольцо; 2 — осевой штифт; 3 — коронка; 4 — ведущий штифт;
5 — оправа
Рис. 2. Ирисовая диафрагма микроскопа
1. Основные размеры ирисовых диафрагм
№ диафрагмы	Диаметр светового отверстия в мм		Внутренний диаметр оправы в мм	Число лепестков
	наибольший	наименьший		
1	8	0,6	12	10
2	10	0,7	15	10
3	12	0,8	18	10
4	14	0,9	21	10
5	16	1	23	10
6	18	1.1	26	12
7	20	1,2	28	12
8	22	1.4	32	12
9	25	1,6	35	12
10	28	1,8	40	12
11	32	2	44	14
12	36	2,2	50	14
13	40	2,5	56	14
14	44	2,8	60	14
15	48	3	66	14
16	52	3,5	70	14
17	56	4	76	16
18	60	4,5	80	16
19	65	5	87	16
20	70	5,5	92	16
21	75	6	99	16
22	80	6,5	104	18
23	86	7	112	18
24	92	7,5	118	18
25	100	8	128	18
Расчет ирисовых диафрагм
Исходными данными для расчета являются диаметры наибольшего и наименьшего световых отверстий диафрагмы 2q, а также предельная наибольшая толщина ее по оси. Так, например, толщина диафрагмы фотообъектива ограничивается расстоянием между линзами, где размещается диафрагма; иногда это расстояние очень мало.
При расчете определяют (рис. 3 и 4): внутренний и наружный радиусы кривизны лепестка гвн и Гн\ толщину лепестка s; радиус окружности, по которой расположены отверстия под штифты, г; угол между штифтами лепестка у; минимальное число лепестков п; толщину диафрагмы по оси Г; шкалу углов поворота коронки Р в Зависимости от диаметра отверстия диафрагмы.
Внутренний радиус лепестка равен радиусу наибольшего светового отверстия диафрагмы. Расстояние между штифтами лепестка должно быть	гвн (рис. 3, а), в противном случае при некотором угле
поворота коронки штифт выйдет из паза.
Рис. 3. Схема к расчету ирисовой диафрагмы
Рис. 4. Лепесток (а) и штифт (б) диафрагмы
Радиус окружности расположения отверстий под штифты определяется из треугольника О2ОВ;
г з “Ь \/Г'^гвн 3Qmin (%гвн Qmin)]*
Наружный радиус лепестка rw берется равным 2г — гвн.
Угол у между штифтами лепестка находится из треугольника ОО2ОХ.
sin = -- Гвн • у = 2 arcsin -	.
2 2г ’	1	2г
Радиус закругления края лепестка t\ = г — гвн.
Размеры штифтов указаны на рис. 4. Для компенсации допусков отверстие под ведомый штифт в лепестке смещают на 0,5—1 мм. Минимальное число лепестков п определяют исходя из наименьшего необходимого перекрытия одного лепестка другим при наименьшем отверстии диафрагмы (рис. 3, б):
Из треугольника АОО' cos = ^гвн
Из треугольника АгОО'
„ R _ ^2+(^-0n,in)2-^ C0SP1	2reH(reM—Qm(„)
Полученное значение п округляют в сторону увеличения до ближайшего целого числа.
sny Наибольшая толщина Т диафрагмы (по лепесткам): Т = ggg, где s= 0,05—0,1 мм.
На ведущем кольце наносится шкала диафрагмы.
Зависимость диаметра светового отверстия диафрагмы от угла поворота Р ведущего кольца (коронки) находится из треугольника ОгОО' (рис. 3, в)
Q = гвц-~ у = гвн — 2r sin .
~ .а гвн — о
Отсюда sin — = —---- , где а — угол поворота лепестка.
о
Приближенно р = 2а, тогда sin -j- =	•
Более точные формулы для р, получаемые из треугольника ОО^А,
tg (Y+ 0) =
cos а — k tg Y tg Y cos а + k
а = -~ + 2 arcsin ; 2	2r
a = r + гвн> k = у —. r “г гвн
2. Размеры лепестков в мм
	Я		В		Я1		Я2			(1		S			
та ± я «е	Ном.	Доп.	Ном.	Доп. (В7)	Ном.	Доп.	Ном.	Доп.	г	Ном.	Доп. (Д4)	Ном.	Доп.	Ном.	Доп.
1 2	4 5		2 2,5	—0,25	5 6,25		5 6,5		1 1	0,6 0,6	+0,04	0,08 0,08		138° 138°	
3	6		3		7,5	±0,1	7,5	±0,1	1,5	0,8		0,08		138°	
4	7	±0,1	3,5		8,75		9		1,5	0,8		0,08		135°	
5	8		3,5		9,75		10		1,5	0,8	+0,045	0,08		135° •	±30'
6	9		4		11		11,5		1,5	0,8		0,08	—0,01	135°	
7	10		4	—0,3	12		12,5		1,5	0,8		0,08		135°	
8 9	11 12,5		5 5		13,5 15	±0,15	14 15,5	±0,15	2 2	1 1		0,08 0,08		135° 135°	
10	14	±0,15	6		17		18		2	1		0,08		132°	
11	16		J6			19		20		2	1		0,08		132°	
															
Диафрагмы, щели, бленды, наглазники и налобники
Продалжение табл. 2
№ диафрагмы	R		в		Ri		R,		г	d		S		Y	
	Ном.	Доп.	Ном.	Доп. (В7)	Ном.	Доп.	Ном.	Доп.		Ном.	Доп. (Л4)	Ном.	Доп.	Ном.	Доп.
12	18		7		21,5		22,5		2,5	1		0,08		132°	
13	20		8		24	±0,15	25,5	±0,15	2,5	1		0,08		132°	±25'
14	22		8	—0,36	26		27,5		2,5	1		0,10		132°	
15	24	±0,15	9		28,5		30		3	1		0,10		132°	
16	26		9		30,5		32		3	1	+0,05	0,10		132°	
17	28		10		33		35		3	1,2		0,10		132°	
18	30		10		35		37		3	1,2		0,10		132°	
19	32,5		И		38		40,5		3	1,2		0,10		132°	
20	35		11		40,5	±0,2	43	±0,2	3	1,2		0,12	—0,015	132°	
21	37,5		12		43,5		46,5		3	1,2		0,12		132°	±20'
12	40	±0,2	12	—0,43	46		49		3	1,2		0,12		132°	
23	43		13		49,5		53		3	1,2		0,12		132°	
24	46		13		52,5		56		3	1,2		0,12		132°	
25	50		14		51		61		3	1,2		0,12		132°	
Примечание. Ном. — номинальный размер. Доп. — допуск. При больших отношениях 2Qfnax/2Qmin раз мер s рекомендуется уменьшать на
Диафрагмы
Погрешности светового диаметра диафрагмы при расчете по приближенной формуле не превышают 4%.
Размеры лепестков для диафрагм (см. табл. 1) устанавливаются по рис. 4, а и табл. 2, а размеры штифтов — по табл. 3.
3. Размеры штифтов для лепестков диафрагм в мм
№ диафрагмы	пл4		dC4		lb7	
	Размер	Допускаемое отклонение	Размер	Допускаемое отклонение	Размер	Допускаемое отклонение
1—2	1			0,6	—0,04	1,2	
3-7	1,2	—0,06	0,8	—0,045	1,5	—0,25
8—16	1,5	—0,12	1	—0,06	1,5	
17—25	2	—	1,2	—	1,8	
Основные размеры оправ и коронок устанавливаются по рис. 5 и табл. 4. Остальные размеры оправ и коронок назначают исходя из конструктивных соображений.
Размер D, указанный на рис. 5, должен быть не менее 2 (R -> В) (см. табл. 2 и рис. 4, а,)
Рис. 5. Типы коронок
Лепестки толщиной 0,08 мм изготовляются из стальной ленты марки У8А, а толщиной 0,05 и 0,1 мм и более— из стальной ленты марок 1Т-ВТ-0 (ГОСТ 503—41) и СТ1 (ГОСТ 380—60). Допускается изготовление из ленты сплава АМГ (ГОСТ 4784—65).
4. Размеры оправы и коронки в мм
№ диафрагмы		Do	Допускаемое отклонение	dAb	ьл7	м7	Y	Допускаемое отклонение
1	8	10	±0,10	1	1	1	36°	
2	10	12,5		1	1	1	36°	
3	12	15		1,2	1,2	1,5	36°	
4	14	17,5		1,2	1,2	1,5	36°	
5	16	19,5	±0,15	1,2	1,2	1,5	36°	±30'
6	18	22		1,2	1,2	1,5	30°	
7	20	24		1,5	1,2	1,5	30°	
8	22	27		1,5	1,5	1,5	30°	
9	25	30			1,5	1,5	1,5	30°	
10	28	34		1,5	1,5	1,5	30°	
11	32	38		1,5	1,5	1,5	25°43'	
12	36	43		1,5	1,5	1,5	25°43'	
13	40	48		1,5	1,5	1,5	25°43'	
14	44	52		1,5	1,5	1,5	25°43'	±25'
15	48	•57	±0,20	1,5	1,5	1,5	25°43'	
16	52	61		1,5	1,5	1,5	25°43'	
17	56	66		2	2	1,8	22°30'	
18	60	70		2	2	1,8	22°30'	
19	65	76		2	2	1,8	22°30'	
20	70	81		2	2	1,8	22°30'	
21	75	87		2	2	1,8	22°30'	
22	80	92	±0,25	2	2	1,8	20°	
23	86	99		2	2	1,8	20°	±20'
24	92	105		2	2	1,8	20°	
25	100	114		2	2	1,8	20°	
п	р и м е	: ч а н и	е. Размер t дан для коронок с глухим пазом.					
Штифты изготовляются из латунной проволоки марки Л62 по ГОСТу 1066—58.
Корпуса и коронки могут изготовляться из сплавов АЛ-2 или АМГ-2 (литьем под давлением) или из дюралюминия Д16-Т или Д6-Т.
Установлены следующие допуски на диаметр отверстия диафрагм микроскопов: для полевых диафрагм до 5%; для апертурных диафрагм До 8%. Для диафрагм фотоаппаратуры допускается отклонение по 7-му классу точности.
Лепестки диафрагм должны черниться (ворониться).
Щелевые диафрагмы
Щелевые регулируемые диафрагмы применяются почти исключительно в лабораторных приборах (спектроскопах, спектрографах, монохроматорах).
Конструкция щелевой диафрагмы (рис. 6, а) позволяет изменять ширину щели с точностью до 0,01 мм.
Рис. 6. Щелевая диафрагма
Ножи диафрагмы /, имеющие форму клиньев, движутся в направляющих 2, расположенных под углом, благодаря чему можно изменить ширину щели. Ножи прижимаются к направляющим пружинами»?и 4.
Для передвижения ножей служит микрометрический винт 5 с отсчетной шкалой 6. Цена деления шкалы 0,01 мм. Обратное движение ножам дает пружина 3.
На рис. 6, б показана схема диафрагмы типа «кошачий глаз». Перемещение ножей 1 в оправе 2 должно происходить симметрично. При изменении диагонали а площадь отверстия диафрагмы изменяется пропорционально а2. Кромки ножей должны лежать в одной плоскости.
БЛЕНДЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ РАССЕЯННОГО СВЕТА
Блендами называются трубки (козырьки), устанавливаемые перед входными окнами оптических приборов для защиты от засветки прямыми солнечными лучами в полевых условиях и для уменьшения вредного (рассеянного) света, попадающего в прибор.
Способы уменьшения вредного (рассеянного) света 1
Вредный свет представляет собой часть светового потока, которая проходит через оптический прибор, не участвуя в образовании изображения, и попадает в Глаз наблюдателя. Эта часть светового потока получается в результате рассеяния света при отражении его от поверхностей
Рис. 7. Области входного АВ w выходного А'В' зрачков (в дальнейшем эти обозначения сохранены)
оптических деталей, внутренних стенок корпуса прибора, оправ и т. п. Некоторая часть света рассеивается от пузырьков и включений в стекле деталей. Вредный свет, уменьшая контрастность изображения, может сильно ухудшить условия видимости.
Полностью устранить вредный свет невозможно, однако можно его значительно уменьшить. Точный подсчет количества вредного света в приборе практически невозможен. Допустимое количество вредного света определяется на основании измерений коэффициента светорассеяния у партии приборов.
Для уменьшения вредного света могут быть приняты следующие меры: рациональное диафрагмирование; просветление поверхностей оптических деталей; обработка и отделка (окраска) внутренних поверхностей, создающие наилучшее светопоглощение; применение проти-восолнечных бленд.
1 По материалам Д. Ю. Гальперна, Б. Л. Нефедова и Э. Я- Соколовского.
13 Заказ 1902
Установлено, что наибольший диаметр зрачка глаза человека, наблюдающего через оптический прибор, равен примерно 7 мм. Поэтому областью выходного зрачка А'В' условно считается круг диаметром 7 мм, расположенный в плоскости выходного зрачка, с центром на оптической оси.
Областью входного зрачка АВ называется область, сопряженная с областью выходного зрачка (рис. 7).
Рис. 8. Типы сложных бленд
Рис. 9. Простая бленда
Светом п-го порядка называется рассеянный свет, имеющий п отражений в приборе.
Условным пучком лучей прибора называется совокупность условных лучей, заполняющих входное и выходное окна и области входного и выходного зрачков.
Телесным углом прямой засветки называется телесный угол в пространстве объектов, внутри которого лежат все лучи, проходящие через входное отверстие прибора.
Рациональное диафрагмирование светового пучка в приборе. При пра< вильном диафрагмировании можно полностью устранить вредный свет первого порядка и сильно ослабить вредный свет второго и Еысшего порядков, если это позволяют допустимые габариты и вес прибора.
Если перед входным зрачком прибора нет никаких материальных диафрагм, то на внутренние нерабочие поверхности может падать большой световой поток, не участвующий в построении изображения.
Для уменьшения величины вредного светового, потока надо уменьшить телесный угол прямой засветки, т. е. максимально срезать излишнюю часть лучей. Для этой цели применяются бленды (рис. 8 и 9) различ-
Рис. 10. Устранение рассеянного света первого порядка
ной формы. Внутри бленды целесообразно помещать диафрагмы (Dlt Dt и т. д.), расставленные таким образом, чтобы любой луч прямой засветки после отражения от внутренних стенок бленды или диафрагмы не попадал во входной зрачок прибора. В менее ответственных случаях можно ограничиться окраской бленды изнутри хорошо поглощающими свет красками (рис. 9).
Края диафрагм должны быть расположены вдоль линий АС и А'С, так как в этом случае лучи, отраженные от краев диафрагмы бленды, не проходят в отверстие диафрагмы поля зрения. При выполнении этого условия
£ —
~ tg — tg ЬУО
и
0 tg Wi — tg a»0
Лучи прямой засветки после первого отражения от нерабочих поверхностей (стенки, оправы, цилиндрические поверхности линз, матированные грани призм) не должны проходить через область выходного зрачка под углом к оптической оси, меньшими, чем угол со. В проекционных приборах и фотоприборах эти лучи не должны проходить через отверстие полевой диафрагмы. Число и расположение диафрагм находится графически.
На рис. 10 изображена простейшая телескопическая система, в которой выполнено указанное выше требование. Любой луч прямой засветки, упавший на поверхность корпуса тт', не проходит через область
выходного зрачка. Свет, рассеянный участком корпуса т'т", расположенным за диафрагмой поля зрения, также не будет вредным, так как лучи этого света выйдут из окуляра под углами, большими, чем w'.
Если конструкция прибора не позволяет устранить полностью вредный свет первого порядка, то в таких случаях необходимо обеспечить отсутствие его хотя бы в центральной части поля зрения прибора.
На рис. 11 приведена простая телескопическая система, у которой вследствие малых размеров призмы и отсутствия бленды свет первого порядка, отраженный от матированных граней призмы, проходит через крайние участки отверстия полевой диафрагмы и область выходного
призмы
Рис. 11. Устранение рассеянного света от нерабочих граней призмы
зрачка (заштрихованная часть пучка). Другие лучи (например, луч ЕхЕгЕ^ исходящие от матовой поверхности призмы и проходящие через центральную часть поля, не попадают в область выходного зрачка и, следовательно, не являются вредными.
Рифленые поверхности также выполняют функции системы диафрагм, но они менее эффективны, чем система, состоящая из небольшого количества диафрагм. Это объясняется тем, что часть лучей прямой засветки, отраженных от большого числа вершин зубьев рифления, проходит через диафрагму поля зрения и область выходного зрачка. Рифление следует применять только в тех случаях, когда оно конструктивно или технологически выгоднее системы диафрагм.
Вредный свет первого порядка возникает также в результате отражения лучей прямой засветки от цилиндрических матовых поверхностей линз и от внутренних цилиндрических поверхностей оправ линз (рис. 12, а). Свет (лучи / и 2), падающий на эти поверхности, после отражения может частично проходить через отверстие диафрагмы поля зрения и область выходного зрачка.
На рис. 12, б показаны варианты правильной конструкции узла.
Ослабление вредного света второго и высших порядков. Полное устранение вредного света второго и высших порядков невозможно, его удается лишь ослабить в большей или меньшей степени.
Все лучи рассеянного света любого порядка, отраженные от стенок корпуса, не должны проходить через область выходного зрачка под углами, меньшими, чем w’ (рис. 13). Для того чтобы обеспечить указанное выше требование, достаточно трех диафрагм, которые размещаются так, что если смотреть через любую точку отверстия диафрагмы поля зрения на внутренние боковые стенки корпуса, то последние либо не видны (закрыты диафрагмами), либо видны, но линии визирования на них не пересекают области входного зрачка прибора (участок
В этом случае вредный свет второго и высших порядков будет выходить из прибора только благодаря отражению рассеянного света первого и высших порядков от поверхностей оптических деталей.
Побочное вредное изображение. В оптических приборах в результате неправильного выбора параметров оптической системы иногда наблю-
Коническия канавки в стекле
Рис. 12. Устранение рассеянного света от оправ и линз
дается наложение друг на друга основного и побочного изображений. Побочное изображение в телескопических системах возникает в тех случаях, когда вследствие неправильного выбора размеров призменной
Рис. 13. Устранение рассеянного света второго порядка системы различные пучки лучей имеют неодинаковое число отражений. Для устранения побочного изображения, даваемого качающимися визирными призмами, иногда приходится вводить подвижные шторки (рис. 6, гл. VI).
Чернение и окраска поверхностей. Покрытия оптических деталей. Чернением и окраской внутренних поверхностей стенок корпуса прибора, диафрагм, оправ и матированных поверхностей оптических деталей может быть достигнуто значительное ослабление вредного света второго и высших порядков.
Способ чернения и применяемые при этом материалы не должны допускать осыпки частиц металла и краски на оптические детали.
Внутренние нерабочие поверхности прибора, на которые непосредственно падает свет прямой засветки, надо покрывать черными глубокоматовыми эмалями. В частности, рекомендуется применять смесь эмалей 1519 и 2085 в следующей пропорции: 70—80% эмали 1519 и 30—20% эмали 2085.
Для отделки внутренних поверхностей приборов, подвергающихся частым ударам, рекомендуется применять эмали 1517 ТУ МХП 1370—46.
Плохое качество покрытий оптических деталей может вызвать появление вредного света и бликов в приборе. Особое внимание должно быть уделено вопросу устранения бликов при расчете оптической системы.
НАГЛАЗНИКИ И НАЛОБНИКИ
Наглазником называется деталь окуляра, облегчающая совмещение и фиксацию зрачка глаза с выходным зрачком оптического прибора. Одновременно наглазники выполняют и другие функции — защищают глаз наблюдателя от попадания посторонних лучей, и, кроме того, пред-
охраняют от ушибов во время наблюдения при толчках (отдача при выстреле или сотрясение при движении), защищают глаз от ветра и дождя. В соответствии с этим наглазники делятся на жесткие и мягкие. Жесткие наглазники применяются в лабораторных приборах, биноклях,
5. Размеры жестких наглазников в мм
Тип	d		D	Di	н	h
	М27Х0.75	24	34	—	9	3,5
А	М30Х0,75	24	34	—	10	4
	М32Х0.75	22	34	36	12	4
	М16Х0.75	12	25	18	8	4
Б	М18Х0.75	14	26	20	8	4
	М24Х0.75	18	32	27	11	5
	M27X0J5	20	34	20	20	5
					16	
В	М36Х0.75	27	38	—	21	9
					26	
астрономических, геодезических и других приборах, не испытывающих толчков. Типы и размеры жестких наглазников приведены на рис. 14 и в табл. 5.
Наглазники изготовляются из пластмассы типа карболит, армированное кольцо—из дюралюминия или стали.
Наглазник следует располагать так, чтобы выходной
зрачок совпадал с
Рис. 15. Мягкие наглазники
14,5
20,5
22____

наружным

срезом наглазника. Для наблюдений в противогазе или очках выходной зрачок должен быть вынесен на 6—8 мм.
Формы мягких наглазников довольно разнообразны. Типы и размеры некоторых применяющихся наглазников приведены на рис. 15
и 16. Материал — резина групп-16; II la; II16; VI — по ТУ МХП
233—54Р и губчатая резина по ТУ 1480—48 МРП. Составные мягкие наглазники
даны на рис. 17 и 18.
Рис. 16. Упругие наглазники
34
ф68
$52
Рис. 17. Мягкий наглазник из вулканизированной резины с кольцом из губчатой резины
Рис. 18. Мягкий наглазник:
1 — кольцо из губчатой резины;
2 — обтяжка из кожи
Рис. 19. Налобник: а — металлическая планка — основание подушки; б—резиновая подушка
Налобники (рис. 19 и 20) помещаются над окулярами и создают удобные условия для наблюдения. Они применяются вместе с наглаз-
Рис. 20. Крепление налобника: Рис. 21. Подушка-упор из губча-а — неоткидывающегося; б — от- той резины, дбшитая кожей кидывающегося
никами. Налобники особенно необходимы в том случае, если прибор вращается. Обычно налобники могут перемещаться вдоль оси прибора и откидываться при необходимости (рис. 20).
На рис. 21 изображен мягкий упор для лба.
Литература: [49]; нормали и руководящие материалы ОМП.
ГЛАВА VIII
УРОВНИ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Уровнями называются устройства для установки линий или плоскостей в горизонтальное (или вертикальное) положение, а также для определения малых углов отклонения плоскостей от горизонта. Характеристиками уровней являются их чувствительность к отклонениям и точность измерения угла отклонения.
Уровни широко применяются в различных лабораторных и полевых измерительных приборах (например, в геодезических), а также в прицельных устройствах. Различают пузырьковые и маятниковые уровни. Так как маятниковые уровни обладают значительно большими габаритами и имеют значительно большую сложность, чем пузырьковые уровни, они почти не получили распространения и в данной главе не рассматриваются; не рассматриваются также гироскопические уровни (гировертикали).
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПУЗЫРЬКОВЫХ УРОВНЕЙ
Пузырек воздуха или другого газа, заключенный в закрытом сосуде, наполненном жидкостью, легче жидкости и поэтому всегда занимает наивысшее положение.
Ампула уровня представляет собой закрытый стеклянный сосуд в виде трубки, внутренней поверхности которой придана бочкообразная
форма, или в виде низкого цилиндрического стаканчика, верхней торцовой поверхности которого придана сферическая форма. При горизонтальном положении ампулы середина пузырька уровня находится посередине ампулы (рис. 1, а).
Если ампулу наклонить на угол а, то пузырек, стремясь занять наивысшее положение, переместится из точки М в точку (рис. 1, б).
Перемещение пузырька определяется формулой
nRa
Для установки уровня в горизонтальное положение и определения угла наклона на ампулах наносятся штрихи со стандартным расстоянием между ними 2 ± 0,5 мм. Угол, на который требуется наклонить уровень для перемещения пузырька на одно деление, называется угловой ценой деления данного уровня.
Разность между ценой деления и фактическим углом наклона уровня для перемещения пузырька на одно деление характеризует его точность и не должна превышать 20% цены деления.
Чувствительность уровня зависит от радиуса кривизны ампулы, сцепления жидкости со стенкой ампулы, вязкости жидкости и прямо пропорциональна величине пузырька. На чувствительность уровня влияет также температура; при низких температурах вязкость жидкости возрастает и чувствительность понижается. Размер пузырька также изменяется с изменением температуры.
КОНСТРУКЦИИ УРОВНЕЙ
Уровни состоят из стеклянной ампулы и металлической оправы различной конструкции. Ампулы бывают цилиндрические (рис. 2) и круглые (рис. 3). Иногда круглые уровни называют сферическими.
Внутреннюю поверхность ампулы цилиндрического уровня шлифуют так, что на ней сверху (рис. 2, б) образуется часть торической поверхности радиусов R и г, или так, чтобы вся ее поверхность получалась бочкообразной, образованной вращением дуги радиуса R вокруг оси цилиндрической трубки. Такие уровни называются реверсивными и применяются редко.
б)
а)
Рис. 2. Цилиндрический уровень (а) и ампула (б)
Ампулы заполняют маловязкой и не замерзающей при температуре до —60° жидкостью (этиловым эфиром) и запаивают с обоих концов, оставляя пузырек паров данной жидкости.
В табл. 1—4 приведены данные нормализованных цилиндрических уровней.
Различные конструкции цилиндрических уровней с регулировкой показаны на рис. 4. Уровни с регулировкой винтами применяются только в лабораторных и геодезических приборах.
В геодезических приборах применяются 5 и 10-секундные цилиндрические уровни.
Рис. 3. Сферический уровень (а), ампула (б) и корпус (в) Рис.- 4. Цилиндрический уровень с регулировкой
396	Уровни
I. Обозначения уровней УЦ с цилиндрическими ампулами
Уровень	Ампула	Корпус	Пробка
УЦ60'	АЦП60'		
УЦ40'	АЦП40'	КУ-1	П-1
УЦ20'	АЦП20'		
УЦ10'	АЦП10'		
УЦ6'	АЦП6'		
УЦ4'	АЦП4'	КУ-2	
УЦЗ'	АЦПЗ'		
УЦ2	АЦП2	КУ-3	П-2
УЦ60"	АЦП60'		
УЦ45"	АЦП45'	КУ-4	П-3
УЦ30"	АЦПЗО'		
УЦ10"	АЦП10'		
Примечания: 1. Условное обозначение уровня с ампулой 60' уровень УЦ60', ГОСТ 4946-49.
2. Если уровень предназначен для работы в темноте без внешней подсветки, то ампула снизу покрывается светосоставом и уровень обозначается УЦС.
Ампулы сферических уровней применяются двух основных типов:
1) установочные, предназначенные для установки приборов в горизонтальное положение (фотоаппараты, лабораторные приборы), с ценой деления 6 и 10'; сверху на уровнях нанесены два концентрических кольца;
2) фокусные уровни для'создания вертикальной линии визирования в приборах, установленных на качающихся основаниях (например, на самолетах). Уровни устанавливаются таким образом, чтобы нижняя поверхность верхнего стекла уровня, по которой скользит пузырек, находилась в плоскости изображения прибора. Радиус кривизны верхнего стекла уровня должен быть равен фокусному расстоянию объектива или эквивалентному фокусному расстоянию оптической системы, расположенной до уровня.
Размеры и характеристики круглых уровней даны на рис. 3 и в табл. 5 и 6.
Фокусные уровни применяются двух типов: с запаянной ампулой (рис. 5) и с составной ампулой (рис. 6).
Для возможности регулирования (компенсации) размеров пузырька при изменении температуры служит сильфонный регулятор.
2. Цилиндрические простые ампулы
Обозначение	Цена деления	Размеры в мм (рис. 2, б)									
		°	L	Li	« 1		S	1 1	1	h	н
АЦП60'	60 ±5'	7.5±^	20+1,0	23 ±1,0'	115	6 ±0,5	0,8 ±0,2	10 ±0,4	6 ±0,3	3±0,3	4 ±0,3
АЦП40'	40 ±4'				172						
АЦП20'	2О'±^				344						
АЦП10'	Ю'±р				688						
АЦП6'	6'+*:		30+1,0	33± 1,0	1146	8+0,5		16+0,6	8 ±0,3		
АЦП4'	4'±зо"				1719						
АЦПЗ'	3'±30"				2292						
АЦП2'	2'±30"				3438						
АЦП60"	60" ± 10’		50± 1,0	54+1,0	6876	18± 1,0	10 ±0,3	26 ±0,6	6 ±0,3	4 ±0,3	70 ±0,4
АЦП45"	45"+5 " —10"				9167						
АЦПЗО" АЦП 10"	10" ±2"				13751						
					41252						
Примечание. Материал — стекло термометрическое. ГОСТ 1224 —4Г. наполнитель — спирт этиловый ректифицированный. Пример обозначения: АЦП60'.											
Уровни
Обозначение	Размеры в мм (рис. 7, а)																Вес в кг
	L	В	Н	d Л 6	d*	di	d2 Л 6	1	1х	12	S	h	С ±0,3	b	а	R	
К-1	52	13	17	8,5	2М1ОХО,75	10,2	3,8	32	5	24	3,5	10,5±0,2	44	6	14	4	0,016
К-2	62							42		32			54		20		0,019
к-з	75	18	23	12	ЗМ14Х0.75	14,2	5	52	6	40	4,5	14±0,2	65	8	28	5	0,043
К-4	90							68		52			80		36		0,55
Примечание. Материал — АЛ-2, dt — диаметр канавки.
4. Пробка
Обозначение	d0	Размеры в мм (рис. 7, б)							С	Вес в кг
		D	di	d2 Л б	L съ	В л5		t		
П-1 П-2	2М1ОХО,75 2М14Х0.75	13 18	6 9	1,5 2	6 7	4 5	2 3	1,5±0,2 2+0,2	5,5+0,1 10+0,1	0,0013 0,0030
Примечание. Материал — дюралюминий Д1Т.										
Конструкции уровней	299
Рис. 5. Фокусный уровень
Цилиндрическое отверстие
Рис. 6. Фокусный уровень с регулируемой величиной пузырька: /—верхнее стекло; 2 —нижнее стекло;
3 — жидкость;
4— резьбовые кольца; 5 — герметизирующая прокладка;
6 — винт для регулировки пузырька; припаянная к силь-
Рис. 7. Корпус уровня (а) и пробка (б)
7—сильфон; 8 — гайка, фону (чувствительность уровня 3')
400	Уровни
5. Ампулы, применяемые в круглых уровнях
Обозначение уровня	Ампула	Обозначение уровня	Ампула	|
УК 60'	АК 60-17	УК 20'	АК 20-17 i
УК 30'	АК 30-17	УК Ю'	АК Ю-17
6. Характеристики круглых ампул (рис. 3)
Обозначение ампулы	Цена деления	К
АК 60-17	60'±20'	115
АК 30-17	30'±10'	229
АК 30-17	20'±5'	344
АК 10-17	ioij>:	688	i I
Примечание.	Материал — стекло термометрическое, ГОСТ	
1224 — 41. Наполнитель -	- спирт этиловый ректифицированный. Диаметр	
пузырька на рис. 3 указан для температуры 20±2° С.		
Ампулы закрепляются в оправе путем заливки гипсом и закрепляются резьбовыми пробками (рис. 2 и 7). Сферические уровни иногда крепятся резьбовыми кольцами.
Оправы цилиндрических уровней делятся на две группы; оправы без регулировки и оправы с регулировкой (см. рис. 2 и 4).
Оправы сферических уровней с регулировкой применяются редко. В фокусных уровнях регулировка обычно производится подпиливанием опорных пяток.
Для юстировки и контроля приборов применяются уровни, у которых опорная плоскость или призматический паз на оправе должны быть расположены горизонтально с заданной точностью при нулевом положении пузырька уровня.
Литература: [491; нормали ОМП.
ГЛАВА IX
РАСЧЕТ ПРИБОРОВ НА ТОЧНОСТЬ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Расчет на точность основных узлов и прибора в целом, а также задание обоснованных допусков на детали и их сопряжения — обязательный и важнейший этап проектирования.
На точность прибора влияют ошибки отсчетных и передаточных механизмов, а также погрешности оптической системы (пониженная разрешающая способность, параллакс сеток, наклон изображения, биение или увод визирной оси и т. д.). От рационально выбранных посадок и допусков в значительной мере зависят также себестоимость изготовления прибора, его надежность и долговечность в эксплуатации.
Если прибор работает в условиях значительных колебаний температуры, то при выборе посадок и назначении допусков должны учитываться колебания температуры. За номинальную температуру, при которой производится изготовление прибора, принято +20° С. При назначении допусков надо также стремиться к тому, чтобы обеспечить максимально возможную взаимозаменяемость деталей и узлов и удобство замены изнашивающихся деталей запасными.
В конце главы приведены табл. 20—22 (см. стр. 466—469), содержащие рекомендуемые посадки, допуски на геометрические формы и угловые размеры деталей.
РАСЧЕТ ДОПУСКОВ НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ И СБОРКУ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ
Оптические системы должны давать изображение высокого качества, иметь заданные характеристики и обеспечивать требуемую точность прибора.
На качество изображения оптической системы и на другие ее свойства влияют следующие основные причины.
1.	Отклонения величины основного показателя преломления средней дисперсии nF — пс и других констант оптических материалов деталей от расчетных (табличных) значений, а также такие дефекты, как оптическая неоднородность, двойное лучепреломление, свили и т. д. (см. гл. XXI).
2.	Погрешности обработки оптических деталей — отклонение формы их рабочих поверхностей от заданной, децентрировка линз, клиновидность пластинок и разверток призм (определения и обозначения допусков даны в гл. IV).
3.	Погрешности сборки, из-за которых нарушается взаимоположение деталей и узлов в приборе и появляются децентрировка системы, расфо
кусировка изображения и биение осей, а также деформации оптических поверхностей.
Некоторые погрешности изготовления и сборки деталей, а также отдельные отклонения констант оптических материалов влияют на одни и те же свойства системы, например на качество изображения, благодаря чему возможна взаимокомпенсация таких дефектов. Пользуясь этой возможностью, можно расширить допуски на оптические детали.
Критерии качества изображения и допуски на оптические системы
Даже идеальной оптической системой точки предметов вследствиэ дифракции изображаются в виде пятен конечных размеров, в пределах X
которых волновая разность хода достигает величины -%-----половины
длины волны используемого света. Поэтому, согласно критерию Рэлея, качество изображения точки считается первоклассным, пока волновыз аберрации оптической системы не превосходят величины —-----четверти
длины волны света. Для видимой области спектра средняя длина волны ^ср = 0,55 мкм, поэтому допустимые волновые аберрации визуальных систем не должны быть больше величины Аб = 0,14 мкм.
Допустимые аберрации фотографических систем могут значительно превосходить критерий Рэлея, так как структура фотоэмульсии обычно грубее дифракционной структуры оптического изображения.
В некоторых оптических системах высокое качество изображения требуется только в одном направлении, например в спектральных приборах — вдоль спектра.
В визуальных системах из указанного допуска Аб = 0,14 мкм на все технологические аберрации, возникающие из-за ошибок изготовления и сборки оптических деталей, рекомендуется выделить только его часть не более [37]
(&в)доп = 0,1 мкм.
(1)
Этот допуск задается на ошибки всех оптических деталей системы, влияющих на качество изображения, в пределах рабочего или действующего пучка лучей.
Рабочим или действующим пучком называется пучок лучей наибольшего сечения, который дает в поле зрения оптической системы изображение одной точки предмета и по выходе из системы целиком попадает в зрачок глаза наблюдателя или другого приемника световой энергии.
Соответственно рабочим отверстием, в отличие от светового размера, называют участок оптической поверхности, на который падает рабочий пучок лучей.
При достаточной освещенности диаметр зрачка глаза наблюдателя равен дзг = 2 мм. Если выходной зрачок прибора больше 2 мм, то рабочим или действующим выходным зрачком становится зрачок глаза наблюдателя.
Согласно принципу таутохронизма (гл. I) волновые деформации в пределах рабочего пучка лучей при прохождении через любую последующую оптическую систему не изменяют своей величины [37].
Оптические поверхности и детали вызывают различные по характеру деформации проходящего через них волнового фронта — нерегулярные
микронеровности из-за микрошероховатостей поверхностей (рис. 1, а) и нарушение его формы вследствие, например, цилиндричности поверхностей (рис. 1, б) или их местных ошибок. При пользовании немонохроматическим светом возникают также поперечный хроматизм, например из-за клиновидности деталей (рис. 1, в), и продольный хроматизм ввиду непредусмотренной их фокусности (рис. 1, г).
Допуск . на поперечный и продольный хроматизм можно также задать в волновой мере. В самых ответственных случаях, например для деталей астрономических приборов, принимают, что в пределах рабо
Рис. 1. Прохождение плоского волнового фронта через пластинку, имеющую дефекты изготовления: а — микрошероховатость;
б — цилиндричность; в — клиновидность; г — сферичность
чего пучка лучей наибольшее расстояние между волновыми фронтами для линий F и С тоже не должно превышать величины (&рс)доп~ = 0,1 мкм [58].
При расчете допусков на клиновидность деталей поперечный хроматизм удобнее выражать в угловой мере. Допустимый угловой хроматизм за окуляром прибора при диаметре рабочего выходного зрачка dp равен
„ = (Дгс)доп dP
При (&гс)доп — 0,1 мкм Для допуска па хроматизм в угловых секундах получилось бы
„	20"
(2а) dP
При диаметре рабочего выходного зрачка в 2 мм допуск составил бы всего (^FC)"don = Ю".
Обычно рекомендуется задавать более широкие допуски на хроматизм — до 20" для каждой детали, вызывающей хроматизм, независимо от размера выходного зрачка и от сложности оптической системы [100, стр. 121].
Общий допуск на оптическую систему можно разделить на допуски для отдельных деталей и их элементов (поверхности, углы), исходя из предположения, что действия первичных ошибок суммируются как случайные величины — по квадратичному закону. Следует еще учесть, что
некоторые из ошибок имеют скалярный характер (например, хроматизм положения), а другие являются векторными (клиновидность деталей, цнлиндричность поверхностей и др.).
В случае скалярных ошибок средняя величина волнового допуска (А#)™ на каждый источник таких ошибок подсчитывается по формуле
(3)
V тск
В случае векторных ошибок средняя величина волнового допуска (&в)вект на каждый источник таких ошибок подсчитывается по аналогичной формуле
/А Ч	1/--R (&в)доп, вект	...
(&в)вект = Г 2 ——=— .	(4)
V твскгп
В этих формулах (Аб)дол> ск и (Аб)^,ь вект — Общий допуск на скалярные и векторные ошибки всей оптической системы;
и твек1П — число первичных скалярных и векторных ошибок соответственно.
Расчет допусков на оптические поверхности и детали, перпендикулярные к оси пучка лучей
Между погрешностью оптической поверхности высоты А и величиной вызываемой ею деформации А^ проходящего волнового фронта существует прямая пропорциональность [43, стр. 423]. Поэтому для расчета допускоа на ошибки оптических поверхностей можно пользоваться формулой вида
^д°п ~ S (&в)доп,	(5)
где g — коэффициент, связывающий допуск на дефекты поверхности детали с волновым допуском для нее.
Для преломляющей оптической поверхности, разграничивающей среды с показателями преломления пг и п2 на основе принципа таутохро-низма легко найти [4, стр. 426]
g = -	 •	(6)
Hi — п2
Для преломляющей поверхности, граничащей с воздухом (п1 = 1; п2 = и), получим
gn = —ГГ7Г-	<6а>
Для внутренней отражающей поверхности (nt = —п2 = п) получится
gon = -^-.	(6б)
а для наружной отражающей поверхности
g,= -|.	(6в)
При п = 1,5 для последних трех случаев получим: gn = 2, gon = — -qг О
Hg,=-4-
Следовательно, требования к точности обработки наружной отражающей поверхности в 4 раза, а внутренней отражающей поверхности даже в 6 раз строже, чем к обработке преломляющей поверхности, граничащей с воздухом.
Используя коэффициент g из формулы (6), легко найти требования к чистоте обработки оптических поверхностей по ГОСТу 2789—59. Расчеты показывают, что рабочие поверхности оптических деталей почти всегда требуют полирования по наивысшим классам чистоты — выше V 12. Только поверхности склейки могут иметь чистоту до класса V 9.
Дефекты полированных поверхностей и материала (пузыри, камни, царапины, выколки и др.) регламентируются не по высоте в соответствии с ГОСТом 2789—59, а в зависимости от площади поперечного сечения рабочего пучка лучей — в месте расположения указанных дефектов (см. гл. IV).
К дефектам макрогеометрии оптических поверхностей по ГОСТу 10732—64 относятся их отклонение от правильной сферической или плоской формы, выраженное числом интерференционных полос AV под пробным стеклом, и отступление от заданной кривизны в числе полос N. Первая ошибка включает астигматичность (цилиндричность) поверхности и местные ошибки нерегулярного характера.
Допустимую разность стрелок в главных сечениях поверхности или величину допустимой местной ошибки в пределах рабочего отверстия найдем из формулы, аналогичной формуле (5)
&hdon ~ g (Акв)доп-	(7)
Выражая разность стрелок ^h^on числом интерференционных полос под пробным стеклом, получим
bNdon = -~^ = g (^п'П =S(^Ne)don.	(8)
Л/Z	A/Z
Здесь X — длина волны света, используемого для освещения при контроле поверхности пробным стеклом; при контроле в белом свете по полосам красного цвета берется длина волны зеленого участка спектра % = 0,55 мкм\ (kNe)don — допуск на астигматизм и местные деформации выходящего волнового фронта в числе полудлин волны света.
Для визуальных систем волновой допуск (A/i6)^on в пределах рабочего участка во всяком случае не должен превышать величины 0,1 мкм или /АА7\ <АЬв)доп 0,1 мкм	Q4
= —^22— <	* °’35 полосы-	(9)
Допуск на астигматичность поверхности в пределах светового отверстия можно увеличить в квадрате отношения светового диаметра dce к рабочему диаметру пучка г/, в результате чего
A,V =	(Ю)
Допуск на местные ошибки нерегулярного характера в пределах светового сечения можно увеличивать лишь в том случае, если эти ошибки возрастают пропорционально квадрату светового диаметра. Иначе допуски следует задавать такой величины, какой они получились по формуле (8) для рабочего участка поверхности.
Допуск W на общее отклонение формы поверхностей, перпендикулярных к оптической оси, можно определить из допустимой величины остаточных аберраций системы [5, 6].
Во многих случаях величину находят из других условий, например из требований взаимозаменяемости деталей, или из условий контроля их поверхностей, а для неответственных деталей этот допуск задают просто из технологических возможностей серийного оптического производства.
Во многих приборах запасные детали (защитные стекла панорам, стереотруб) должны быть взаимозаменяемы и при замене поврежденного стекла не должен возникать недопустимый параллакс сетки или не-параллельность осей.
Для надежности контроля несферичности A2V, которая равна наибольшей разности числа полос в главных сечениях поверхности, общее отклонение N не должно быть более определяемой величины ДМ в 3—5, в крайнем случае в 10 раз.
Клиновидность пластинок и разверток призм, косина линз вызывают отклонение выходящих лучей на угол д и поперечный хроматизм величины Лд/?с. Допуск на клиновидность перечисленных деталей [4, стр. 430]
q (№)FC)donV dP	/ц)
nD-l d •
Здесь (ЬЬрс)доп — допуск на поперечный хроматизм в угловой мере за окуляром прибора;
dp и d — соответственно диаметры рабочего выходного зрачка прибора и рабочего пучка в месте расположения детали.
Отношение d/dp равно угловому увеличению у оптической системы или ее части, стоящей за деталью, для которой рассчитывается допуск на клиновидность.
Допуск на клиновидность разверток призм по ГОСТу 10732—64 задается двумя составляющими — клиновидностью 0с в плоскости главного сечения АЕВЕ', возникающей из-за ошибок углов призмы, и клиновидностью 0л в перпендикулярном направлении вследствие пира-мидальности ее развертки (рис. 2, а).
В силу взаимоперпендикулярности составляющих 0с и 0л суммарная клиновидность 0 развертки призмы равна
0 = |/0^ + ел-
При расчете допусков и контроле ошибок призм каждая из составляющих и 0Л обычно рассматривается как самостоятельная ошибка. Зависимость между отклонениями отдельных углов призмы и клиновидностью в сечении 0с, а также между пирамидальностью л призмы и ее кли-новидностыо 0л можно найти из разверток призм (см. пример 1, стр. 424).
Ошибка угла крыши вызывает наряду с хроматизмом также двоение изображения, когда пучок лучей падает одновременно на обе
отражающие грани крыши. Если допустить за окуляром двоение изображения не более 20", то допуск Акр на угол крыши призмы равен
20"
кР ~ 2пу cos i’
(12)
где у — угловое увеличение системы, стоящей за призмой, для осевой точки ребра крыши;
п — показатель преломления призмы;
i — угол падения осевого луча на ребро крыши.
Рис. 2. Клиновидность деталей: а — клиновидность развертки призмы вследствие ошибок углов (0с) и пирамидальности (0л); б — клиновидность линзы из-за децентрировки (косины)
Допуск на децентрировку линзы, исходя из допустимого поперечного хроматизма, вычисляется по формуле [4, стр. 431]
(13)
Формулу (13) можно получить из формулы (11), если угол 0 выразить через величину поперечной децентрировки с тонкой линзы и радиусы ее поверхностей гх и г2 (рис. 2, б). Поперечная децентрировка измеряется в сечении линзы расстоянием между оптической осью О2ОХ и ее геометрической осью О2^1-
Для каждой из линз, составляющих ахроматическую пару, допуски с получаются одинаковой величины, так как условие ахроматизации имеет вид = —vj2.
Вследствие децентрировки линз возникает не только хроматизм, но и другие аберрации. В ответственных системах необходимо исследовать влияние децентрировки также на величину комы на оси [8, стр. 295].
Требования к оптическим поверхностям и деталям в зависимости от их местоположения в ходе лучей
При расчете допусков удобно пользоваться габаритной оптической схемой прибора. На рис. 3 дана конструктивная схема оптики правой трубы ACT 10Х 45, которая состоит из защитного стекла /, головной
призмы 2, объектива 5, окулярной призменной системы 4, сетки 5, окуляра 6 и светофильтра 7. Построена также габаритная схема с выпрямленным ходом лучей, причем развертка призмы 4 и пластинка сетки 5 в сходящемся ходе лучей редуцированы к воздуху. Пунктиром показан ход крайних лучей осевого пучка, сплошными линиями — рабочий пучок, который уже первого в 2,25 раза, так как диаметр выходного зрачка dp — 4,5 мм во столько же раз больше зрачка глаза d3e = 2 мм. Из конструктивной схемы оптики известны световые отверстия деталей, сорта стекол и углы наклона рабочих поверхностей к оси пучка.
Уже по одной габаритной схеме оптики с ходом рабочего пучка лучей можно сделать ряд важных выводов о требованиях к отдельным поверхностям, деталям и узлам оптической системы.
Из формул (10), (И) и (13) видно, что допуски на цилиндричность и местные ошибки оптических поверхностей, а также допуски на клиновидность пластинок и децентрировку линз тем строже, чем больше сечение рабочего пучка лучей в месте расположения деталей. Если детали и узлы оптической системы стереотрубы (рис. 3) расположить в последовательности снижения требований к точности их изготовления (с учетом также конструктивной сложности деталей и узлов), то на первом месте следует поставить детали и узлы 2, 3, /, затегл 4, 6, 7 и, наконец, пластинку 5 сетки; требования к точности изготовления пластинки сетки невысоки \ так как в месте ее расположения пучок лучей сходится в точку (J = 0). В той же зависимости от размера сечения рабочего пучка находятся и требования к материалам для деталей в отношении оптической однородности, двойного лучепреломления, отклонений оптических констант. Поэтому для деталей, стоящих в широком сечении рабочего пучка, следует выбирать материалы более высоких категорий, а для деталей, находящихся в узком пучке, допустимо применять материалы пониженных категорий.
Требования к чистоте полировки поверхностей, а также в отношении дефектов (пузыри, камни, царапины, выколки), наоборот, возрастают с уменьшением сечения рабочего пучка. Расположив детали и узлы оптической системы стереотрубы ACT в порядке снижения требований к чистоте полированных поверхностей и к перечисленным выше дефектам,
1 Это относится только к форме поверхностей, но не к их чистоте обработки. (Прим, ред.)
получим обратную последовательность. Самые строгие требования следует предъявить к деталям, расположенным близко к плоскости изображения, в первую очередь к пластинке 5 сетки, менее строгие — к деталям окуляра 6, светофильтру 7, призме 4; наименьшие — к деталям и узлам 2, 3, 1 (с учетом влияния толщины стекла).
Расчет допусков для наклонных плоских поверхностей и наклонных плоскопараллельных пластинок
Некоторые плоские поверхности и отдельные детали типа плоскопараллельных пластинок (защитные стекла, разделительные пластинки, развертки призм) наклонены к оси пучка лучей. Таковы, например, отражающие грани головной призмы 2 и окулярных призм 4 стереотрубы ACT (рис. 3).
Для коэффициента g, который связывает высоту неровности наклонной плоской поверхности, разделяющей среды с показателями преломления nY и л2, с вызываемой этой неровностью деформацией проходящего волнового фронта, получается более сложное выражение вида [4, стр. 435]
пх COS i — ]/"/?2 — nl Sin24
где i — угол падения осевого луча на наклонную плоскость.
Для поверхностей разных типов величина коэффициента gi вычисляется по различным формулам:
для преломляющей поверхности, граничащей с воздухОхМ (их = 1, п2 = п)
П cos i — V ri2 — sin2 i
для внутренней отражающей поверхности — —п2 ~ п)
=	(14б)
для наружной отражающей поверхности (и — 1)
=	(14в)
Для тех же поверхностей, перпендикулярных оси пучка, из формул (14а), (146) и (14в) можно получить формулы (6а), (66) и (6в).
В табл. 1 и на рис. 4 приведены абсолютные величины коэффициентов gni, goni к got Для углов падения i от 0 до I = 90°. Из формул (14), (14а) — (14в) видно, что и для наклонных оптических поверхностей сохраняется прямая пропорциональность между их погрешностями и деформацией выходящего волнового фронта.
Формулы (5), (8) и (10) для расчета допусков на микронеровности, на цилиндричность и местные ошибки поверхностей сохраняют свой вид и для наклонных поверхностей, но коэффициент gi следует подставлять из формулы (14) в соответствии с типом поверхности и углом падения осевого луча.
В дальнейшем полагаем, что рабочий пучок лучей — параллельный или близкий к нему, т. е. имеет малый апертурный угол, а сечение пучка—
круглое. Рабочий участок наклонной поверхности при этих условиях будет эллиптической формы с длиной малой оси 1т и длиной большой оси Если ось, вокруг которой наклонена оптическая поверхность, перпендикулярна оси рабочего пучка, то = d, a lM = d cos i где d — диаметр рабочего сечения.
Рис. 4. Графики зависимости коэффициентов g, G и Q от угла наклона и типа оптических поверхностей
Величина допуска на цилиндричность в числе полос ^N^n п0 Ф°Р-муле (8) в пределах рабочего участка эллиптической формы и для наклонной поверхности не зависит от направленияоси цилиндра. Если же допуск выражать не числом полос ANdon, а величиной наименьшего допустимого радиуса кривизны цилиндрической поверхности, то допуск будет зависеть от направления ее главных сечений: он получится наиболее строгим, когда ось цилиндра параллельна
I. Коэффициенты для расчета допусков в зависимости от угла наклона поверхностей и деталей
i Коэффициент	Величина угла наклона i				
	0	30°	45°	60°	90°
gn	2,0	1,8	1,6	1,4	0,9
go	0,5	0,6	0,7	1,0	co
gon	0,3	0,4	0,5	0,7	co
Gn	00	5,4	1,6	0,5	0
Go	co	1,7	0,7	0,3	0
Gon	co	1,2	0,5	0,2	0
Q	1,0	0,8	0,6	0,3	—
короткой оси ltn рабочего участка, и наименее строгим, когда ось цилиндра совпадает с длинной осью 1М\ в остальных случаях допуск будет иметь
промежуточную величину. Это следует иметь в виду при определении допуска ДА в пределах светового размера поверхности по формуле (10). Второй причиной возникновения астигматизма в изображении точки является сферичность наклонной поверхности. Разность стрелок прогиба выходящего волнового фронта в пределах рабочего пучка лучей
равна (рис. 5)
Рис. 5. Астигматизм при отражении от наклонной сферической поверхности
ДЛ» = — = h«~h'n gi gi
(15)
Наибольшая hM и наименьшая htn стрелки прогиба сферической поверхности относятся друг к другу как квадраты длин осей рабочего участка эллиптической формы, поэтому
лЛ = /Ц-^)2 = W2- (16)
Выражая допуск на сферичность наклонной оптической поверхности числом полос вдоль малой оси рабочего участка, из формулы (15) с учетом формулы (16) для общего случая получим
Ndon=---^-x^Ne)don. (17)
где (&N6)d0n — допуск на астигматизм выходящего волнового фронта, выраженный числом полудлин волны света, используемого для освещения при контроле поверхности пробным стеклом.
В некоторых случаях, например в спектральных призмах с автокол-лимационным ходом лучей или в призме Дове, перед поверхностью, для которой рассчитывается допуск, расположена наклонная преломляющая плоскость (рис. 6). Коэффициент анаморфозы ka последней равен
=
1п : 2 costn d cos in
где in и itl — углы падения и преломления луча на наклонной плоскости соответственно;
d и 1п — ширина сечения падающего и преломленного пучка.
Длина большой оси 1М рабочего участка отражающей плоскости, для которой определяется допуск А, равна lM ~ /mcos i, где I — угол падения луча на эту плоскость. Длина малой оси рабочего участка равна 1М — d, поэтому отношение осей
________ In _____
~ ltn d cosi ~ cos i
Применительно к данному случаю формулу (17) можно привести к виду
Ndon= T~b gi>-------<ANe)don-	(18)
(—M — 1
\ COS I )
Когда преломляющая плоскость перпендикулярна оси падающего пучка лучей (in = 0; ka= 1), а также в случае зеркала с наружным отражением (ka — 1) формула (18) упрощается:
Neon = (bNe)don = Gi (bNe)don-	(19)
Здесь Gi — коэффициент, связывающий в указанных частных случаях сферичность поверхности с возникающим астигматизмом.
Рис. 6. Влияние наклонной преломляющей плоскости
Для наклонного плоскопараллельного зеркала с внутренним отражением (t = из формулы (18) получим несколько отличающееся выражение
Ndon = -Jf-- (&Ne)don.	(20)
Чг
где in — угол падения луча на преломляющую поверхность пластинки.
Согласно ГОСТу 10732—64 допуск на сферичность в числе полос N для некруглых деталей следует относить к наименьшему световому размеру (1т)св- В пределах указанного размера допуск N определяется по формуле
(21)
Астигматизм вследствие цилиндричности у наклонных поверхностей частично или даже полностью может компенсироваться астигматизмом за счет сферичности, поскольку направление оси цилиндра при наличии первой ошибки может быть произвольным. При сборке можно до некоторой степени компенсировать астигматизм, вращая наклонное зеркало вокруг его нормали.
Допустимую клиновидность наклонных пластинок и разверток призм можно найти из формулы (11), введя коэффициент Q, учитывающий влияние угла i наклона входной грани к оси пучка. В результате получим
е,- = q  е = q -^^nV • А-.	(22)
Коэффициент Q равен
<2 = («О - 1) (КnD + (nD - 1) Ц2' - 1) 1 »
, "d+ 1
+ 2nD
(23)
В табл. 1 и на рис. 4 приведены величины коэффициента Q, а также величины коэффициента G, входящего в формулу (19), для всех типов наклонных поверхностей — преломляющей (Gn), наружной отражающей (Go) и внутренней отражающей (60л). Из рисунка и таблицы видна общая зависимость требований к оптическим поверхностям и деталям разных типов от их угла наклона к оптической оси системы.
1.	Требования в отношении цилиндричности и местных ошибок (допустимое отклонение Д/V) перпендикулярных к оси наружных отражающих поверхностей в 4 раза, а внутренних отражающих поверхностей в 6 раз строже, чем преломляющих поверхностей.
По мере возрастания угла наклона требования к указанным поверхностям изменяются неодинаково: допуски на отклонение &N для
2. Допуски для типовых оптических узлов
Оптические системы и узлы		Класс точности пробных стекол по ГОСТу 2786-62	Допуски под пробное стекло (полос)		Допуски на отклонение толщины линз в мм	Допуски на децентрировку линз в мм	Категория по П& и по Пр— п^ по ! ГОСТу—3514—57
			N	4<V			
Микроскопы	Объективы 1 Окуляры	1-2 3	1—3 3-5	0,1-0,3 0,3—0,5 1	0,01-0,05 0,1	0,003-0,005 0,01—0,05	1—2 3-4
Фото-объективы и проек-ционные объективы	Линзы объективов Светофильтры	1-2 3	2-5 1-5	0,1—0,5 0,5-1	0,05—0,3	0,005—0,2	1-2
Телескопические системы 1 Дл 1-й к л ас ПОЛОСЫ 1	Линзы объективов Линзы оборачивающих систем Коллективы Линзы окуляров Светофильтры Сетки и шкалы я апохроматов о :с точности проб! и производить пер	1-2 2 3 2-3 3 собо В1 ibix сте ерасчет	3-5 3-5 5-10 3-6 3-8 8-15 J со к ого :кол, за си стемь	0,3-0,5 0,3—0,5 0,5-1 0,3—0,5 1-3 2-5 качест давать 1 I на пла	0,1-0,3 0,2-0,3 0,2-0,5 0,1-0,3 ва следу V и ДМ 1вки стеке	0,01-0,05 0,02-0,1 0,05—0,2 0,01—0,1 ет назна не более )Л.	1—2 2-3 4 3—4 чать 0,05
преломляющих поверхностей (кривые gn) непрерывно ужесточаются (более чем вдвое при угле i = 90°), а для отражающих поверхностей (кривые go и gon) они, наоборот, непрерывно расширяются вплоть до свободных при скользящем ходе лучей (i = 90°).
2.	Допуски на сферичность плоских преломляющих и отражающих поверхностей с увеличением угла их наклона быстро уменьшаются от свободных (при i = 0, когда Gn = Go — Gon = сю) до нуля (при / = - 90°, когда Gn = Go = Gon ~ 0).
При i = 45° для поверхностей каждого типа коэффициенты g и G равны друг другу.
3.	Допуск на клиновидность пластинок и разверток призм с ростом их угла наклона ужесточается (кривая Q).
Приведенные формулы, графики или таблицы позволяют решать разнообразные задачи по расчету допусков на оптические детали. В табл. 2 и 3 приведены примерные величины допусков, задаваемых на линзовые и призменные детали некоторых оптических систем [49].
3. Допуски на отражающие плоскости и на углы для типовых зеркально-призменных систем
Группы точности призм	Допуски под пробное стекло (полос)		Наименьший допуск на отдельные углы	Примеры призм
	AZ	A.V		
Высокой ТОЧНОСТИ	0,2—0,5	0,05—0,2	1-5"	Все призмы с крышей, куб-приз-мы
Средней точности	0,5—2	0,2—0,5	2—5'	Головные призмы визиров, призмы биноклей
Низкой точности	5—10	1—2	10—15'	Смотровые призмы
Влияние поворотов и смещений зеркал и призм
Неправильная установка зеркал и призм нарушает положение и ориентировку изображения в поле зрения оптической системы и вызывает децентрировку ее частей.
При расчете допусков на изготовление и установку зеркально-призменных систем нередко возникают пространственные задачи, для решения которых в простых случаях пользуются сферической тригонометрией, в сложных — векторной алгеброй или матричным исчислением [31, 54, 55, 67, 68].
Орт А' направления луча, отраженного от плоского зеркала или преломленного плоскостью, равен
А' = Л — 2N (AN)
(24)
и соответственно
А' — А + N cos i — cos .	(25)
Здесь A — орт направления падающего луча;
N — орт направления нормали отражающей или преломляющей ПЛОСКОСТИ;
п, п' — показатели преломления первой и второй сред, разделяемых преломляющей плоскостью;
/, i' — соответственно угол падения и преломления луча на плоскости.
Орт направления луча А после k-ro отражения в зеркальной системе в общем случае определяется также из матричной формулы вида
(Щц щ12 Ши \ Щ‘21 ^22 т23 |л, Ш31 Щз2 Ш33 /
(26)
где	— матрица действия зеркальной системы, запи-
санная в той же системе координат, в которой задан орт А направления падающего луча.
/Пи, щ12, . .	щ33 — элементы матрицы от 1 до 9-го.
Матрицу М' для плоского зеркала найдем с помощью формулы (24):
|Л|
(1 - 2/V;
— 2NxNy
— 2NXNZ
— 2NXN у 1-2^ -2^2
—2NxN2
-2NyNz
1 — 2/V;
(27)
|Л~ |
Здесь Nx, My, Nz—проекции нормали зеркала в произвольной неподвижной координатной системе xyz.
Матрица общего вида М' переходит в матрицу Р' канонического вида, если направить одну из осей координат, например _ось г, параллельно нормали плоского зеркала, т. е. положить N — k, тогда 2VX = Ny = 0 и из формулы (27) получим
(27а)
Матрицу М" двойного (углового) зеркала найдем с помощью формулы (41. 6) из [97] для орта А" направления дважды отраженного луча
лг = 1£< = М!
[cos 2о + 2р2 sin2 о] [— Pz sin 2о + 2рхру sin2 о] [ру sin 2о + 2pxpz sin2 о]
[р2 sin 2о + ^рхру sin2 о] [cos 2о + 2р2 sin2 о]
[— Рх sin 2о + 2pypz sin2 о]
[— ру sin 2о + 2pvpz sin2 о] [рА. sin 2о + 2pypz sin2 о] [cos 2о + 2р2 sin2 о]
Здесь рх, ру, pz — проекции орта ребра, образованного пересечением
зеркал;
о — угол между зеркалами, отсчитываемый со стороны орта р ребра от первого по ходу луча ко второму зеркалу в направлении движения часовой стрелки. У прямоугольного зеркала и у крыши угол а = 90°; в этих случаях
получится
(1 — 2р2	- 2рЛр^ - 2рхрг
~ 2РхРу [-2Ру	- 2РуРг
~ 2PxPz - 2РуРг 1 “ 2р1
(28а)
Из сравнения матрицы Ма=90о с формулой (27) замечаем, что матрица прямоугольного зеркала полностью совпадает с матрицей ЛГ плоского зеркала, отличаясь лишь знаком. Следовательно, прямоугольное зеркало или крыша действует на направление падающих лучей так же, как плоское зеркало, перпендикулярное их ребру, если знаки у ортов падающих лучей" поменять на обратные.
Для зеркального ромба и ромб-призмы (угол а = 0) из формулы (28) получим
(1 0 о\
0 1 0 j = Е,	(286)
0 0 1/
т. е. матрица зеркального ромба и ромб-призмы, не имеющих ошибок изготовления, равна единичной. Это значит, что обе эти системы не изменяют направления отраженных лучей: выходящие лучи всегда параллельны падающим.
Из матрицы М" углового зеркала получится матрица Р" канонического вида, если направить, например, юсь г координатной системы вдоль ребра углового зеркала. Тогда р = k-t рх = ру — 0 и из формулы (28) получим
(cos2o — sin2o 0\
sin 2о cos 2о 0 I.	(28в)
0	0	1/
14 Заказ 1J02
Матрица Мкг преломляющего клина получится из матрицы Л4
углового зеркала, если вместо угла о между зеркалами подставить поло-гр	к
вину угла поворота ~ преломленного луча вокруг ребра клина по отно-
шению к падающему лучу. Угол поворота гр луча клином с малым преломляющим углом о равен [16]
« а (1 — /л2 + (л2 — 1) tg2 i).	(29)
Рис. 7. Отражение от зеркальных систем в сходящемся ходе лучей: а — общий случай отражения; б — от плоского зеркала! в — от углового и тройного зеркала
Величина угла поворота гр зависит от величины угла падения i луча на входную грань клина, но не зависит в первом приближении от ориентировки плоскости падения относительно главного сечения клина.
В сходящемся ходе лучей положение изображения точки, отраженной k раз от системы плоских зеркал, можно определить радиусом-вектором из соответствующих векторно-матричных выражений вида (рис. 7, а)
(30)
где — радиус-вектор изображения точки предмета Г, с которой совпадает начало О неподвижных координатных осей хуг> после k-ro числа отражений в системе плоских зеркал;
X — переменный скалярный множитель;
—орт направления отраженного луча по формуле (26).
Для плоского зеркала (рис. 7, б) найдем
q' = (1 — М') г+ 2/ЛГ.	(31)
Для углового зеркала (рис. 7, в), составленного из двух зеркал / и 2, получим
ё" = (1-Л1") (/+/).	(32)
Для системы трех плоских зеркал с центром Ц в точке взаимопере-сечения всех зеркал из того же рис. 7, в получим
ё"' = (1-М'")(г"+6<)	(33)
В формулах (31)—(33) обозначено;
г — радиус-вектор неподвижной точки С, вокруг которой вращается плоское, угловое или тройное зеркало, относительно точки предмета Г;
I — расстояние от точки С до отражающей плоскости зеркала;
N — орт направления нормали плоского зеркала;
М' — матрица действия плоского зеркала по формуле (27);
I — радиус-вектор точки ребра углового зеркала, лежащей на перпендикуляре, опущенном из неподвижной точки С, относительно самой точки С;
М" — матрица действия углового зеркала по формуле (28);
1ц — радиус-вектор центра Ц системы трех зеркал относительно неподвижной точки С;
М'" — матрица действия системы трех зеркал.
Матрицу ЛГ" трехзеркальной системы общего вида можно найти как произведение матрицы М1 2 по формуле (28) первой по ходу лу^а пары зеркал /, 2, образующих угловое зеркало с углом Oj 2 и ортом р1 2 направления ребра, на матрицу М3 третьего зеркала по формуле (27).
Если призма с тремя отражениями получена из призмы с двумя отражающими гранями и с углом о между ними после нанесения на одной из граней прямоугольной крыши с ребром, параллельным главному сечению исходной призмы, то ее матрица дается формулой (28). Вместо угла о в формулу (28) следует подставить угол о? = о — 90° и перед всем выражением принять знак минус.
Для зеркального ромба формула (32) не пригодна, так как вырождается в неопределенность вида О со. Поскольку изображение Т" точки предмета Т в зеркальном ромбе смещено на расстояние 2Ь вдоль нормали Nх, опущенной из самой точки Т на первое по ходу луча зеркало, то для радиуса-вектора §ромб в этом случае получим простое выражение
вромб =	(34)
где b — толщина ромба, т. е. расстояние между отражающими плоскостями его зеркал.
*
4. Типы и классы зеркально-призменных систем (ЗПС) с
Е Е	Типы и классы ЗПС	Наименование ЗПС или эквивалентных ЗПС	Действенные подвижки в сходящемся ходе лучей						Действенные повороты в параллельном ходе лучей вокруг осей			Матрица канонического вида ЗПС
			смещения вдоль осей			повороты вокруг осей						
			х	у	г	х	1 у 1	। 2		1 у	1г	
1	2	3	4						5			6
1	А	Плоское зеркало	—	—	4-	4-	4-	—	+	4-	—	/1 ° 0\ Р' = ( 0 1 0 ) \о о — 17
2	Б	Угловое зеркало	+	4-	—	+	4-	—	4-	4-	—	1 1	Р" = /cos 2о —sin 2о 0\ — 1 sin 2о cos 2о 0 ) !	\	0	01/ при о = 90° Ро=90о=—Рэ
3	Б—0	Ромб зеркальный	—	—	—	4-	4-	—	—	—	—	
4	В	Тройное зеркало	+	4-	4-	4-	4-	—	4-	4-	—	$ °-’ 5	Ch	II II О !,	8 .«: у Ч £ Е о" с о.
5	В—180°	Триэдр прямоугольный	4-	4-	4-	—	—	—	—	—	—	Р" = —Е
6	А4-Б-0	Плоское зеркало с перпендикулярным ему зеркальным ромбом	—	—	4-	4-	4-	4-	4-	4-	—	м	' Р =РЭ
7	Б4-Б—0	Угловое зеркало с перпендикулярным ребру зеркальным ромбом	+	4-	—	4-	4-	—	4-	4-	—	р =Рэ. при оэ = 90° р""	= — Р э °9==90°	э
плоскими отражающими и преломляющими поверхностями
Недейственные смещения и повороты ЗПС в сходящемся ходе лучей	Примеры ЗПС, относящихся к данному классу	Призмы отражательные (см. табл. 11, гл. IV)
7	8	9
Смещения плоского зеркала вдоль отражающей плоскости и поворот его вокруг оси, перпендикулярной отражающей плоскости	Плоское зеркало с наружным и внутренним отражением. Система трех зеркал, пеоесекающихся по одной общей прямой, или система двух зеркал с тремя отражениями	А—0 (Аббе) при определенной величине показателя преломления материала
Поворот углового зеркала вокруг ребра и смещение вдоль него	Угловое зеркало с углом, заключенным в пределах 180° > | 0 | > 0. Пр’измы с двумя отражениями, у которых входная и выходная преломляющие грани параллельны ребру между отражающими гранями	Бр—180°, БУ—40°, БУ—45°, БУ—60°, БП— 80°, БП—90° (пента), Б—90°
Смещения зеркального ромба в любом направлении и поворот его вокруг оси, перпендикулярной зеркалам	Ромб зеркальный. Плоскопараллельная прелом- | ляющая пластинка, Ромб- । призма	1 БС—0 (ромб)
Поворот тройного зеркала вокруг оси, проходящей через его центр и параллельной лучу, который в системе зеркал отражается в противоположном себе направлении	Система трех зеркал общего вида. Призмы с двумя отражающими плоскостями, вместо одной из которых нанесена крыша	Б к У—45°, БкП—90°, БкУ—60°, БкМ—100— 90°, Бк—90° (башмачная)
Повороты прямоугольного триэдра вокруг его центра	Зеркальный	прямо- угольный триэдр. Три-пельпризма	БкР—180°
Смещения зеркальной системы вдоль отражающей плоскости ее эквивалентного зеркала	Система трех зеркал с компланарными нормалями, не пересекающихся по одной общей прямой. Равнобедренные призмы с одним отражением. Призмы Шмидта, Аббе, Пеханэ	АР—0 (Дове), АР-450, АР—60°, АР—90°, АР—105°, ВЛ—0 (Лемана) , ВР—45° (Шмидта), ВР—180°, А—0 (Аббе), К—0. П—0, ВП—0
Поворот зеркальной системы вокруг ребра эквивалентного углового зеркала и смещение вдоль ребра	Система четырех зеркал общего вида. Равнобедренные призмы с крышей. Призмы Шмидта и Аббе с крышей. Зеркально-призменные оборачивающие системы	АкР—45°, АкР—60°, АкР—80°,	АкР—90°, Б14—60—90°,	БМ— 80—90е, БМ—90—90е, БМ—100—90°, БМ—120— 90\ ВкЛ—0, ВкР—45°, ВкР—180°, Ак—0 (Аббе), Пк—0
Полученная формула (34) пригодна и для плоскопараллельной пластинки, которая также смещает изображение Т' точки предмета Т вдоль нормали Nь опущенной из точки Т на первую преломляющую плоскость, но в обратную сторону, и на величину
[/ sin i \ Л ,	1 — п ,
— 1 — 1 b да-------b sec /,	(Зэ)
\Кл2 — sin2 i) J п
где п — показатель преломления материала пластинки;
b — толщина пластинки;
i — угол падения луча на пластинку, косинус которого равен скалярному произведению ортов направлений падающего луча А и нормали Л/ь т. е.
cos i — — AN r	(36)
Сложные зеркально-призменные системы с числом отражений луча от трех и больше можно привести с математической точки зрения к небольшому числу более простых зеркальных систем эквивалентного действия (табл. 4).
В сходящемся ходе лучей имеется всего семь таких простейших систем трех типов: А — с одним отражением, Б — с двумя и В — с тремя отражениями. Первые пять систем простые: плоское зеркало (класс А), угловое зеркало (класс Б), в частности, зеркальный ромб (класс Б—0), тройное зеркало (класс В), триэдр прямоугольный (класс В—180°). В обозначениях зеркального ромба и триэдра прямоугольного указан угол отклонения выходящих лучей соответственно 0 и 180°. Шестая и седьмая системы — сложные. Система класса А + Б — 0 представляет собой сочетание эквивалентного плоского зеркала класса А с неизменно связанным с ним перпендикулярным ему зеркальным ромбом класса Б—0. Система класса Б+Б—0 является сочетанием углового зеркала класса Б с неизменно связанным с ним и перпендикулярным его ребру зеркальным ромбом класса Б—0.
В графах 4 и 5 табл. 4 указаны действенные подвижки зеркальнопризменных систем в сходящемся и соответственно в параллельном ходе лучей. Действенными называются такие смещения ЗПС вдоль трех осей прямоугольной системы xyz и такие повороты ЗПС вокруг тех же осей, которые влияют на положение или поворот изображения в поле зрения оптической системы. Такие подвижки отмечены знаком плюс.
Чтобы получить наименьшее число действенных смещений и поворотов, они рассмотрены в такой системе координатных осей xyz, третья ось которой z в исходном положении ЗПС ориентирована так, что вращение зеркально-призменной системы вокруг оси z в сходящемся ходе лучей является недейственным.
В плоском зеркале ось z параллельна его нормали Л/, в угловом зеркале она совпадает с его ребром. В зеркальном ромбе ось z ориентирована перпендикулярно его зеркалам. У тройного зеркала в сходящемся ходе лучей в общем случае имеется центр Ц — точка пересечения ребра первой по ходу лучей пары зеркал с плоскостью третьего зеркала. Через этот центр и проходит ось z параллельно лучу, который после отражения в системе трех зеркал выходит в строго противоположном направлении [54]. К системам этого типа принадлежат, в частности, призмы с двумя отражающими плоскостями после нанесения на одной из них крыши. У таких призм, когда угол крыши равен 90°, а ребро крыши параллельно
главному сечению исходной призмы, ось г совпадает с приведенным ребром исходной призмы с двумя отражениями [68]. У прямоугольного триэдра класса В—180° любой луч, проходящий через его центр, отражается в строго противоположном направлении, поэтому в данном случае ось z тоже совмещена с центром зеркальной системы, но ориентировка оси г не имеет значения.
У системы класса А+Б—0 ось г параллельна нормали эквивалентного плоского зеркала, а одна из осей х или у — перпендикулярна зеркалам эквивалентного ромба. У системы класса Б+Б—0 ось г совпадает с ребром эквивалентного углового зеркала, а ориентировка осей х и у может быть произвольной.
В параллельном ходе лучей все зеркально-призменные системы с плоскими отражающими и преломляющими поверхностями приводятся всего лишь к трем классам: к системам с матрицей плоского зеркала с положительным или отрицательным знаком (± Р')\ к системам с матрицей углового зеркала с положительным или отрицательным знаком (±Р"); к системам с положительной или отрицательной единичной матрицей (=+=£). В табл. 4 приведены матрицы канонического вида зеркальнопризменных систем и их эквивалентов.
Расчет допусков на оптические детали с учетом требований к точности работы и сборке прибора
Ориентируем ось z неподвижной координатной системы по оптической оси прибора, направив оси х и у в плоскости полевой диафрагмы соответственно горизонтально и вертикально. Вследствие ошибок изготовления и установки оптических деталей, расположенных до полевой диафрагмы, возможны следующие погрешности в ориентировке изображения.
1.	Поперечные параллельные себе сдвиги осевого луча и изображения на величины Ах и Аг/, что приводит к децентрировке 2-го рода — параллельному сдвигу частей оптической системы; в. бинокулярных приборах эти сдвиги вызывают, кроме того, непараллельность осей выходящих пучков.
2.	Продольное смещение резкого изображения на величину Аг, вызывающее расфокусировку системы.
3.	Повороты осевого луча и связанной с ним плоскости изображения вокруг оси х или (/, вызывающие децентрировку 1-го рода — наклоны частей оптической системы — и приводящие к нерезкости изображения краевых точек или к перспективному искажению (разномасштабность по полю зрения).
4.	Поворот изображения вокруг оси z в системах с призменнозеркальными элементами, приводящий к наклону или перекосу изображения.
При наличии в плоскости полевой диафрагмы перекрестия или шкалы могут появиться дополнительно следующие дефекты.
5.	Отклонение визирной оси, в угломерных приборах — увод визирной оси [69].
6.	Параллакс сетки или шкалы.
7.	Разворот сетки или шкалы.
Допуски на указанные дефекты задаются техническими условиями на изготовление оптико-механических приборов. Например, в визирных
приборах, работающих совместно с глазом, требуется, чтобы сетки и шкалы были видны одновременно резко с изображением визируемых предметов. Допустимое взаимное смещение сетки или шкалы и изображения предметов не должны быть более величины [37] *	0,2 мкм
Дг = —1--------
и2.
(37)
где и — апертурный угол рабочего пучка лучей в месте расположения сетки или шкалы.
Для задания обоснованных допусков на изготовление и сборку оптических деталей и узлов следует вычислить их с учетом всесторонних требований к прибору и в качестве окончательных допусков принять наиболее строгие из полученных величин. Необходимо при этом учитывать технологические возможности производства, а также экономические соображения [см. 31, 54, 55, 67—70, 84, 93, 97].
Рассмотрим типовые задачи, взятые из заводской практики.
Пример / .Рассчитать допуски на изготовление головной прямоугольной призмы из стекла марки К8 артиллерийской стереотрубы ACT 10Х 45 (деталь 2 на рис. 3) при условии, что разрешающая способность трубы должна быть не ниже е = 6". Необходимо указать допуски Alt х на преломляющие поверхности /, допуски Л/2, АА2 на отражающую грань 2, а также допустимую клиновидность развертки призмы.
Решение. Прежде всего найдем величину волнового допуска на астигматизм (&Мв)доп Для каждой преломляющей и отражающей поверхности в пределах рабочего выходного зрачка, равного 2 мм. Разрешающая способность трубы при этом зрачке должна быть не ниже теорети-120"	120"
ческого предела	= 6".
В ACT имеется 14 преломляющих рабочих поверхностей, перпендикулярных оси и граничащих с воздухом, не считая поверхностей сетки 5, и четыре внутренних отражающих поверхности, наклоненных под углом i = 45° к оси.
Астигматизм от наклонной внутренней отражающей поверхности вследствие ее цилиндричности и сферичности при i = 45° в 4 раза больше, чем астигматизм из-за цилиндричности перпендикулярной к оси преломляющей поверхности. Поэтому при расчете средней величины допуска в волновой мере (AA/6)npej. на каждую такую преломляющую поверхность следует принять, что число т — 14 + 8 X 42 = 142 (каждая наклонная поверхность имеет два источника астигматизма — цилиндрич-ность и сферичность, и принято квадратичное суммирование отдельных ошибок).
Приняв (&Ne)dOn — 0,35 полосы в соответствии с формулой (4), получим
(^пРел. ср = ^2	* °’0425 ПОЛОСЫ-
Для наклонных отражающих поверхностей допуск будет в 4 раза больше, т. е.
(лл^)огр. ср = °>17 полосы-
По формуле (10) найдем:
для преломляющих граней /
AAi = 2-0,0425	полссы
и соответственно для отражающей грани 2
Д#2 = 0,5-0,17	^0,4 полосы.
При угле наклона I = 45° gon — Gon, поэтому
N2 = &/V2 ~ 0,4 полосы.
Допуск /Vi зададим из условия, чтобы он не превышал допуска ДЛ^ в 3—4 раза, и примем Wj = 1,5 полосы. Клиновидность 0С и 0л развертки прямоугольной призмы определим из рис. 2, а, откуда 0С = д45о, т. е. клиновидность 0С в главном сечении призмы равна разности острых углов. Для клиновидности в перпендикулярном направлении получим 0Л = 1^2д, т. е. она в |Л2 больше величины пирамидальности развертки.
По формуле (11), рассматривая каждую ошибку как самостоятельную и полагая допуск на хроматизм (^гс)^Оп= найдем
_ 10"-64	1	л
‘	0,5163 ’ 10-60	45°’
Пирамидальность допустима до л # 1,5'. Допуск на угол 90° можно задать Д90о = 5'. Окончательно зададим следующие допуски на грани призмы (в числе полос): = 1,5;	= 0,4; TV2 = 0,4; ДМ2 = 0,4;
на углы б45о =2'; Д^о =5'; л = 1,5'.
Пример 2. Рассчитать допуски на ошибки установки плоского зеркала 3, расположенного между объективом О и экраном Э профильного проектора. Точность измерения размеров на экране диаметром 2у' — = 500 мм не ниже ду' = 0,1 мм. Расстояние между задним фокусом F' проекционного объектива, где установлена действующая диафрагма, и экраном равно Д = 2 м, а расстояние от экрана до зеркала по осевому лучу равно I (рис. 8). Положение объектива О и экрана Э вполне определено корпусом проектора.
Решение. Выявим влияние действенных подвижек зеркала 3 в неподвижной системе осей xof/ozo. Для наглядности полученные результаты представим в другой системе неподвижных осей хуг, третья ось г которой перпендикулярна плоскости экрана Э, а ось у является вертикалью этой плоскости.
В сходящемся ходе лучей плоское зеркало имеет три действенные подвижки — два поворота вокруг осей х0 и t/0 и смещение вдоль нормали N, т. е. вдоль оси г0 (см. табл.4). Легко видеть, что смещение зеркала 3 вдоль оси z0 вызовет расфокусировку изображения
А/ = 2Аг cos i	(38)
и поперечный сдвиг изображения по экрану на величину
Д/=2Д?5Ш/,	(39)
где i — угол падения осевого луча на зеркало.
Более опасны повороты зеркала 3 вокруг осей х0 и у$. При повороте зеркала вокруг оси yQ на угол 0 отраженный осевой главный луч
отклонится от своего расчетного направления — орта До на вдвое больший угол. Точка пересечения этого луча сдвинется от центра экрана на величину 2/(3, и осевой луч станет неперпендикулярным плоскости экрана на угол 2(3. В результате возникнет разномасштабность изображения, равная
2бу' = 4pt/' tg w,	(40)
где w — половина угла поля изображения объектива проектора; у' — половина размера изображения на экране.
Поскольку tg w = у'/Д, то
б</'=4^2-
(41)
Для допустимого угла поворота зеркала 3 вокруг оси уд в угловых минутах получится
₽дпя <	•3440 *2-5'-
(42)
независимо от расстояния I от экрана Э до зеркала 3.
Влияние поворота зеркала 3 вокруг оси х0 на угол а найдем по формуле (26) сразу в системе координатных осей хуг, для чего орт Д', полученный в основной системе координат хоуого, умножим на матрицу S поворота осей вокруг оси yQ на угол i. В результате получим
(cos i 0 — sin A
0	1	0	1м'Д0,	(43)
sin i 0	cos i /
где До — орт направления падающего осевого луча, равный До = sin i • iQ — cos i • kQ.
Для орта нормали N повернутого на угол а зеркала 3 найдем /V = sin а /0 + cos а-kQ.
Подстановкой и перемножением матриц по формуле (43) получим
(sin2 a - sin 2/ \	/ а2 - sin 21 \
sin 2а-cos i	|«[ 2а-cos* |.	(44)
1 — 2 sin2 а-cos2 i I \	1 J
Таким образом, при повороте зеркала 3 вокруг оси х0 осевой главный луч отклонится в плоскости уг на угол 2а-cos i и в результате на экране появится сдвиг изображения вверх на величину 2/-a cos i и разномас-штабность изображения по вертикали величины
2d#a = 4а/ • cos i • tg w. (45)
Допустимый угол поворота зеркала 3 вокруг оси х0 может быть в sec i раз больше, чем угол Р^по формуле (42).
Пример 3. В серийных отечественных стереомикроскопах МБС-1, МБС-2, МПС-1 1 используется бинокулярная насадка, в которой расстояние между окулярами изменяется поворотом окулярных тубусов совместно
Рис. 9. Перекос изображений в бинокулярной насадке
с призмами Шмидта с крышей (рис. 9). Тубусы поворачиваются вокруг осей, совпадающих с входящим осевым лучом (орт Л), на равные углы у в противоположные стороны. При этом наблюдается перекос изображений, величину которого и следует найти. Этот перекос затрудняет бинокулярное наблюдение, а при чрезмерной величине приводит к двоению краевых точек поля зрения.
1 Л. А. Ф е д и н Микроскопы, принадлежности к ним и лупы. М., Обо-ронгиз, 1961.
Решение. Призма Шмидта с крышей с четырьмя отражениями на гранях /, 2, 3, 4 дает полное оборачивание изображения: оба орта—вертикали В и горизонтали С фронтальной плоскости предметов (перпендикулярной падающему осевому лучу Л) поворачиваются на 180° вокруг выходящего осевого луча А"" и становятся ортами В"" и С"". Такое же действие на орты А, В, С оказывает и одна крыша с гранями 2, 3, т. е. призма Шмидта с крышей в отношении действия на направление выходящих лучей полностью эквивалентна одной крыше, так как орты А" = - д"" в" = В"”, С" = С"".
В свою очередь, прямоугольная крыша в отношении угловых отклонений лучей эквивалентна одному плоскому зеркалу ЭЭ, перпендикулярному ребру крыши, если направления ортов падающих лучей поменять на обратные [см. формулу (28а)]. На рис. 9, а эквивалентное плоское зеркало ЭЭ показано пунктиром, а сверху показаны орты (—Л), (—В), (-С).
Осталось найти величину угла поворота изображения ортов (—В) или (—С) от плоского зеркала ЭЭ, которое вращается на угол у вместе с окулярным тубусом вокруг оси г неподвижной координатной системы хуг и наклонено к этой оси на угол 22, 5°.
В системе осей хуг для орта В' получим
(0 \	//п12\
1 I = I т22 I.	(4G)
0 J	уИзгJ
Для орта нормали эквивалентного зеркала получим
N3 = sin 22,5°- sin yi + sin 22,5° cos у/ + cos 22,5° k.
Подставляя проекции нормали N3 в формулу (46) и пользуясь выражением (27) для матрицы М' плоского зеркала, найдем
— 2NxNy\ / — sin2 22,5°• sin 2у \
1 — 2^ 1-1 1—2 sin2 22,5°.cos2 у I. (47)
— 2NyNzJ \	— sin 45° cos у J
Угол поворота орта В' следует определять в плоскости изображения окуляра и измерять его относительно перпендикуляра к окулярному базису — прямой, соединяющей центры полей зрения обоих окуляров.
На рис. 9, б показаны две сферические и прямоугольные системы координат соответственно для левого и правого окулярных тубусов, которые составляют углы в 45° со своими осями поворота гл и гп. До разворота тубусов их оси лежали в плоскостях улгл и упгп.
После поворота на углы у в противоположные стороны оси тубусов, описав дуги широтных кругов, окажутся соответственно в точках Тл и Тп. Двугранный угол а между плоскостью хлгл и плоскостью хлОлТл будет меньше 45° и из сферических треугольников EGH и TAGH найдем
cos V sin а =-	..	.
V 1 -h cos2y
(48)
Для дуги равной углу (3, который заключен между осью окулярного тубуса 0ЛТл и -плоскостью уЛгЛ, получим
sin (3 = sin 45°• sin у = sin у.	(49)
С помощью матриц поворотов координатных осей Sa и Sp преобразуем выражение (47) в систему координатных осей, третья ось гл т которой направлена вдоль оси левого окулярного тубуса ОЛТЛ, а ось ул.т перпендикулярна окулярному базису ТлТп. В результате получим
(cos Р 0 — sin р\ /1	0	0 \
О 1 О II 0 cos a — sin a |bz = Il	I
sin (3 0 cos P у \0 sin a cos a J
(cos P — sin a sin P — cos a sin p\
0 cos a — sin a IB',	(50)
sin P sin a cos p cos a cos P /
Для определения угла поворота орта Вт достаточно знать только одну его проекцию по оси хЛг г, так как в начальном положении окулярного тубуса (угол у=0) орт В' перпендикулярен оси хл, что видно из формулы (47). Для проекции орта В7 на ось х1 т, равной синусу угла поворота изображения а^, из формулы (50) с учетом формул (47)—(49) после преобразований найдем
ВТх = sin а'п
1 — К2 sin 2у
2 К1 + cos^y
(51)
Для малого угла поворота у получится ,	1 — 1<2
Y*-°’29Y'
(52)
Таким образом изображение направления вертикали поворачивается против движения окулярного тубуса на угол, составляющий примерно 0,3 от величины угла поворота самого тубуса. Поскольку при изменении расстояния между окулярами оба тубуса поворачиваются на угол у, то перекос изображения будет вдвое больше и составит примерно 0,6 от величины угла поворота каждого тубуса.
Наибольшая величина угла у = ±5°; перекос изображения составит почти 3°, что в несколько раз превосходит допуски, установленные для бинокулярных приборов.
Пример 4. Рассчитать, в каких пределах и с какой точностью необходимо регулировать расстояние между объективом О и окулярной сеткой И отсчетного микроскопа, а также найти, с какой чувствительностью следует смещать вдоль оси весь микроскоп для фокусировки на резкость изображения основной шкалы Ш (рис. 10).
Микроскоп служит для отсчета долей миллиметровых делений шкалы Ш с точностью не ниже ±0,5 мкм и состоит из объектива 5Х 0,15 с телецентрическим ходом главных лучей (апертурная диафрагма Д
гаек Г, упирающихся

совпадает с задним фокусом F' объектива), окуляра с сеткой-нониусом Н в поле зрения.	_
Увеличение микроскопа Г= 62х. Расстояние А между задним фокусом F' объектива О и сеткой Н по расчету равно 160 мм и его можно изменять подрезкой прокладного кольца П, которое помещено между опорными торцами корпуса объектива О и тубуса микроскопа Т.
Микроскоп можно смещать вдоль оси с помощью двух резьбовых в торцы кронштейна /С
Решение. При сборке необходимо выполнить два основных требования:
1) получить заданное увеличение микрообъектива с относительной ошибкой масштаба
л	ЬМ 1
изображения шкалы менее —— —	;
М 2000 ’
2) совместить резкое изображение шкалы Ш с плоскостью нониуса с такой точностью, чтобы остаточный параллакс не превышал допуска.
Увеличение V микрообъектива в сопряженных плоскостях равно
Рис. 10. Юстировочные компенсаторы отсчетного микроскопа
Здесь у и у'— размер деления шкалы Ш и соответственно размер его резкого изображения в сопряженной плоскости;
А — расстояние от заднего фокуса объектива до плоскости изображения;
/0 —заднее фокусное расстояние микрообъектива.
При телецентрическом ходе главных лучей формула (53) справедлива и для масштаба М изображения в несопряженных плоскостях, т. е.
у го ’
(54)
где ун—расстояние между концами изображения штриха шкалы Ш в плоскости нониуса Н\
Ак — расстояние между задним фокусом F’ объектива и плоскостью нониуса Н.
Логарифмическим дифференцированием формулы (54) для относительного отклонения масштаба изображения получим
б/о
Регулируя масштаб изображения при данном микрообъективе, для точности подрезки толщины прокладного кольца П найдем
“ Л,
Для наибольшей величины подрезки кольца при условии, что возможное отклонение фокусных расстояний /0 в партии серийных объекти-ы0 вов, состоящих из двух пар склеенных линз, достигает величины —— = /о = ±0,02, получим
bf'o
(^н)наиб = Дм -Л = 160 (± 0,02) = ± 3,2 мм. fo
Чувствительность установки микроскопа на резкость изображения шкалы ZZ7, определяемая передней апертурой микрообъектива и = 0,15, найдется из формулы (37)
Величина остаточного параллакса будет зависеть от размера выходного зрачка dp микроскопа, диаметр которого
у 500-и 500-0,15
= —~ =	62	с^1'2 ММ
Наибольшая ошибка отсчета по шкале вследствие остаточного параллакса не превзойдет величины
1	A w Л 0,15	__
ЬУост —	~2~ “ $	мкм
Для уменьшения ошибки от параллакса следует уточнить установку микроскопа на резкость.
РАСЧЕТ МЕХАНИЗМОВ НА ТОЧНОСТЬ
Ошибки механизмов
При проектировании механизмов точных приборов 1 наряду с кинематическими и динамическими расчетами необходимо производить расчеты их и на точность. Кроме определения требуемых характеристик точности эти расчеты позволяют находить наивыгоднейшие сочетания конструктивных параметров и допусков на изготовление и сборку механизма.
Основными характеристиками точности механизмов являются: ошибка перемещения, мертвый ход и ошибка скорости вед и » звена.
Ошибка перемещения представляет разность между действительным и расчетным значениями перемещения ведомого звена и характеризует
1 К точным приборам относят приборы измерительные, счетно-решающие
и приборы управления.
отклонения от заданного закона движения механизма. Мертвым ходом называют отставание ведомого звена, возникающее при реверсировании движения. Ошибки скорости характеризуют отклонение от равномерности движения ведомого звена.
Перечисленные виды ошибок называют кинематическими.
В приборах, работающих в условиях вибраций, возникают также динамические ошибки, проявляющиеся в виде дополнительных смещений ведомого звена механизма [41 ] и приводящие к «размытию» изображений, «уводу» шкал или стрелок и т. п.
Ошибки механизмов — переменные величины; изменения их происходят в пределах диапазона движения, при повторении циклов движения и с течением времени. По изменению в диапазоне движения различают ошибки перемещения накопленные, периодические и местные, а для ошибок скорости — отклонения и колебания скорости ведомого звена. Местные ошибки перемещения и колебания скорости носят обычно нерегулярный характер. Рассеяние ошибок при повторении циклов движения возникает вследствие деформаций, люфтов и непостоянства трения в кинематических парах. Изменение ошибок с течением времени выражается в постепенном снижении точности механизмов вследствие износа деталей, ослабления креплений и расстройства сборочных регулировок; степень снижения точности во времени — одна из характеристик надежности механизмов точных приборов.
Причины и виды ошибок механизмов
Различают два вида причин ошибок механизмов — допущения, принимаемые при проектировании, и первичные ошибки механизмов. Допущения принимаются с целью упрощения конструкции или повышения точности механизма. Наиболее часто встречаются допущения в законе движения механизма (например, для нелинейного механизма при малом отклонении от линейности закон движения принимается линейным и т. п.); встречаются также допущения в определении параметров механизма и др. Ошибки механизмов, возникающие от допущений, называют теоретическими (или структурными, схемными); они всегда имеют систематический характер и расчет их обычно не вызывает затруднений.
Первичными ошибками механизмов являются погрешности размеров, формы и положения деталей, возникающие при изготовлении и работе механизма; они характеризуются величиной и направлением; если направление определенное (погрешности размеров, деформации от сил тяжести деталей и т. п.), первичные ошибки называют скалярными, при неопределенном направлении (несоосности, эксцентриситеты, перекосы вращающихся деталей и т. п.) — векторными. При расчетах на точность для скалярных первичных ошибок учитывается только величина, для векторных — величина и направление. Наибольшее влияние на точность механизмов оказывают следующие виды первичных ошибок.
Технологические первичные ошибки [8—11]. Они представляют собой производственные погрешности изготовления деталей (погрешности размеров деталей, погрешности расположения и формы рабочих поверхностей) и погрешности сборки (смещения, перекосы и пр.). Характер проявления этих ошибок случайный, поэтому расчет их производится по вероятностным характеристикам рассеяния, которые определяются
по характеристикам поля допуска и предполагаемым законам распределения соответственных погрешностей (табл. 5—8).
5. Вероятностные характеристики рассеяния технологических первичных ошибок
Наименование характеристик	Обозна-чения	Расчетные формулы
Половина поля допуска Среднее значение Среднее квадратичное отклонение	б <7 Д<7 <т(Д<7)	д<7 = О,5(Д(?в-Д(?н) А <7 = Доу + aqbq — Cqbq ° (д<?) = 4-О
Примечание.	и	— верхнее и нижнее предельные откло- нения поля допуска (при расчетах подставляются со своими знаками); д0<7 —+	~ координата середины поля допуска; — коэф- фициент относительной асимметрии поля рассеяния погрешности; Cq — коэффициент асимметрии поля допуска; Kq — коэффициент относительного рассеяния погрешности в поле допуска.		
6. Расчетные формулы для коэффициента асимметрии поля допуска Cq
Расположение поля допуска	Формула Cq
Одностороннее с гарантированным отклонением То же, но без гарантированного отклонения Симметричное расположение поля допуска	сч=т а<? С q —	1 -г &-q cq==o
Примечание. Значения &oq и bq вычисляются по формулам табл. 5 и подставляются со своими знаками. Верхние знаки в формулах относятся к размерам типа «отверстие», а нижние — к размерам типа «вал».	
7. Значения коэффициентов aq и Kq скалярных первичных ошибок
Расположение поля допуска	Метод обработки	Уровень точности 1	ач	Kq
		э	0	1
Симметричное	—	п	0	1,1—1,3
		т	0	1,3-1,5
1 См. стр. 447.
Продолжение табл. 7
Расположение поля допуска	Метод обработки	Уровень точности	aQ	Kq
Несимметричное	Автоматический .	э п т	0 0,0—0,1 0,1—0,2	см со ~ 1 1 —см
Несимметричное	Пробными проходами	э п т	0,1—0,2 0,2—0,3 0,3—0,4	оо ьо 111 СО Ю
Примечан ия: 1. Даны усредненные значения	и	при их выборе необходимо руководствоваться конкретным состоянием оборудования. 2. Для указаны абсолютные значения; знак должен выбираться по правилу: минус — для размеров типа «отверстие» , плюс — для размеров типа «вал».				
8. Значения коэффициентов и Kq векторных первичных ошибок
Закон распределения первичной ошибки		
При распределении по закону Релея	—0,28	1,14
При распределении по закону модуля разности	—0,30	1,30
Примечание. Значения коэффициентов указаны для теоретических законов распределения (см. [9, 101)		
Погрешности размеров являются скалярными первичными ошибками и вызывают накопленные ошибки перемещения и отклонения скоростей ведомых звеньев. Погрешности расположения рабочих поверхностей, а также сборочные смещения и перекосы, бывают скалярные и векторные; в первом случае они вызывают накопленные ошибки перемещения и отклонения скоростей, а во втором — периодические ошибки перемещения и колебания скоростей. Погрешности формы рабочих поверхностей вызывают всегда переменные нерегулярные ошибки перемещения и колебания скоростей.
Смещения в зазорах кинематических пар. Величины этих смещений определяются величинами зазоров, направления смещений — направлением действующих усилий. Зазоры являются технологическими ошибками и имеют случайный характер; величины их определяются вероят
ностными характеристиками рассеяния — средним значением (Дс) и практически предельным отклонением от среднего значения (дс):
___ п
Дс = 2 Д?;
(56)
Ъс =

(57)
Здесь кд, Kq и бд— характеристики рассеяния погрешностей разме-
ров, участвующих в образовании зазора (определяются по формулам табл. 5—7);
— коэффициент относительного рассеяния зазора; принимается равным 1—1,2 в зависимости от величин Kq и п (п — число погрешностей, образующих зазор).
Регулярные и плавные смещения в зазорах вызывают накопленные ошибки перемещения или отклонения скорости ведомого звена; смещения скачкообразные, возникающие при реверсировании движения, являютс i основными причинами мертвых ходов механизмов.
Силовые деформации деталей. Причинами этих деформаций являются силы тяжести деталей, внешние (нагрузочные) силы, силы трения, усилия, возникающие в сборке при статически неопределенной конструкции. Наибольшее влияние на точность механизмов оказывают обычно дефор мации от внешних сил, однако в приборах, имеющих массивные конструкции (например, астрономических), имеют большое значение и деформации от сил тяжести деталей.
Деформации могут быть следующих видов: объемные (растяжения, сжатия, сдвига, изгиба, кручения), контактные и деформации в слоях смазки. При неблагоприятных условиях все они могут оказывать заметное влияние на точность механизмов. Объемные деформации определяются достаточно точно обычными методами сопротивления материалов. Наибольшее влияние из них оказывают деформации поперечного изгиба и кручения. Расчет контактных деформаций производится с помощью формул Герца и всегда является приближенным, так как эти формулы не учитывают микропрофиль поверхностей; достаточно надежным расчет можно считать при чистоте поверхностей не ниже 8-го класса. Расчет деформаций в слоях смазки обычно не производится ввиду отсутствия методов и данных; возможные смещения принимаются равными слою смазки.
Следствиями силовых деформаций могут быть все виды ошибок механизмов, при этом ошибки перемещения и скорости определяются изменением величин и знака деформаций; мертвые хода («упругие») определяются изменением знака деформаций при реверсировании движения.
По характеру проявления эти ошибки считаются систематическими.
Температурные деформации деталей. Эти деформации возникают от колебаний теплового режима работы прибора (за начало отсчета колебаний температуры среды и деталей принимается +20° С). При изменении теплового режима с малой скоростью, а также при установившемся режиме, отличном от начального, происходит пропорциональное изменение всех размеров деталей на величину
М = lat (t - t0)
(58)
где / — размер детали;
а/ — коэффициент линейного расширения материала;
t и /0 — значения текущей и начальной температур детали.
При неустановившемся тепловом режиме, кроме изменений размеров, происходят также изменения формы деталей, не поддающиеся строгому расчету; в этих случаях прибегают к различным методам защиты ответственных деталей от воздействия переменного теплового излучения (герметизация корпусов, обогрев, экранирование и др.). Следствием температурных деформаций являются ошибки перемещения и ошибки скорости ведомого звена; те и другие принимаются при расчетах как систематические.
Влияние сил трения в кинематических парах. Виды этого влияния следующие: деформации, износ и смещения деталей в зазорах. Деформации деталей от сил трения являются главными причинами упругих мертвых ходов, играющих особенно большую роль при длинных кинематических цепях. Износ деталей — одна из характеристик надежности работы механизмов точных приборов. Нерегулярные смещения деталей в кинематических парах вследствие непостоянства сил трения являются главными причинами невоспроизводимости положений ведомых звеньев (например, измерений и отсчетов).
Колебания и вибрации прибора в процессе работы кроме динамических ошибок (см. выше) оказывают также влияние на невоспроизво-димость положений механизма. Причинами колебаний и вибраций в точных приборах, кроме внешних условий, являются неуравновешенность вращающихся с большой скоростью деталей, зазоры и трение в кинематических парах, недостаточная жесткость несущих конструкций, отсутствие или недостаточность амортизирующих устройств. Ошибки механизмов, возникающие в процессе их работы, называют эксплуатационным и.
Определение ошибок механизмов
Общие условные обозначения: \q — первичная ошибка механизма; ку — ошибка положения механизма; Др — ошибка перемещения механизма; Др — ошибка мертвого хода; As — полная суммарная ошибка механизма; А со — ошибка скорости ведомого звена.
Чтобы различить ошибки по видам и свойствам, к основным обозначениям добавляются индексы: т — для теоретических ошибок, П — для производственных (технологических), э — для эксплуатационных, с — для систематических, v — для случайных, 2 — для суммарных ошибок. Дополнительные индексы в случае необходимости будут оговариваться в тексте.
Общие зависимости между ошибками механизмов. Все виды ошибок определяются при расчетах с помощью так называемых ошибок положения, представляющих разность между действительными и расчетными («идеальными») значениями выходных координат механизмов (12, 13]. Ошибки положения связаны с первичными ошибками следующими зависимостями:
-^-Aq = A Aq;	(59)
п	п
S w-== Sл Л<7,	(Г>0)
где At/ — частичная ошибка положения (вызванная отдельной первичной ошибкой);
At/2 — суммарная ошибка положения механизма;
= А — «передаточные коэффициенты» ошибок1; п — число ошибок.
Из формулы (60) следует известный принцип наложения ошибок (или принцип взаимонезависимости действия первичных ошибок [12, 13]), соответствующий алгебраическому суммированию всех видов ошибок механизмов. Передаточные коэффициенты (Л) выражаются через номинальные значения конструктивных параметров и координаты звеньев механизма. Величины А и А</ (соответственно и At/) встречаются постоянные, не зависящие от положения механизма, и переменные. В табл. 10 приведен ряд формул частичных ошибок положения.
Ошибки перемещения выражаются через ошибки положения формулой
Др = Ау — Др0,	(61)
где Az/ и Az/0 — значения ошибок положения для текущего и начального положений механизма.
Из формулы (61) видно, что ошибки перемещения представляют собой изменения ошибок положения в заданном диапазоне движения и тем самым характеризуют точность перемещения ведомого звена, в то время как ошибки положения относятся лишь к отдельным положениям ведомого звена. Расчетные формулы для определения Ар по At/, вытекающие из формулы (61), приведены в табл. 9, а примеры, иллюстрирующие применение этих формул, — в табл. 10. При постоянных значениях А и Ар (т. е. при отсутствии изменения ошибки положения) ошибка перемещения равна нулю (см. случай 1 в табл. 9 и 10). Расчет технологических ошибок перемещения, всегда регламентируемых допусками, производится по формуле типа II табл. 9, а расчеты эксплуатационных ошибок (от деформаций) — по формулам типов III и 1V.
9. Общие формулы ошибок перемещения
Величина первичной ошибки	Передаточный коэффициент	Частичная ошибка пересмешен и я
Постоянная » Переменная »	Постоянный Переменный Постоянный Переменный	Др = 0	(1) Др = (Ai - Д„) \q	(II) Др = Д (Д<7, - Д9о) (III) Др = Ai \q,Г — Ло Д<7о (IV)
Ошибки мертвых ходов для заданных положений механизмов в общем случае выражаются разностью ошибок положения для прямого и обратного ходов ведомого звена
4 ц = АупР — Дг/обр,	(62)
где \упр и Ьуобр — значения ошибок положения для заданного положения механизма при прямом и обратном ходах   ведомого звена.
1 Их называют также передаточными отношениями и коэффициентами влияния ошибок.
10. Примеры формул ошибок положения и перемещения механизмов
Наименование ошибки	Ошибка положения by = A bq	Ошибка перемещения др = Ьу — Д1/о	Характер изменения передаточного коэффициента А и первичной ошибки Д<?
Ошибка винтового отсчетного механизма от погрешности установки нуля шкалы (тип 1, см. табл. 9)	X	Ы А Д^фш = ^ГД^	ДРдф = 0	А — постоянный, Дд — постоянная
Ошибка винтового отсчетного механизма от эксцентриситета шкалы (тип II)	Дфде =	sin (Ф + 90) Де	ДРде = = -4- [ sin (<р + 0О) — sin 0о]Де	А — переменный, Д<7 — постоянная
1 1 । Ошибка кулачкового меха-i низма с толкателем от поперечного смещения толкателя ! (тип II) 1	A^ia = tgP-Aa	i ДРдо = (tg ₽ — tg ₽0) Ха	А — переменный, Дд — постоянная
Расчет приборов на точность
1 Ошибка зубчатой передачи от контактной деформации профиля зуба колеса (тип III)	зуб 1 г cos оЛзуд	A/4^ = 1 г cos а	^^зуб)	А — постоянный, Д<7 — переменная
Ошибка кулачкового механизма с толкателем от контактной деформации профиля кулачка (тип IV)	^У^Кул = соГр	bpsf = 'кул =	1	д	1__ COS (3 'кул COS Ро ®кул	А — переменный, &q — переменная
Ошибка кулачкового механизма с толкателем от погрешности радиуса-вектора профиля кулачка (тип IV)	A	COS Л А Д^0= COSP Ле	А	COST].	COST]0 . Др^со5рДе cosp-/60	А — переменный, Ад — переменная
Примечание, k n t — число заходов и шаг резьбы; Дфщ — погрешность установки нуля шкалы;	и ф — радиус и угол поворота шкалы; 0О — начальное направление эксцентриситета шкалы; Де — эксцентриситет шкалы; 0 и Ро — текущее и начальное значения угла давления; т] и г]0 — текущее и начальное значения угла подъема профиля кулачка; Да — поперечное смещение толкателя; &4КуЛ —‘контактная деформация профиля кулачка; Др — погрешность радиуса-вектора кулачка; i — передаточное отношение от данного колеса до выходного звена цепи; г — радиус делительной окружности колеса; а — угол зацепления; Зу$ — контактная деформация профиля зуба.			
Расчет механизмов на точность
Например, упругий мертвый ход от деформации закручивания промежуточного валика механизма в соответствии с формулой (62) равен
Дц = i (Лфпр — Лфобр)-	(а)
Здесь	i — передаточное отношение от валика до выходного
звена цепи;
Дф/2р и Дфобр — деформации закручивания валика при прямом и обратном направлениях вращения.
Во многих случаях причиной мертвого хода является конкретная первичная ошибка, тогда вместо формулы (62) можно пользоваться для определения мертвого хода формулой (59). Например, мертвый ход зубчатой передачи от погрешности межосевого расстояния промежуточной пары колес может быть выражен формулой
Лц = 1^^ЛАМ1Р	(б)
г н
где i — передаточное отношение передачи от ведомого колеса пары до выходного звена;
а — угол зацепления;
гн — радиус начальной окружности ведомого колеса пары;
ЬАМЦР — погрешность межосевого расстояния.
Таким образом, определение мертвых ходов может производиться теми же методами, что и определение ошибок положения.
Полная суммарная ошибка механизма выражается равенством
As Ару Ац2.	(63)
где Ар2 — суммарная ошибка перемещения;
Ар2 — суммарный мертвый ход механизма.
Ошибки скорости ведомого звена механизма определяются дифференцированием по времени формул соответственных ошибок положения
Д<о = ~ №)	<64>
Определение ошибок положения механизмов. Практические методы определения ошибок положения основаны на принципе наложения ошибок (стр. 437) и малости их величин. На основании принципа наложения частичные ошибки можно находить раздельно [12, 13], а малость величин ошибок позволяет делать при этом допущения, упрощающие вывод нужных формул.
Общим методом определения ошибок положения является метод дифференцирования закона движения механизма, т. е. функции вида у = f (х, qs) (где у и х — координаты ведомого и ведущего звеньев, qs — конструктивные параметры) по параметрам, которые могут иметь погрешности [42, 107]; метод дифференцирования, однако, не пригоден для первичных ошибок, представляющих погрешности «нулевых параметров» (погрешности формы деталей — несоосности, перекосы и т. п.). В этих случаях применяются вспомогательные графо-аналитические методы, из которых наиболее универсален геометрический метод [42, 107 ]. Применение вспомогательных методов основано на сопоставлении реального механизма с его идеальным прототипом и выявлении действия первичной ошибки, которое всегда проявляется в некотором (малом) смеще
нии из идеального положения своей или сопряженной детали в направлении рабочего движения деталей. Частичная ошибка возникает в результате передачи кинематической цепью этого смещения на ведомое звено. Практическая методика определения ошибок положения распадается на два этапа: сначала находят указанное смещение как промежуточную ошибку положения, пользуясь для этого одним рз вспомогательных методов в соответствии с формулой (59), а затем находят передаточное отношение кинематической цепи от детали, получившей смещение до ведомого звена механизма; искомая ошибка положения равна их произведению
= ix-n^x^.	(65)
Здесь ix_n — передаточное отношение;
— промежуточная ошибка положения.
В соответствии с формулой (59)
дхпр
^4 = —dj~'bq = Ах^4’
(66)
где ~^Р — Ах — передаточный коэффициент промежуточной ошибки
положения;
А 7— первичная ошибка механизма.
Передаточное отношение ix_n определяется в общем случае дифференцированием закона движения участка кинематической цепи от детали, получившей упомянутое смещение до ведомого звена
ду дхпр
(67)
где хпр — координата звена, включающего данную деталь.
Для механизмов с линейным законом движения передаточное отношение определяется как простое отношение перемещений соответственных звеньев механизма
У
1х-п = ^-.	(68)
Хпр
Примерами, иллюстрирующими указанную методику определения ошибок положения в два этапа, могут служить приведенные выше формулы (а) и (б) мертвых ходов и четвертый пример — из табл. 10.
Расчетные формулы ошибок механизмов
При расчетах на точность необходимы расчетные формулы частичных и суммарных ошибок механизмов; первые используются главным образом при расчетах в процессе проектирования, вторые — при полном расчете. Суммирование ошибок производится для тех положений механизма, где суммарная ошибка имеет наибольшие значения (по абсолютной величине). Эти положения определяются по виду формул частичных ошибок (если это возможно) или графо-аналитическим анализом частичных ошибок [107].
Ниже приводятся расчетные формулы для ошибок перемещения и мертвых ходов механизмов, основанные на исходных общих зависимо
стях (59), (61) и (62); расчетные формулы для ошибок скорости ведомого звена определяются с помощью выражения (64).
Ошибки перемещения теоретические (от допущений). Эти ошибки имеют систематический характер и суммируются алгебраически.
&РТ = УТ — Уп,	(69)
П'г
Л X? А	(70)
Здесь ут и уп — значения выходной координаты (расчетной) механизма при отсутствии и принятии допущения соответственно; пт — число частичных теоретических ошибок.
Методы расчета частичных ошибок см. [40, 107]; в тех случаях, когда формулу (69) затруднительно привести к простому расчетному виду, расчет производится табличным методом.
Ошибки перемещения технологические. Формулы частичных ошибок, вытекающие из формулы (II) табл. 9, для скалярных и векторных первичных ошибок имеют вид
&Pn=Acbq-,	(71)
Арп = AcAvbq,	(72)
где Ас— неслучайный передаточный коэффициент;
Av — случайная часть передаточного коэффициента векторной первичной ошибки (примеры см. в табл. 11).
Определение Лр/у при расчетах в процессе проектирования производится по предельным значениям ACt Av и Ар.
Суммирование технологических ошибок производится по вероятностным характеристикам рассеяния; расчетные формулы следующие:
~ ^Рпъ ±	(73)
/~ п
6Р/72 = ^]/ 2
Здесь кРпъ — среднее значение суммарной технологической ошибки перемещения;
Ьрпъ — практически предельное отклонение от среднего значения;
Ср и Кр — коэффициенты, зависящие от расположения поля допуска, вида и распределения первичной ошибки (определяются по табл. 11 и 12);
—коэффициент относительного рассеяния суммарной ошибки (принимается равным Kv = 1-ь1,1 в зависимости от числа первичных ошибок и их распределений);
п — число технологических первичных ошибок.
II. Формулы частичных ошибок и значения коэффициентов Ср и Кр для типичных векторных первичных ошибок механизмов
в , Виды ошибок	Общая формула частичной ошибки	Av	M (Av)	cp	KP	Ч исленное значение КР
Мертвый ход нерегулируемой зубчатой передачи от эксцентриситетов колес	Др, = ACAV kq	sin (<p 4- 0o)	0	0	i/4~(^+9C*)	1,73
Мертвый ход регулируемой зубчатой передачи от эксцентриситетов колес	Др = ACAV kq	1 + COS (<p + 0o)	1			3,20
Ошибка перемещения зубчатой передачи от эксцентриситетов колес	kp = AeAv Д</	sin (<p + a 4- Oo) — — sin (a 4- Oo)	0	0	sin	2(^ + 9^) при ф > 180° sin -5- = 1	3,45 (при Ф> 180°)
Ошибки перемещения механизмов от эксцентриситетов и перекосов шкал, биений валиков, ходовых винтов ит. п.» от несоос-ности муфт	kp —- AgAu	sin (<p 4- Oo) —sin Oo	0	0		
Примечание. Ас — неслучайная часть передаточного коэффициента ошибки; Av — случайная часть передаточного коэффициента; ср — текущее значение угловой координаты детали; 0О — угловая координата векторной первичной ошибки в начальном положении механизма.
Расчет механизмов на точность
12. Исходные формулы для коэффициентов Ср и Кр
Первичная ошибка
Скалярная
Векторная
П р и м е ч а и и е. М (Д0 — среднее значение, о — среднее квадратическое отклонение случайной части передаточного коэффициента -первичной ошибки; остальные обозначения см. выше.
2л
м ('М = -dr J Л1 А,
6
2 л °!(л1)=4г f 4 А.-
6
где (“о —угол, определяющий направление векторной первичной ошибки в начальном положении механизма (случайная величина).
Предельное значение технологической суммарной ошибки равно
ДР/7 X пР = 2 АсСР + V 2 ЬЧ- (7б)
По этим же формулам рассчитываются ошибки перемещения от смещений в зазорах кинематических пар в тех случаях, когда эти смещения не связаны с реверсированием и имеют регулярный характер; только значения bq, Ср и Кр определяются с учетом формул (56) и (57).
Ошибки перемещения эксплуатационные. Частичные ошибки перемещения от деформаций силовых и температурных рассчитываются непосредственно по формулам (III) и (IV) табл. 9. При определенном характере действия сил и установившемся тепловом режиме эти ошибки носят систематический характер и суммируются алгебраически
пэ
= 2 Ч	<77)
где пэ — число частичных ошибок.
О расчете самих деформаций см. выше. («Причины и виды ошибок механизмов», стр. 435).
Мертвые хода механизмов от смещений в зазорах кинематических пар (люфтовые). Расчетные формулы подобны формулам технологических ошибок перемещения и приводятся без пояснений:
-- A \qlK\	(78)
А|1у — ACAV Лувект'»	(79)
Дц„2 = Дц„2 ± дцр2;	(80)
ДЙиХ = 2 АсСр	(81)
	(82)
дн„ пР = 2 А‘СРV 2	’	(83)
где &qCK — скалярная первичная ошибка;
кЦвект—величина векторной первичной ошибки;
п — число люфтовых первичных ошибок.
Остальные обозначения подобны соответственным обозначениям технологических ошибок перемещения.
Мертвые хода механизмов от деформаций деталей (упругие). Расчет частичных упругих мертвых ходов производится по формуле (62) или непосредственно используя изменение деформации Л/ под действием изменения момента АЛ4 или силы AF по формуле
д/л1 (F)	(84)
Здесь Ас — представляет передаточное отношение кинематической цепи от детали, испытывающей деформацию, до выходного звена [см. формулы (67) и (68)].
Упругие мертвые хода являются систематическими ошибками и суммируются алгебраически п
= 2 ДНС’	(85)
где п — число рассчитываемых упругих мертвых ходов.
Полная суммарная кинематическая ошибка механизма. На основании формулы (63) общий вид расчетных формул следующий:
As = Asc + Asd;	(86)
Д\- = ДРг2 + ДРэХ + ДМс2>	(87)
4- AguS ± ]/r^P/7s+ dpyi •	(88)
Здесь Asc — систематическая, a A$y — случайная составляющая полной суммарной ошибки.
Конкретный состав слагаемых полной суммарной ошибки определяется требованиями к точности механизма. На практике встречаются расчеты только ошибок перемещения (при одностороннем рабочем движении), только мертвых ходов (в системах отработки с обратными связями) и полной суммарной ошибки (для большинства измерительных и счетнорешающих приборов).
Расчеты на точность при проектировании (виды расчетов, исходные данные и условия)
Основным видом расчета на точность при проектировании является проектный расчет. При разработке кинематической схемы производится анализ возможности получения технологичной конструкции и определяются требования к точности отдельных узлов; в процессе эскизной разработки конструкции производится оценка степени влияния на точность отдельных ошибок с целью выбора наивыгоднейших параметров конструкции. После окончания эскизного проектирования выполняется полный анализ технологичности конструкции и расчет допусков на технологические первичные ошибки по заданному допуску на суммарную ошибку механизма.
Кроме проектного расчета находит применение еще проверочный расчет для сравнения ряда вариантов конструкции (см. ниже пример 1); он применяется также, когда допуски на технологические первичные ошибки уже назначены и необходимо проверить соответствие их заданным требованиям к точности механизма.
Все виды расчетов на точность осуществляются на основе приведенных расчетных формул с помощью специальных критериев технологичности конструкций и степени влияния ошибок (см. ниже) и с учетом применения компенсаторов ошибок.
Исходными данными для расчетов являются заданный техническими условиями допуск на точность механизма (dos), разработанные схема и конструкция механизма (или узлов) и сведения о производственной базе и объеме производства. Допуск dos определяет поле допустимых значений суммарной ошибки механизма; для ошибок перемещения это поле симметрично относительно нуля, для мертвых ходов оно одностороннее.
Исходным условием для расчета является обеспечение заданной точности
As(//)^IM,	(89)
(у — координата ведомого звена механизма) при минимуме стоимости изготовления механизма.
Критерии технологичности конструкции
Технологичность конструкций точных приборов характеризуется уровнями точности требуемых технологических процессов обработки деталей и сборки. В зависимости от достижимой точности, оборудования, оснащения и методов выполнения технологические процессы отделочных операций обработки деталей и сборки, применяемые в точном приборостроении, распределяются по трем уровням точности: экономическому, производственному и техническому, являющимся критериями технологичности конструкций.
Экономический уровень точности для механической обработки соответствует точности, получаемой в серийном производстве с помощью типовых (нормализованных) инструментов и приспособлений на обычном универсальном и автоматическом оборудовании. Экономический уровень для сборки соответствует операциям, выполняемым без пригонок и специальных регулировок.
Производственный уровень точности для механической обработки соответствует предельной точности, достижимой на
обычном оборудовании с помощью специальных инструментов, приспособлений и методов. Производственный уровень для сборки соответствует сборке с регулировками, контроль которых выполняется производственными методами.
Технический уровень точности для механической обработки находится за пределами возможностей обычного оборудования и может быть достигнут с помощью специального оборудования или ручной доводкой деталей. Технический уровень для сборки соответствует сборке с пригонками и регулировками, требующими лабораторных методов контроля.
В табл. 13 приведены ориентировочные значения уровней точности для наиболее распространенных типовых технологических процессов
13. Уровни точности технологических процессов
Тип поверхностей, размеров, деталей	Вид погрешности	Вид обработки, операции	Уровни точности		
			Э	п	т
Цилиндрические наружные поверхности (валики, оси, ролики)	Погрешность диаметра	Токарная (чистовая)	4-Й класс	3-й класс	—
		Шлифование	3-й класс	2-й класс	1-й класс
		Доводка	—	—	До 2 мкм
	Эксцентричность	Механическая обработка	20 мкм	10 мкм	До 5 мкм
		Доводка	—	—	До 2 мкм
Цилиндрические внутренние поверхности (втулки)	Погрешность диаметра	Токарная (чистовая)	4-й класс	3-й класс	—
		Развертывание	3-й класс	2-й класс	—
		Шлифование	3-й класс	2-й класс	1-й класс
		Доводка	—	—	До 2 мкм
	Эксцентричность	Механическая обработка	20 мкм	10 мкм	5 мкм
		Доводка	—	—	До 2 мкм
Продолжение табл. 13
Тип поверхностей, размеров, деталей	Вид погрешности	Вид обработки, операции	Уровни ТОЧНОСТИ		
			Э	п	т
Конические поверхности	Погрешность угла конуса	Токарная (чистовая)	10'	5'	—
		Шлифование	5'	2'	—
		Доводка	—	—	До 5"
Плоскости	Погрешность формы	Фрезерование (чистовое)	20 мкм	10 мкм	—
		Шлифование	10 мкм	5 мкм	—
		Шабрение	—	—	До 2 мкм
		Доводка	—	—	До 1 мкм
Линейные размеры	Погрешность размера	Обработка резанием	4-й класс	3-й класс	—
		Шлифование	3-й класс	2-й класс	—
		Доводка	—	—	1-й класс
		Сборка с регулировкой	3-й класс	2-й класс	1-й класс
Межосевые расстояния	Погрешность размера	Разметка	0,2 мм	0,1 мм	—
		Сверление -по кондуктору	0,05 мм	0,02 мм	—
П родолжение табл. 13
Тип поверхностей, размеров, деталей	Вид погрешности	Вид обработки, операции	Уровни точности		
			э	П	т
Межосевые расстояния	Погрешность размера	Сверление или растачивание на координатных станках	—	—	До 5 мкм
		Сборка с регулировкой	0,05 мм	0,02 мм	До 5 мкм
Угловые размеры	Погрешность размера	Механическая обработка	10'	5'	—
		Доводка	—	—	До 5'
		Сборка с регулировкой	5'	2'	До 5"
Зубчатые колеса цилиндрические, червячные	Кинематическая и циклическая погрешности	Фрезерование обкаткой	8-я степень точности	7-я степень точности	—
		Шевингование	—	—	До 5-й степени точности
		Прикатка	—	—	До 6-й степени точности
Зубчатые колеса конические	Кинематическая и циклическая погрешности	Строгание обкаткой	9-я степень точности	8-я степень точности	—
		Прикатка		—	До 7-й степени точности
15 Заказ 1902
Продолжение табл. 13
Тип поверхностей, размеров, деталей	Вид погрешности	Вид обработки, операции	Уровни точности		
			э	п	т
Зубчатые рейки и червяки	Погрешность шага	Резание	20 мкм	10 мкм	—
		Шлифование	10 мкм	5 мкм	До 2 мкм
	Погрешность угла профиля	Резание	5'	2'	—
		Шлифование	2'	1'	—
Винты и гайки ходовые	Накопленная погрешность шага	Токарная (чистовая) обработка	3-й класс	2-й класс	—
		Шлифование	2-й класс	1-й класс	0-й класс
		Доводка	—	—	До 2 мкм
Кулачки	Погрешность радиуса вектора	Фрезерование	0,05 мм	0,03 мм	—
		Шлифование	0,02 мм	0,01 мм	—
		Доводка	—	—	До 5 мкм
Дифференциалы	Суммарная погрешность	—	20'	10'	—
Шкалы	Погрешность деления	Деление на делительных машинах и автоматах	10 мкм	5 мкм	1 мкм
			1'	0,5'	До 1"
и различных деталей, установленные на основе данных приборостроительных предприятий и литературных источников. Эти значения определяют зоны, в пределах которых допуски соответствуют данному уровню точности. Для грубых ориентировочных оценок можно принимать, что экономическому уровню точности соответствует в среднем 3-й класс, производственному — 2-й и техническому — 1-й класс точности стандартов допусков на обработку деталей и сборку.
Анализ технологичности конструкций заключается в сопоставлении допусков на технологические первичные ошибки с уровнями точности: конструкция технологична (в отношении допусков), если эти допуски соответствуют экономическому уровню точности отделочных и сборочных технологических процессов. Если значительное число первичных ошибок требует допусков на производственном или техническом уровнях точности, то конструкцию следует признать нетехнологичной для серийного производства (но она может быть приемлемой для мелкосерийного или итучного производства). В таких случаях необходимо исследовать возможность применения компенсаторов для расширения допусков, иначе нужно изменить конструкцию.
Критерии степени влияния ошибок
Для упрощения расчетов целесообразно отбрасывать ошибки, влияние которых на точность механизма ничтожно.
Общим критерием ничтожности влияния ошибок является условие, 4тобы отбрасываемые ошибки не изменяли суммарную ошибку более нем на 5—10%. Исходя из этого, для предварительной грубой оценки влияния ошибок пользуются правилом: если из двух или более ошибок эдна меньше остальных по крайней мере в 10 раз для систематических и в 5 раз для случайных ошибок, эту ошибку можно отбросить. Часто можно отбрасывать заранее ошибки от погрешностей микропрофиля ра-5очих поверхностей, погрешностей формы поверхностей для низших кинематических пар, от контактных деформаций в высших кинематических парах при малых нагрузках и т. п.
Для технологических ошибок более строгую и глубокую оценку степени влияния ошибок производят с помощью «предельных допусков» и уровней точности (см. выше). Предельный допуск определяется из условия, что точность механизма зависит только от одной данной первичной ошибки
б0<7 = | -^|.	(90)
где д07 — предельный допуск на первичную ошибку;
Ас — неслучайная часть передаточного коэффициента ошибки (см. выше);
dosy — допуск на технологическую составляющую суммарной ошибки механизма, определяемый по формуле
до$а = 60S — Asc;	(91)
здесь dos—полный допуск на точность механизма;
Asc—систематическая составляющая суммарной ошибки (сумма теоретических и эксплуатационных систематических ошибок).
Степень влияния ошибок характеризуется требуемыми для допусков уровнями точности: чем сильнее влияние, тем выше уровень точности. Действительные значения требуемых допусков в процессе проектирования не известны (они рассчитываются на заключительном этапе проектирования), но для сравнения с уровнями точности можно пользоваться предельными допусками, связанными с действительными допусками зависимостью 6q— Кзап^од, где К зап 1 — коэффициент, зависящий от числа ошибок (чем больше число ошибок, тем меньше К3ап)-
Наиболее полный и строгий анализ степени влияния ошибок производится с помощью «коэффициентов влияния», устанавливающих непосредственное соотношение между величинами соответственных ошибок и заданным допуском на точность механизма
<«•
где % — коэффициент влияния ошибки;
Др — частичная ошибка.
Для систематических ошибок определяется по формуле (92) и степень влияния оценивается по общему критерию (см. выше): если окажется, что %с^20, ошибку, безусловно, можно отбросить как ничтожную; при 20 > \с 10 малые ошибки можно отбрасывать при условии, если число их не более двух; в противном случае по этому неравенству нужно проверить Х2с, найденный по сумме малых ошибок.
Для случайных ошибок нельзя пользоваться непосредственно формулой (92), так как величины ошибок заранее не известны; оценка влияния производится с помощью табл. 14, входными величинами для которой служат коэффициенты влияния, соответствующие предельным значениям уровней точности по табл. 13
*э = -М; ^=4^; *г=4^	(93)
&Яэ bqtl bqr
и наименьшее допустимое значение коэффициента влияния Хо:
Ч = -у-+	(94)
здесь пг — число частичных ошибок, имеющих систематическую составляющую, т. е. среднее значение (для них Ср 0);
п2 — число ошибок, не имеющих систематической составляющей (Ср = 0).
14. Зависимость степени влияния ошибок от уровней точности
Соотношения между коэффициентами влияния	Степень влияния частичной ошибки	Требуемый уровень точности допуска
Г Л Л г Л ГГ/Л г /л/л^ 4^	Слабое влияние Сильное влияние Очень сильное влияние Допуск не!	Экономический Производственный Технический выполним
Как видно из табл. 14, здесь степень влияния ошибок связывается с уровнями точности, т. е. с технологичностью конструкции. Критерием ничтожного влияния случайных ошибок является условие

(95)
где — коэффициент влияния ничтожных ошибок.
Для ошибок, входящих в группу п± (Ср Ф 0)
# 10,
(96)
15. Наименьшие допустимые значения коэффициента влияния Ао [к формуле (94)]
	Значения пх										
П1	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
0	0,00	1,00	1,70	2,37	3,00	3,62	4,29	4,83	5,42	6,00	6,58
1	1,00	1,62	2,23	2,82	3,41	4,00	4,58	5,16	5,73	6,30	6,87
2	1,41	2,00	2,58	3,16	3,73	4,30	4,87	5,44	6,00	6,56	7,12
3	1,73	2,30	2,87	3,44	4,00	4,56	5,12	5,68	6,24	6,79	7,35
4	2,00	2,56	3,12	3,68	4,24	4,79	5,35	5,90	6,45	7,00	7,55
5	2,24	2,79	3,35	3,90	4,45	5,00	5,55	6,10	6,65	7,20	7,74
6	2,45	3,00	3,55	4,10	4,65	5,19	5,74	6,29	6,83	7,37	7,91
7	2,65	3,19	3,74	4,29	4,83	5,38	5,92	6,46	7,00	7,54	8,08
8	2,83	3,37	3,92	4,46	5,00	5,54	6,08	6,62	7,16	7,70	8,24
9	3,00	3,54	4,08	4,62	5,16	5,70	6,24	6,78	7,32	7,86	8,36
10	3,16	3,70	4,24	4,78	5,32	5,86	6,40	6,93	7,46	8,00	8,54
11	3,32	3,85	4,39	4,93	5,46	6,00	6,54	7,07	7,61	8,14	8,67
12	3,46	4,00	4,54	5,07	5,61	6,14	6,67	7,25	7,74	8,28	8,81
13	3,61	4,14	4,67	5,21	5,74	6,28	6,81	7,34	7,87	8,41	8,94
14	3,74	4,28	4,81	5,34	5,87	6,41	6,94	7,47	8,00	8,53	9,06
15	3,87	4,41	4,94	5,47	6,00	6,53	7,06	7,59	8,12	8,65	9,18
16	4,00	4,53	5,06	5,59	6,12	6,65	7,18	7,71	8,24	8,77	9,30
17	4,12	4,65	5,18	5,71	6,24	6,77	7,30	7,83	8,36	8,89	9,42
18	4,24	4,77	5,30	5,83	6,36	6,89	7,42	7,94	8,47	9,00	9,53
19	4,36	4,89	5,42	5,94	6,47	7,00	7,53	8,06	8,58	9,11	9,64
20	4,47	5,00	5,53	6,06	6,58	7,11	7,64	8,16	8,69	9,22	9,74
21	4,58	5,11	5,64	6,16	6,69	7,22	7,74	8,27	8,80	9,32	9,85
22	4,69	5,22	5,74	6,27	6,80	7,32	7,85	8,37	8,90	9,42	9,95
23	4,80	5,32	5,85	6,37	6,90	7,42	7,95	8,47	9,00	9,52	10,05
24	4,90	5,42	5,95	6,47	7,00	7,52	8,05	8,57	9,10	9,62	10,15
25	5,00	5,52	6,02	6,57	7,10	7,62	8,15	8,67	9,20	9,72	10,24
а для ошибок, входящих в группу п2 (Ср = 0),
-./Т 2ОХо .	,07.
И	2^-л, ’	(97)
здесь Пн— ЧИСЛО НИЧТОЖНО ВЛИЯЮЩИХ ошибок ИЗ группы Hg.1
Применение указанных критериев степени влияния ошибок см. ниже в примерах 2 и 3. Численные значения Хо и (в зависимости от числа первичных ошибок) приведены в табл. 15 и 16.
16. Значения коэффициентов влияния ничтожных ошибок Кн для пн=1 [к формуле (97)]
	Значения										
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	3,16 3,16 3,16 3,16 3,16 3,16 3,16 3,16 3,16 3,16	4,47 3,65 3,46 3,38 3,33 3,30 3,29 3,27 3,26 3,24	4,47 3,87 3,65 3,54 3,46 3,42 3,38 3,35 3,33	6,32 4,47 4,00 3,78 3,65 3,56 3,51 3,46 3,43	5,48 4,47 4,08 3,87 3,74 3,65 3,58 3,53	7,75 5,17 4,47 4,14 3,94 3,81 3,72 3,65	6,32 5,00 4,47 4,18 4,00 3,87 3,78	8,94 5,77 4,90 4,47 4,21 4,04 3,92	7,07 5,48 4,83 4,47 4,24 4,08	10,00 6,32 5,29 4,78 4,47 4,27	7,75 5,92 5,16 4,74 4,47
Методы компенсации ошибок механизмов
Компенсация применяется для ошибок, оказывающих наиболее сильное влияние на точность механизма и требующих допусков на производственном и техническом уровнях точности. Компенсация заключается в уменьшении (иногда даже в полном устранении) влияния отдельных сильно влияющих ошибок (или групп ошибок) с помощью специальных мероприятий или устройств, называемых компенсаторами.
На практике применяются • следующие методы компенсации [9, 40, 62].
Специальные организационно-технические мероприятия. Широкими возможностями по уменьшению ошибок обладают так называемые обычные регулировки, применяемые при установках нулевых положений и согласовании движений на выходе и входе механизмов. С помощью таких регулировок производится, например, «половинение мертвых ходов»; возможно существенное уменьшение и
1 При пн = 1 и пх = 0 формула (97) приводится к известному выражению для критерия малости ошибок. См. М. Ф. Маликов. Основы метрологии. Ч. I. М., 1949. (Комитет по делам мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР.)
ошибок перемещения [8, 9, 62]. Другим методом из этой группы является применение селекции при обработке и сборке [62] (сюда же относится и широко применяемый в мелкосерийном производстве метод комплектации при сборке).
Технологические пригонки и доводки деталей, выполняемые при сборке. К этим методам прибегают в основном для получения подвижных замкнутых сопряжений с посадками выше 2-го класса точности и для уменьшения погрешностей формы рабочих поверхностей деталей в высших кинематических парах. Эти методы компенсации наименее желательны, так как весьма дороги и мало эффективны.
Конструктивные методы, основанные на использовании регулировок при сборке, экономичны и эффективны и часто позволяют воздействовать одновременно на ряд ошибок. Конструктивные устройства, применяемые для регулировок, весьма разнообразны и основные их идеи хорошо известны, см. [8, 9, 40, 62, 107]. Недостатком этих устройств является нестабильность с течением времени, вследствие чего их избегают применять в конструкциях приборов высокой точности; другой недостаток заключается в некотором усложнении сборки, что ограничивает их применение в приборах крупносерийного и массового производства (здесь более целесообразно применение специального оборудования, дающего повышенную точность обработки по сравнению с обычным).
Проектный расчет механизмов на точность
Общие цели проектного расчета и решаемые им задачи: анализ технологичности конструкции; выбор рациональных параметров конструкции определение требований к точности отдельных деталей, соединений и узлов; расчет допусков на технологические первичные ошибки. Характер и содержание расчета зависят от этапов проектирования.
На первом этапе проектирования при разработке кинематической схемы механизма определяются наивыгоднейшие параметры схемы и делается предварительный анализ технологичности конструкции. Для этого выявляются основные ожидаемые источники ошибок, представляющие укрупненные (комплексные) «первичные ошибки» и для них определяются предельные допуски [с помощью формулы (90) по максимальным значениям передаточных коэффициентов Ас], которые затем сравниваются с уровнями точности. На этом этапе производится также расчет и анализ теоретических ошибок. Если представляется возможным определить на этом этапе общее ожидаемое число первичных ошибок, следует произвести более полный анализ с помощью коэффициентов влияния [формулы (92)4-(97) см. ниже пример 1].
На втором этапе проектирования при разработке конструкции расчет сводится к оценке степени влияния отдельных ошибок с целью выбора наивыгоднейшего варианта конструкции. Расчет заключается, как и в предыдущем случае, в определении предельных допусков и установлении требуемых уровней точности.
На завершающем этапе проектирования производится полный анализ степени влияния ошибок и технологичности конструкции и рассчитываются допуски на технологические первичные ошибки. Этапы и последовательность расчета следующие.
Выявление и исследование источников ошибок. Здесь производится выявление действительных (поэлементных) первичных ошибок — технологических и эксплуатационных (см. «Причины и виды ошибок механизмов»).
Исследование первичных ошибок заключается в определении их свойств и предварительной оценке степени влияния.
Определение частичных ошибок механизмов. На данном этапе производится вывод общего вида формул частичных ошибок — сначала ошибок положения, а затем, пользуясь формулами (61), (62) и (64), и основных ошибок, требуемых условиями расчета (т. е. ошибок перемещения, мертвого хода, скорости). Из полученных формул устанавливаются выражения для Ас — неслучайной части передаточных коэффициентов ошибок, необходимые для дальнейших расчетов.
В процессе вывода формул производится оценка степени влияния ошибок с целью отбрасывания ошибок, оказывающих ничтожное влияние на точность механизма.
Расчеты коэффициентов и ошибок. С помощью приведенных выше формул (см. п. «Расчетные формулы ошибок») рассчитываются все систематические ошибки механизма — теоретические и эксплуатационные (от деформаций) и определяется Asc — систематическая составляющая суммарной ошибки [по формуле (87) ]. Для каждой частичной ошибки нужно определить кс— коэффициент влияния [по формуле (92)] и оценить степень ее влияния на точность механизма. При слишком малых значениях Хс необходимо заранее внести соответствующие изменения в конструкцию, чтобы ослабить влияние соответственных систематических ошибок (следует иметь в виду, что чем меньше А$с, тем больше допуск на технологическую составляющую суммарной ошибки и тем дешевле будет прибор). Далее, с помощью формулы (91) определяется допуск на технологическую составляющую ошибки dosy и рассчитываются предельные допуски бо7 1по формуле (90)] для всех учитываемых технологических ошибок, а по формулам (94) и (97) определяются значения коэффициентов влияния Хо и Лн. После этого производится анализ степени влияния технологических ошибок — сначала по формуле (95), а затем по табл. 14. В результате для многих ошибок устанавливаются требуемые уровни точности. В тех случаях, когда необходимо получить конкретное численное значение допуска, пользуются формулой
X _ 1 М
°q Ло ’ СР + Кр ’
(98)
где f>q — половина поля искомого допуска; остальные обозначения см. выше.
При несимметричном поле необходимо по найденному значению 6q определить предельные верхнее и нижнее отклонения поля допуска. Для этого определяется с помощью формул табл. 6 значение коэффициента Cq (предварительно из табл. 7 или 8 выбирается а^), затем по формулам табл. 5 рассчитываются AQtf и AQW. Если среди найденных допусков некоторые окажутся на техническом и производственном уровнях точности, целесообразно проверить возможность применения «условия компенсированного влияния» ошибок. Сущность этого условия заключается в возможности расширения допусков на сильно влияющие ошибки за счет некоторого ужесточения допусков на слабо влияющие ошибки. Если, например, большинство первичных ошибок требует экономического уровня со значительным превышением надХ0, то для них целесообразно ужесточить допуски до предельных значений экономического уровня точности; это позволит расширить допуски для ошибок, требующих техниче
ского уровня до производственного, или производственного до экономического уровня.
Оформление всего расчета рекомендуется выполнять в виде таблицы по форме табл. 18 и 19 (см. ниже примеры 2 и 3).
Проверочный расчет механизмов на точность
Содержание расчета заключается в определении суммарной ошибки механизма по заданным допускам на первичные ошибки. Основные этапы расчета следующие.
Первый этап расчета (выявление и исследование источников ошибок) и второй (определение частичных ошибок) здесь такие же, как и при проектном расчете (см. выше). Третий этап (расчеты коэффициентов и ошибок) заключается в следующем. Сначала рассчитываются систематические ошибки — теоретические и эксплуатационные (от деформаций) и определяется суммарная систематическая составляющая Л$с [см. формулу (87)]. Затем с помощью формул табл. 5—8 и 12 определяются характеристики полей допусков и распределения технологических первичных и частичных ошибок. Из формул частичных ошибок устанавливают и вычисляют Ас — неслучайные части передаточных коэффициентов, по которым затем рассчитывают средние и практически предельные значения технологических частичных ошибок, пользуясь для этого формулами
Ад. = АсСр 6q;	(99)
t>pn = АСКР 6q,	(100)
где Др„ — среднее, а 6рп — практически предельное значения частичной ошибки; остальные обозначения см. выше.
Эти формулы приведены здесь для ошибок перемещения, но они справедливы и для люфтовых мертвых ходов (вместо Дрл и 6рп надо подставить Д|хл и djxv). Далее производится суммирование технологических ошибок по формулам (74) и (75) или (81) и (82) и полное суммирование по формулам (87) и (88). Результат сравнивается с формулой (89).
Оформление проверочных расчетов рекомендуется выполнять в виде таблицы по форме табл. 17 (см. пример 1).
Примеры расчета механизмов на точность
Пример /. Требуется проверит^ возможность заклинивания цилиндрической прямозубой передачи при сопряжении вида С, если передаточное отношение i = V4, делительные диаметры колес = 16 мм, d2 = 64 мм и модуль т = 1; боковой зазор в зацеплении не регулируется; степень точности 7-я.
Для заданных условий достаточно определить вероятностные характеристики рассеяния бокового зазора в зацеплении и сравнить среднее значение и практически предельные отклонения от среднего значения зазора; если первое с достаточной надежностью превышает второе, то заклинивание невозможно.
Существенное влияние на величину бокового зазора оказывают смещения исходного контура у обоих колес, эксцентриситеты колес и погрешность межосевого расстояния (влиянием остальных погрешностей можно пренебречь). Частичными ошибками являются здесь боковые зазоры в зацеплении от каждой из перечисленных первичных ошибок. Зависимость
бокового зазора, измеренного по делительной окружности, от рассматриваемых первичных ошибок выражается формулами:
\c^h = 2 tg а Л/i;	(в)
= 2 tg а-cos (ф + Оо) Ле;	(г)
tg а-ЛЛЛчр,	(д)
где АСд/рАСде» Лсдл — боковые зазоры от смещения исходного контура, эксцентриситета и погрешности межосевого расстояния соответственно;
а — угол зацепления;
Ф — угол поворота колеса;
0О — угол, определяющий направление эксцентриситета колеса относительно межосевого расстояния в начальном положении передачи;
Л/г — смещение исходного контура колеса;
Ле — эксцентриситет;
&АМЦР — погрешность межосевого расстояния.
Порядок расчета следующий.
1.	Перечисленные выше первичные ошибки записывают в графы 1—3 расчетной табл. 17. Из таблицы ГОСТа 9178—59 выбирают значения допусков на эти ошибки и записывают в графу 5 таблицы. Для смещений исходного контура учитывают допуски на смещения и наименьшие (гарантированные) смещения &Mh.
2.	Из формул (в), (г) и (д) следует, что неслучайные части передаточных коэффициентов Ас для всех ошибок одинаковы и постоянны: Ас — = 2 tg а; эту формулу записывают в графу 12 (заполняют также графу 11). Численное значение Ае= 0,73 вносят в графу 13.
3.	С помощью формул табл. 5—8 определяют характеристики допусков и распределения первичных ошибок и заполняют графы 4—10. При этом нужно учитывать следующие соотношения:
dh = 0,5'дкдоп, Л0Л = Лж/1 + 6Л;
Ле = О,5£о; де = 0,5Ле = О,25£о;
Лое = де = О,25£о; Л(/1 == 0.
В левой части этих равенств стоят величины, вносимые в расчетную таблицу, а в правой — величины, которые берутся из таблиц ГОСТа (dh^on—допуск на смещение исходного контура, Ео — суммарное биение).
4.	Производят вычисления величин, входящих в графы 15—19: коэффициентов Кр и Ср — по формулам табл. 12 (имея в виду, что Ле — векторная первичная ошибка, а все остальные — скалярные) и 11; среднего и практически предельного значений частичных ошибок Лр и др — по формулам (99) и (100). Далее производится суммирование по графам 17 и 19, и после извлечения корня из суммы по графе 19 получаются результаты расчета (записаны в нижней части расчетной таблицы): среднее значение суммарного зазора равно Лс2 = Збмкм, а практически предельное отклонение дс% = 29мкм. На основании этих данных можно заключить, что с надежностью не менее 99,8% заклинивание в данной передаче невозможно.
17. Расчет бокового зазора в зацеплении нерегулируемой цилиндрической зубчатой передачи (к примеру 1)
№ детали	Наименование п. о.	Обозначение	Систематическая п. о.	Допуск в мкм	Характеристики поля допуска		Характеристики поля рассеяния			Характер ч. о.	Общая формула Ас	Численное значение		Коэффициенты рассеяния		&PV		
						б<7		а<7				^с	У>С	СР	Кр	в мкм		
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	И	12	13	14	15	16	17	18	19
1	Смещение исходного контура	Ыд1	—	—5 —30	—20	15	1,2	—	1,33	М. X.	2х X tg а	0,73	—	1,33	1,2	14,5	13,1	172
1	Эксцентриситет		—	12	6	6	1Д4	—0,28	0,72				__	—	1,73	—	7,6	58
2	Смещение исходного контура	б/г2	—	—7 —45	29,5	22,5	1,2	—	1,31				—	1,31	1,2	21,5	19,7	384
2	Эксцентриситет	Ае2	—	17	8,5	8,5	1,14	—0,28	0,72				__	—	1,73	—	10,7	114
1—2	Погрешность межосевого расстояния	ЬА	—	±13	—	13	1,2	—	—				—	—	1,2	—	11,4	130
Расчет механизмов на точность
Дру2 36,0;бр?,2 -- 858» ACS -- 36 ± К858 = 36 ± 29 мкм
Примечание. В табл. 17—19 приняты обозначения: п. о. — первичные ошибки; ч. о. — частичные ошибки; м. х. —мертвый ход.
Пример 2. Для зубчатого редуктора, состоящего из пяти одинаковых пар цилиндрических прямозубых колес с передаточным отношением каждой пары 0,5, задан допуск боц на суммарный мертвый ход, равный 12 угловым минутам. Требуется определить степени точности для каждой пары колес, если боковой зазор в зацеплении не регулируется. Диаметры делительных окружностей ведомых колес в каждой паре равны 68,8 мм, модуль 0,8 мм.
Из условия следует, что расчет является проектным; проводим его в соответствии с приведенным выше описанием основных этапов проектного расчета и результаты сводим в табл. 18.
1.	Причинами мертвого хода зубчатых передач являются главным образом боковые зазоры в зацеплении, возникающие от технологических погрешностей изготовления и сборки колес (см. пример 1). Для заданных размеров колес суммарные боковые зазоры, рассчитанные по формулам (в), (г) и (д), имеют следующие величины:
Степень точности	........... 8	7	6
Суммарный боковой зазор в мкм . .	108	77	58
По указанным данным заполняют графы 1—5 и 16—18 расчетной табл. 18 (уровни точности для зубчатых колес принимаем по табл. 13).
2.	Зависимость углового мертвого хода зубчатой пары колес (в минутах) от бокового зазора в зацеплении, измеренного по делительной окружности ведомого колеса пары, выражается формулой
Л 6,88 Л
дМл(е) “к
где dK — делительный диаметр ведомого колеса пары;
— суммарный зазор в зацеплении пары;
6,88 — размерный коэффициент.
Мертвый ход на выходе передачи от мертвого хода отдельной пары в соответствии с формулой (65) равен
л ; л 6,88 * л
ДМП = 1к-п ДНК = 1к.п Дс2Х- ’	<ж)
где iK_n — передаточное отношение от данной пары до выходного звена редуктора.
Таким образом, передаточные коэффициенты Ас для всех пар выразятся формулой
Л	6,88	’
Ас —	J	1к-П’	(з)
ак
конкретные	выражения	которой	для	соответственных	пар	редуктора
вносят в графу 6.
3.	Систематические	ошибки	здесь	отсутствуют,	поэтому	расчеты
проводят сразу для Ас, предельных допусков и коэффициентов влияния. Заметим, что все первичные ошибки (суммарные боковые зазоры) относятся к группе (Ср 0, см. выше, стр. 452). Вычисляют прежде всего передаточные коэффициенты Ас и записывают результаты в графу 7; по формуле (90) определяют значения предельных допусков и вносят их в графу 9; по формуле (93) находят значения и записывают их в графу 10. Производят -предварительный анализ степени влияния ошибок, имея в виду формулы (9о) и (96): из полученных значений видно, что для первой пары= 17,8 > 10, следовательно, влиянием первой пары можно пренебречь; это означает, что без расчета допусков для этой пары можно
18. Проектный расчет зубчатой передачи на точность (к примеру 2)
Ns детали	Наименование п. о.	Обозначение п. о.	Систематическая п. о.	Характер ч. о.	Общая формула Ас	Численное значение		6 о <7 в мкм		кп	кТ	Требуемый уровень точ- ности	Класс или степень точности	Допуск в мкм		Д<7/7	
						Ас									В мкм		
1	2	3	4	5	6	7	8	9	ю	п	12	13	14	15	16	17	1 18
1—2	Боковой зазор в зацеплении	ACl-2	—	М. X.	6,88 . d2 '2-10	0,0062	—	1920	17,8	—	—	э	8	108	108	—	—
3—4		ЛСз-4	—		6,88 . '4-10	0,0125	—	960	8,9	—	—	э	8	108	108	—	—
5—6		Acj-e	—		6,88 . Dt 1’-10	0,0250	—	480	3,9	—	—	э	8	108	108	—	—
7—8		Дс7_8	—		6,88 . De '8-10	0,0500	—	240	2,2	3,Г	—	п	7	77	108	77	—
9—10		10	—		6,88 .	0,1000	—	120	—	1,56	2,1	т	6	58	—	77	58
Расчет механизмов на точность
назначить экономический уровень точности (8-ю степень точности по ГОСТу 9178—59).
По оставшимся четырем первичным ошибкам (пг = 4, п2 — 0) определяют с помощью формулы (94) наименьшее допустимое значение Хо — 3 и производят полный анализ степени влияния всех ошибок и технологичности конструкции редуктора. Находим, что вторую и третью пары колес можно выполнять на экономическом уровне точности (8-я степень), так как для них = 3; четвертая же пара колес не укладывается в экономический уровень (Хэ = 2,2 < Хо), но может быть выполнена на производственном уровне точности (Х/у = 3,1 > Хо), а пятая — выходная пара редуктора — не укладывается даже в технический уровень точности (Хг = 2,1 < Хо).
Проверка возможности применения «условия компенсированного влияния» (см. стр. 456) показывает, что если первые две пары выполнить на пределе экономического уровня точности (по 8-й степени), а третью и четвертую — по производственному уровню (по 7-й степени), то получится «запас точности», достаточный для того, чтобы и пятую пару выполнить на производственном уровне; суммарный мертвый ход хотя и не уложится в номинал заданного допуска, но будет отличаться от него всего на 5%, что для практики обычно считается приемлемым.
Таким образом, выполнение данного редуктора по заданному допуску возможно, но при условии изготовления и сборки трех пар колес из пяти по производственному уровню точности.
Пример 3, Для зубчатого редуктора, рассмотренного в примере 2, задан допуск на полную суммарную ошибку (т. е. на ошибку перемещения и мертвый ход вместе), равный 15 угловым минутам. Требуется определить степени точности для всех пар колес, если боковой зазор в зацеплении не регулируется и все колеса изготовляются по допускам ГОСТа 9178—59. Принимаем, что влияние погрешностей сборки и подшипников на ошибку перемещения учитывается допусками указанного ГОСТа.
Полная кинематическая ошибка передачи определяется кинематическими погрешностями колес (bF%) и суммарными боковыми зазорами в зацеплении; те и другие являются комплексными первичными ошибками. Формулы частичных ошибок и численные значения величин, относящиеся к зазорам, используем из примера 2. Для кинематических погрешностей колес можно написать только приближенные формулы частичных ошибок перемещения, подобные формулам ошибок от эксцентриситетов колес (см. табл. 11), приняв эти погрешности как векторные первичные ошибки (преобладающую роль в них играют эксцентриситеты — до 80% величины dF2). Общий вид этих формул, приведенных к выходу редуктора,
д?=ла(4-6/Ч;	(и)
здесь Ас — неслучайная часть передаточного коэффициента ошибок [определяется по формуле (з) ];
Av — случайная часть передаточного коэффициента (см. табл. 11).
Из этого условия определяют и численные значения коэффициентов Ср и Кр (см. табл. 11 и 12), приняв, что углы поворота для всех колес больше 180°. Описание расчета здесь не приводится, так как оно аналогично изложенному в предыдущих примерах; результаты расчета сведены в табл. 19. Как и в примере 2, здесь использовано условие компенсированного влияния ошибок.
19. Проектный расчет зубчатой передачи на точность (к примеру 3)
		6	X			Численное						X	X X				
		с	X	о*		значение						о	5				
												X					
	Наименование п. о.	X	<и	У	Общая							У о	о				
X г		X CJ «J	X ПЗ S	а. (У х	формула Ас			мкм				X	X = ®	X X	мкм	а? X *	мкм
ч		СО о о о	О) . о ° X . О С	СЗ СС X			с?	я Л°9				О) X о >>	Класс точное	с о	&д$ в	я	&д Т в
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	и	12	13	14	15	16	17	18
1	Кинематическая погрешность первого (ведущего) колеса		—	К. О.	6,88 . 6,88 . ~dT12-10	0,00625	—	2400	32	—	—	э	8	75	75	—	—
2	То же второго колеса	^22	—	К. О.		0,00625	—	2400	26,7	—	—	э	8	90	90	—	—
1—2	Боковой зазор в за-	Ас_2	—	М. X.	6,88 . —П  *2-10	0,00625	—	2400	22,2					э	8	108	108		
	цеплении первой пары																
	колес				6,88 . — 1з-ю												
3	Кинематическая по-	^23	—	К. О.		0,0125	—	1200	16	—			э	8	75	75				
	грешность третьего колеса				6,88 . п *4-10												
4	То же четвертого ко-		—	К. О.		0,0125	—	1200	13,5	—			э	8	90	90				
	леса				1>4												
3—4	Боковой зазор в за-	АСз-4	—	М. X.	6,88 . П *4-10	0,0125	—	1200	Н,1	—	—	э	8	108	108				
	цеплении второй пары																
	колес																
Расчет механизмов на точность	463
Продолжение табл, /р
Кв детали	Наименование п. о.	Обозначение п. о.	Систематическая п. о.	Характер ч. о.	Общая формула Ас	Численное значение		69q в мкм		11	12	со | Уровень точности	~ I Класс или степень 1 точности		сл | Допуск в мкм	а* * и £ 16	а* к CQ <& 17	оо |	в мкм
							с?										
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10								
5	Кинематическая погрешность пятого колеса	^25	—	К. О.	6,88 . D6 1ь-1°	0,025	—	600	8	—	—	э	8	75	75	—	—
6	То же шестого колеса	6^X6	—	к. о.	6,88 . “АГ	0,025	—	600	6,7	—	—	э	8	90	90	—	—
5-6	Боковой зазор в зацеплении третьей пары колес		—	М. X.	6,88 . De ,в-10	0,025	—	600	5,6	—	—	э	8	108	108	—	—
7	Кинематическая погрешность седьмого колеса	^27	—	К. О.	6,88 . ~о? ‘7-10	0,050	—	300	4	6,3	—	п	7	48	—	48	—
8	То же восьмого колеса		—	К. О.	6,88 . Ds '8-10	0,050	—	300	3,3	5,5	—	п	7	55	—	55	—
Расчет приборов на точность
№ детали	Наименование п. о.		Обозначение п. о.	Систематическая п. о.	Характер ч. о.	Общая формула Ас	Численное значение		ч 0 •o’			12	w | Уровень точности	I Класс или степень 1 точности	сл | Допуск в мкм	в мкм	а? 0 17	ОО | bq-p в мкм
								с?										
1	2		3	4	5	6	7	8	9	10	11							
7—8	Боковой зазор в цеплении четвертой ры колес	за-па-	ДС7-8	—	М. X	6,88 . о8 ‘8-10	0,050	—	300	2,8	3,9	—	П	7	77	—	77	—
9	Кинематическая грешность девятого леса	по-ко-		—	к. О.	6,88 . ~оТ *’-10	0,100	—	150	—	з/l	5	Т	6	30	—	—	30
10	То же десятого леса	ко-	6/?210	—	К. О.	6,88 £ю	0,100	—	150	—	2,7	4,4	т	6	34	—	—	34
9—10	Боковой зазор в зацеплении пятой пары колес		ДС9-10	—	М. X.	6,88 £ю	0,100	—	150	—	1,9	2,6	т	6	58	—	—	58
	Примечание. Буквами		к. о. обозначены кинематические				ошибки.	Остальные обозначения см						. выше.				
Расчет механизмов на точность
20. Рекомендуемые посадки
Посадка	Обозначение	Характеристика и применение	Теоретический процент зазоров
Прессовая	Пр, Пр1з	Для соединений с обеспеченной неподвижностью без дополнительного крепления. Разборка недопустима, так как при вторичной запрессовке прежняя прочность соединения не может быть получена. /7р13 следует применять при запрессовке в детали из материалов менее прочных, чем сталь (например, силумин, дюралюминий). Запрессовку, особенно при больших размерах сопряжений, рекомендуется производить при нагреве охватывающей или охлаждении охватываемой детали	0
Тугая	Т	Применяется в случае недопустимости деформаций деталей при запрессовке. Посадка шестерен и других деталей на валики на шпонке или штифте. Посадка наружных колец шарикоподшипников	32
Напряженная	н	Весьма часто применяется для плотных соединений Сборка и разборка без значительных усилий с помощью ручного молотка. Посадка зубчатых колес, муфт, поводков и других деталей, требующих точной центрировки с дополнительным креплением	57
Плотная	п	Широко применяется для посадки внутренних колец шарикоподшипников. Для тех же деталей, что и напряженная посадка, но с меньшей точностью центрировки и с обеспечением легкой разборки	85
Скользящая	с	Для соединений, требующих легкой сборки, некоторой подвижности при минимальных зазорах	100
Продолжение табл. 20
Посадка	Обозначение	Характеристика и применение	Теоретический процент зазоров
Движения	Д	Для медленного движения деталей с точным направлением	Гарантированный зазор
Ходовая	X	Для вращающихся деталей, передвигающихся с умеренной скоростью	Гарантированный зазор
Скользящая	Сз	Для деталей, медленно перемещающихся, с невысокой точностью	Гарантированный зазор
Ходовая	х3	Легкое вращение невысокой точности. Посадка отрицательных линз склеенной пары или отдельных линз, сеток	То же
Широкоходовая	ш3	Посадка положительных линз склейки	То же
Скользящая		Для участков деталей, не требующих точного изготовления, размеры которых входят в размерные цепи	—
Ходовая	»о	Для соединений, в которых требуется зазор для регулировки	—
Легкоходовая	л4	То же	—
21. Допуски на геометрические формы деталей в мкм
Диаметр в мм	Класс точности		
	1	2	3
Радиальное биение			
До 10	10	20	70
Св. 10 до 18	12	24	100
»	18 » 50	16	36	140
»	50 » 120	20	50	180
» 120 » 260	24	60	240
» 260	30	70	300
Т о р ц о	вое б и е н	и е	
До 10	5	10	20
Св. 10 до 18	8	20	40
»	18 » 50	20	50	100
»	50 » 120	50	120	250
» 120 » 260	ПО	270	550
» 260	150	380	750
Длина в мм	Класс точности		
			
	1	2	3
Допустимая непрямолинейность			
До 50	10	20	40
Св. 50 до 100	12	24	60
» 100 » 300	14	26	70
» 300 » 600	16	28	80
» 600 » 900	18	36	90
» 900 » 1000	20	40	100
Допустимая	неплоскостность		
(количество пятен в квадрате 25X25 мм)			
До 50			
Св. 50 до 100			
» 100 » 300	Не менее	Не менее	Не менее
» 300 » 600	25	20	12
» 600 » 900			
» 900 » 1000			
Продолжение табл. 21
Длина в мм	Класс точности		
	1	2	3
Пара (допустимая разное! До 10 Св.	10	до	100 » ,	100	»	300 »	300	»	600 »	600	»	900 »	900	»	1000	л л е л ь н о с ъ толщин на 4 8 12 15 18 20	т ь концах дета; 8 16 24 30 36 40	1И) 25 40 50 75 90 100
22. Допуски на угловые размеры (по ведомственной нормали)
Класс точности	Длина конусной части в мм							
	ДО 6	св. 6 ДО Ю	св. 10 ДО 18	св. 18 до 30	св. 30 до 50	св. 50 до 80	св. 80 до 120	св. 120 до 180
	±5'	±5'	±5'	±3'	±3'	±2'	±2'	±2'
3	0,02	0,02	0,03	0,03	0,05	0,06	0,09	0,14
		0,03	0,05	0,05	0,09	0,09	0,14	0,21
	±10'	±10'	±8'		±5'	±3'	±3'	±3'
4	0,03	0,03	0,05	0,05	0,09	0,09	0,14	0,21
		0,06	0,08	0,09	0,15	0,14	0,21	0,31
	±20'	±15'	±12'	±10'	±8'	±5'	±5'	±4'
5	0,07	0,05	0,07	0,10	0Д4	0,15	0,23	0,28
		0,09	0,13	0,17	0,23	0,23	0,35	0,42
	±1°	±1°	±45'	±30'	±20'	±20'	±15'	±10'
6	0,21	0,21		0,31	0,35	0,58	0,70	0,70
		0,35	0,47	0,52	0,59	0,93	1,05	1,04
	±3°	±1°45'	±1°30'	±1°	±45'	±30'	±25'	±20'
7	0,63	0,37	0,52	0,63	0,79	0,88	1,16	1,40
		0,61	0,94	1,00	1,31	1,40	1,74	2,10
Примечания: 1. Числа над линейкой — угловые размеры допуска, числа под линейкой — линейные размеры в мм. Линейные размеры допуска даны для предельных длин детали.
2. В чертежах проставляются только угловые величины допусков.
Литература: [8—13, 24, 31, 37, 40,42,49,54—56,58,62,67—70,84, 92, 100, 107].
ГЛАВА X
НАПРАВЛЯЮЩИЕ ДЛЯ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО И ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Направляющими называются механизмы, детали или определенные поверхности деталей, обеспечивающие перемещение других деталей или узлов в заданном направлении.
Направляющие подразделяются на две группы: направляющие для поступательного (прямолинейного) движения и направляющие для вращательного движения (опоры, подшип-о)	ники).
В зависимости от рода трения различают: направляющие с трением скольжения; направляющие с трением качения;
ра
WWW
Рис. 1. Типы направляющих для прямолинейного движения
направляющие с трением упругости (внутренним или молекулярным трением); опоры с воздушным трением.
Следует также различать направляющие без силового замыкания (открытые) и с силовым замыканием (замкнутые).
Открытые направляющие (рис. 1, а) обеспечивают движение в заданном направлении при наличии внешней силы, постоянно прижимающей движущуюся деталь к направляющим поверхностям. Этой силой
может быть вес детали или давление пружины. Открытые направляющие без поджатия пружиной применяются в стационарных приборах.
Замкнутые направляющие (рис. 1, б) обеспечивают движение детали в заданном направлении независимо от направления действующих сил.
НАПРАВЛЯЮЩИЕ ДЛЯ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ
Точность направления, легкость и плавность движения и малый износ направляющих — важнейшие факторы, определяющие точность работы, надежность и срок службы точных механизмов приборов. Для приборов, работающих в условиях больших колебаний температуры, эти требования должны соблюдаться и при изменениях температуры. Важными факторами являются также возможность компенсации износа при работе и стоимость изготовления. В табл. 1 приведена классификация направляющих с разбивкой их по классам по достижимой точности, трению, стойкости против износа и т. д. Высшим является первый или нулевой класс.
Принципы конструирования направляющих
К точности движения ползуна в направляющих предъявляются следующие требования:
1)	сохранение движущейся деталью параллельности самой себе;
2)	отсутствие поперечных смещений ползуна при прямолинейном перемещении;
3)	равенство путей, проходимых различными точками ползуна; это условие будет соблюдено, если будут соблюдены первых два условия.
Причинами неточности движения ползуна в направляющих являются: погрешности формы направляющих, зазоры, прогибы деталей. На прогибы влияют силы трения и вес движущихся частей.
В зависимости от рода трения различают три вида направляющих для прямолинейного движения:
1)	направляющие с трением скольжения: по цилиндрическим поверхностям, по плоским поверхностям, по комбинированным поверхностям;
2)	направляющие с трением качения: на шариках, на роликах или иголках;
3)	направляющие с внутренним трением (упругие).
НАПРАВЛЯЮЩИЕ С ТРЕНИЕМ СКОЛЬЖЕНИЯ
Исходя из кинематического (геометрического) метода конструирования, в правильно сконструированных направляющих с трением скольжения должны быть две основные направляющие плоскости или одна (цилиндрическая) поверхность, обес- 
печивающие движение в заданном направлении. Остальные плоскости (поверхность) являются замыкающими или поддерживающими и предохраняющими ползун от проворачивания. Правильные конструкции даны на рис. 1; неправильной является конструкция, изображенная на рис. 2.
Рис. 2. Неправильная конструкция призматических направляющих
. Сравнительные характеристики направляющих
Примечание									
Ч1Э0МИ01Э	НМ	нм	нм	нм			—1		
чхэонроэ -ouooiHowaj	нм	>	нм	нм			^м		
еэонеи яихойи Ч1ЭОМЦО1Э	нм	>	нм				нм		
чхэондоэоиэ BBHhoeXdjBH	> нм	нм	нм	>					
икинэн -ЭИЕИ WHHdXlEd -ЭЦНЭ1 Я Ч1ЭОН -ч1ГЭ1идхэяЛьэн	нм	II—III	нм	нм			III—IV		
виHadi 1/иэ ининшгэд	НМ	нм	III—IV	нм			>		
BHHdirgcdu -вн чхэоньо!		нм		о			1		
Схема	t		1 i & Л ш®	Фторопласт-.4 	Z	X			л		1	Jh
1ч wax э ohf		сч	со				1Л		
х и Тлен в its в du -ВН ЦИ1	винажчь’омэ								
								
		—•				>		
			> ►—4	> Н-1	К—1	к-ч		
1—1			►-Ч	►—1	►—4	н-ч		
к-ч		> 1—ч	►—ч		►—4	*—4		
III—IV				1—ч	К--4	н-ч		
>		>		►—4	►—4			
		I—II	>	>	—•			
ж» Ж1111		Пружина	0’ 1И	д			r-4-l 1	-
ю		СО	г-	ос	о	о		
мэинэс11 э					БИНЭЬЕМ WSHHadl Э			
Продолжение табл.
Примечание	1			1										
														
чхэоииохэ	н-ч							>			>			
чхэонроэ -оиэохномэд	> >—1			> к—4				К—1			К—1			
вэонеи anxodu Ч1ЭОИЦОХЭ	I-м			►—<				К—1			н-ч			
чхэонроэоцэ KBHhOEXdjBH	Г-Ч			К—1				1—4			н-ч			
нкинэн -ЭНЕИ WNHdXlEd -эциэх и чхэон -Ч1ГЭХИ0ХЭ0ЛнЭЦ	к—4			—1				Н--4			Н--4			
KHHddx 1гиэ вниьиуэд				—1				К—1			Н-Ч			
KHHairaBdu -ВН ЧХЭОННО1														
Схема				У										
					в							Jj	7~~		
	.Сепаратор 		i											1—’		
	TIWTWp													
														
1ЧНЭХЭ 5ДР				сч				со			2			
xHfticMBiraedLi
-ей ии1
ьинаьея
С трением
Точность прямолинейного движения в призматических направляющих на шариках при чистоте обработки рабочих поверхностей V10 (за один оборот шарика): 1—2 мкм;
V9—5 мкм;
V7—V8— 5—10 мкм (на длине до 300 мм)
18
Направляющий, стеклянный
II
IV IV I
II IV
Направляющие с трением скольжения	475
Продолжение табл. 1
Нечувствительность к температурным изменениям	Нагрузочная способность	Стойкость против износа	Ремонтоспособность	Стоимость	Примечание
II	IV	I	IV	IV	—
I	IV	0	II	I	Движение по дуге радиуса, приблизительно равного 3/4 длины свободного участка пружины
Направляющие для прямолинейного и вращательного движений
Влияние погрешностей формы, прогибов и зазоров можно представить, рассматривая действие неровностей и ДЛ2, находящихся на основной направляющей детали (рис. 3). Действие этих неровностей вызовет поворот ползуна на углы дуь бу2 и ду3. Величина углов дух и ду2 зависит от рабочей длины ползуна b (базы), а величина угла ду3 — от расстояния а между двумя направляющими 1 и 2 (базовая ширина ползуна):
. <> Д/li . _ ДЛ2 •	Д/ч
sin дух = -у- ; sm ду2 =	; sm дуз -у •
Наклоны ползуна на углы дух и ду3 вызовут продольное смещение Д/ и поперечное смещение Д/г точки Ох ползуна. Величина этих смещений зависит от высоты Н этой точки от уровня направляющих
М = Н • Д/г = Н Ьа = L ’	а ’	b
Суммарное смещение точки от действия поперечного наклона ползуна и его поворота в горизонтальной плоскости
_ ДЛ2£ ЫцН
^RcyM - —fr— + —у- •
Из приведенных формул и рис. 3 видно, что для большей точности перемещения интересующих точек ползуна следует помещать эти точки как можно ближе к линии, проходящей через точку опоры толкателя (О3) и параллельной направляющим, а если это конструктивно невозможно, то как можно ближе (по высоте) к плоскости направляющих. Точки О2 и О3, принадлежащие одной отсчетной системе, должны находиться на одной линии. Для уменьшения смещения интересующей точки при повороте ползуна наиболее выгодно помещать ее вблизи середины ползуна
Это весьма выгодно также для уменьшения вертикального смещения ЛЯ точки 01 от действия деформации так как
дя= A/t,1Lai .
ba
Точность изготовления направляющих
Достижимая точность изготовления на новых или мало изношенных станках (допуски в мм):
Цилиндрических направляющих (валиков)
На
На
На
токарном станке диаметр ................ 0,01—0,02 до 50 мм
цилиндричность ....	0,01 на длине 300 мм
конусность............. 0,02 » » 300 >
круглошлифовальном станке диаметр ................ 0,005 до 100 мм
цилиндричность . . . .0,003—0,01 на длине 500 мм конусность............ 0,005	— 0,01 »	» 500 »
прямолинейность . . . .0,005 — 0,01 >	» 300 »
Плоскостей
плоскошлифовальном станке
при грубом шлифовании 0,03 на длине 1000 мм
» точном »	—	0,01 »	»	1000 »
» пришабриванин . . .	0,01—0,02 на длине 1000 мм
» притирке под пробное стекло............0,05 мкм на длине 100 мм
Для направляющих с трением скольжения требует чистота обработки обычно 7—8-го класса. Для высокоточных направляющих с фторопластовыми стержнями требуется чистота обработки не ниже 10—12-го класса.
Для точных направляющих на шариках требуется чистота обработки 9—10-го класса. Для менее ответственных направляющих допускается 8-й класс.
Высокую точность и плавность прямолинейного движения дают направляющие, изображенные на рис. 9, а, гл. XIII. В этих направляющих основание 1 изготовлено из стали с высокой чистотой обработки рабочих поверхностей призматической канавки. По призматической канавке и плоскости скользят стержни из фторопласта 4, прикрепленные к движущейся каретке. Эти направляющие обеспечивают точность прямолинейного перемещения каретки в горизонтальной плоскости, характеризуемое средним значением вторых разностей ординат нерегулярных отклонений на длинах,60—200 мм при интервале измерительных перемещений 0,5 мм, равное 0,03 мкм.
В табл. 2 приведены достижимые точности движения в направляющих различного типа.
Трение в направляющих
Для того, чтобы силы давления Afj и N2 (а отсюда и силы трения) были возможно меньшими, необходимо стремиться к следующему:
а) равнодействующая Р всех сил сопротивления движению (кроме сил трения в самих направляющих) и движущая сила Q должны действовать под наименьшим углом друг к другу и к направлению движения (рис. 3 и 4);
2. Точность прямолинейного движения в направляющих
Тип направляющих	№ схем (см. табл. 1)	Чистота обработки рабочих поверхностей	Длина хода в мм	Точность в мкм
Призматические с тре-	3, 5	V9-V10	До 10	0,5-1
нием скольжения		V9—V10	» 50	1-2
		V8—V9	» 50	2-5
		V7-V8	» 300	10
Цилиндрические с тре-	1	V8—V9	» 100	5
нием скольжения	1, 2	V8—V9	» 300	10
Призматические с тре-	10	V10	Один обо-	1—2
нием качения (на шари-			рот шарика	
ках или иголках)	10	V10	До 100	2-5
	9, 10, 11	V8—V9	»	100	3-5
Призматические и ци-	14—17	V9-V10	» 300	10—20
линдрические с трением	14-17	V8—V9	» 1000	16—26
качения (на шарикопод-	13—17	V7-V8	» 1000	18—28
шипниках) 1				
С точным стеклянным	18	V14	60	0,5
направляющим брусом			0,5	0,032
Призматические со	4	V10—	60	0,5
стержнями из фторопла-		V12	0,5	0,032
ста				
На Ш-образных пло-	19		50	0,5
ских пружинах				
1 Точность указана в	зависимости от класса		। шарикоподшипников.	
1 Величина вторых разностей ординат нерегулярных отклонений.
б) точки приложения сил Р и Q должны быть расположены как можно
ближе к плоскости направляющих и по возможности между направля
ющими (а не вне их);
в) длина базы ползуна b и ее отношение к ширине ползуна а должны быть достаточно большими.
При неправильно выбранных соотношениях возможно не только крайне нежелательное увеличение сил трения, но и возникновение перекашивания и защемления (заклинивания) ползуна в на-
правляющих. Поэтому необходимо рассчитать правильные соотношения между рабочей длиной (базой Ь) направляющей и плечом приложенной силы у. Эти же формулы с заменой коэффициента трения скольжения /
коэффициентом трения качения k применимы и для расчета направляющих с трением качения.
Если сила Q (или ее проекция), приложенная к движущейся детали, имеет плечо у, то нормальная реакция N определится из равенства мо-
ментов Qy = Nb; N = (рис. 4).
b
Qyf
Сила трения R — Nf .=	, где f — коэффициент трения. Из
о
fy
этой формулы видно, что при данном значении f отношение должно
И ±0,08 (доострыхкраед)
Рис. 5. Направляющая типа «ласточкин хвост» (из латуни ЛК-83-Л)
быть меньше 1, в противном случае неизбежно заедание. Теория и опыт показывают, что при правильном выборе материала и обработки и при f 0,2 прямоугольные направляющие работают надежно, если отношение -4-< 2.
b
Для призматических направляющих типа «ласточкин хвост» и других у
типов требуется, чтобы - Sjn а 2, где а — Угол ласточкина хвоста у
(рис. 5). Для цилиндрических направляющих1,27	2 (где 1,27 —
радиус трения).
Заклинивание в направляющих с трением скольжения может также возникнуть от значительного изменения внешней температуры.
Выбор посадок определяется требованиями точности, допустимым зазором, конструктивными особенностями, например длиной рабочей (базовой) поверхности, температурными условиями работы. Для точных цилиндрических направляющих в ответственных случаях при небольшой базе, когда не грозит защемление при изменении температуры, можно применять посадку скольжения, плотную посадку с подбором или с небольшой притиркой деталей.
„	,	N ___
Проверка удельного давления производится по формуле q=-p-^ где N— нормальное давление, F — площадь сопротивления, [<?]—допускаемая величина удельного давления.
16 Заказ 1902
3. Коэффициенты трения скольжения
Материал трущихся деталей	По конструкционной стали 30—50				По стали У8А				По чугуну		ф со о Ю О с		По латуни ЛС59-1		По дюралюминию		По меди		По текстолиту	По полиэтилену НД	| По карболиту
	незакаленной 1			закаленной		незакаленной		закаленной														
	СС	БС	СС	БС	СС	БС	СС	БС	СС	БС	СС	БС	СС	БС	СС	БС	СС	БС	БС	БС	БС
Кон струкцион-ная сталь 30—50	0,18— 0,12	0,18	0,05-ОЛ	0,15	0,08-ОД	0,15	0,Об-ОД	0,15	0,05— 0,15	0,15	0,09— 0,13	0, io-о.15	0,13— 0,15	0,19	—	0,19	—	—	0,22	0,03— 0,04	0,22
Латунь ЛС59-1	0,1	0,19	0,1	0,14	0,1	0,19	ОД	0,14	—	—	0,02	0,15	0,02	0,17 -0,16	—	0,26— 0,22	0,20	0,03— 0,16	0,23	—	0,25
Бронзы оловянистые	0,09— 0,13	0,16	0,09— 0,13	0,16	0,09— 0,13	0,16	—	—	—	0,21	0,07— 0,1	0,2	—	—	—	—	—	—	—	—	—
Бронзы, не содержащие олова				0,18				0,18			—										
Дюралюминий		0,19	—	0,19	—	0,19	—	0,19	—	—	—	0,22	—	—	—	—	—	—	0,29	—	0,27
Силумин										—									0,34	—	0,28
Примечание. СС — со смазкой; БС — без смазки.
Направляющие с трением скольжения
00
При малых скоростях перемещения (до 200 мм/мин) каретки величину допускаемых удельных давлений выбирают в пределах [<?] # 12-ь -т-15 кПсм2\ при больших скоростях [<у ]	4 кПсм2.
Расчет сил трения в направляющих типа «ласточкин хвост». Направляющие такого рода, например в микроскопах, собирают практически без люфта. Поэтому следует учитывать начальную силу трения от возможного натяга при сборке и силу трения, получающуюся вследствие того, что точка приложения нагрузки на направляющую смещена от середины направляющей на некоторую величину, чем создается опрокидывающий момент и появляются силы реакции. Расчет второй силы трения аналогичен расчету, приведенному на стр. 480. Только одна из сил реакций N будет больше другой в -----!--раза, где а — угол ла-
2sin-T сточкина хвоста, обычно равный 60°.
Начальная сила трения, полученная при сборке, зависит от качества изготовления и пригонки направляющих плоскостей.
Износ направляющих. Износ направляющих зависит от удельного давления, коэффициента трения материалов, твердости, чистоты обработки, свойств смазки. Для уменьшения износа необходимо стремиться к сочетанию материалов с наименьшим коэффициентом трения (табл. 3).
Износ у цилиндрических направляющих выше, чем у прямоугольных и призматических, и возникающий при этом люфт трудно устранить.
Сборка цилиндрических направляющих сравнительно проста. У направляющих типа «ласточкин хвост» обычно имеется возможность поджатия при износе. Сборка прямоугольных направляющих сложнее, чем сборка направляющих типа «ласточкин хвост».
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
Для приборов, работающих при значительных колебаниях температуры, следует конструировать направляющие из материалов, имеющих одинаковые или мало отличающиеся друг от друга коэффициенты линейного расширения а.
Иногда целесообразно применить для охватывающей детали материал с а меньшим, чем у охватываемой детали, так как опасность защемления при охлаждении больше ввиду большего перепада температуры — около 70° (+20° — температура в цехе и —50° — температура эксплуатации), чем при нагреве (порядка 30°).
Проверка зазора при назначенной посадке сопрягаемых деталей должна производиться по формуле
А =	[1 ± <хх (/-/о)]-£)2 [1 ± а2 (/-/0)],
где А — минимальный зазор при крайнем значении температуры; £>! — наименьший (при выбранном допуске) диаметр или линейный размер охватывающей детали;
D2 — наибольший диаметр или линейный размер охватываемой детали;
а1 и а2 — соответствующие коэффициенты линейного расширения материалов сопрягаемых деталей;
t0 = 20° — температура в цехе;
t — температура в условиях эксплуатации.
Наименее чувствительны к температурным изменениям направля-ощие с трением качения и упругости, и особенно шарико- и роликоподшипники. Это позволяет собирать такие подшипники с минимальным зазором или даже с некоторым натягом.
В табл. 4 приведены коэффициенты линейного расширения различных конструкционных материалов.
4. Коэффициенты линейного расширения (для пределов t = ±70° С)
Материал	а-10“®	Материал	а- Ю“®
Алюминий Алюминиевомагние-вый сплав Бронза Гипс Дюралюминий Инвар Иридий Кобальт Константан Латунь Титан Медь	24—27 28,5 18 25 23 1,6 6,5 12,7 15 18,5 20 17	Нейзильбер Никель Платина Полиэтилен Платиноиридий Серебро Сталь Стекло техническое Стекло кварцевое Фарфор Фторопласт Цинк Чугун	18 13 9—13 100—800 8,8 19—20 11 16 0,4 3 55—110 29 10
5. Изменение зазора (А в мкм) в сопряжениях деталей из различных материалов при изменениях температуры на 10° С (сопрягаемый размер 10 мм)
Материал	Бронза	Дюралюминий 1		Латунь	Медь	Полиэтилен	Сталь	Стекло	Фторопласт
Бронза	—	0,5	0,05	0,1	8,2—78,2	0,7	1,3	3,7—9,2
Дюралюминий	0,5	—	0,45	0,6	7,7—77,7	1,2	1,8	3,2—8,7
Латунь	0,05	0,45	—	0,15	8,2—78,2	0,75	1,35	3,6—9,1
Медь	0,1	0,6	0,15	—	8,3—78,3	0,6	1,2	3,8—9,3
Полиэтилен	8—78	8—78	8—78	8—78	—	9—79	9,5—79	4,5—69
Сталь	0,7	1,2	0,75	0,6	9,79	—	0,6	4,4—9,9
Стекло	1,3	1,8	1,35	1,2	9,5-79	0,6	—	5—40
Фторопласт	4—9	3—9	4—9	4—9	4-7	4—1	5-1	—
Для сопрягаемых размеров и пределов изменений температуры, отличающихся от принятых в табл. 5, указанные величины изменений зазоров А надо последовательно умножить на отношения фактических сопрягаемых размеров и перепадов температур к 10.
Пример. Рассчитать изменение зазора А в сопряжении бронза — сталь при размере сопряжения 32 мм и изменении температуры на —45°.
Решение. Находим по табл. 5 величину А для пары бронза—сталь (0,7 мкм)
QO / д г: \
At = 0,7-yg-( —= —10,8 мкм.
НАПРАВЛЯЮЩИЕ С ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ
Усилия для перемещения в направляющих с трением качения значительно меньше, чем в направляющих с трением скольжения. Кроме
того, направляющие с трением качения практически нечувствительны к колебаниям температуры и могут быть собраны с небольшим натягом. Для достижения ровного хода и равномерного усилия требуется высокая чистота обработки поверхностей (9—10-й класс) и хорошее качество шариков (или роликов). К недостаткам направляющих с трением качения
Рис. 6. Каретка с движением на шарикоподшипниках
следует отнести некоторое увеличение габаритов и большую дороговизну изготовления.
Значительно меньшее трение и нечувствительность к температурным влияниям способствуют широкому применению их в оптико-механических и точных приборах.
Особенно целесообразно применение направляющих с трением качения в приборах со сложной кинематикой, так как наличие большого
числа движущихся частей вызывает большие суммарные силы трения, ко-
торые, в свою очередь, вызывают возрастание упругих мертвых ходов и требуют увеличения мощности источников движения. Совершенно необходимо применение трения качения при изготовлении направляющих из нержавеющей стали ввиду большой склонности нержавеющих сталей к задиранию (заеданию) при трении скольжения.
Направляющие с трением качения подразделяются на направляющие на роликах или иголках и направляющие на шариках.
Направляющие на роликах (рис. 6 и 7). При жесткой конструкции требуется оставлять небольшой зазор между роликами и направляющими для компенсации биения ролика, неточности геометрической формы направляющих и микронеровностей. Этот зазор практически должен быть не менее 0,04—0,08 мм. Поэтому жесткая конструкция не годится для точного перемещения.
Такие направляющие работают лучше, если силовое замыкание осуществляется с помощью пружины. В качестве роликов для получения легкого хода целесообразно применять шарикоподшипники. Однако и при пружинном замыкании движущаяся деталь может при перемещении испытывать линейные и угловые колебания, которые будут зависеть от величины биения роликов, точности (прямолинейности), чистоты поверхности направляющих и расстояния между роликами.
Направляющие на шариках. Рабочая длина направляющих должна быть больше расстояния L между крайними шариками на величину половины максимального перемещения s плюс некоторый запас а (рис. 8).
Рис. 7. Направляющие на роликах
Желательно, чтобы на концах движущейся детали было по два шарика. Если нагрузка велика и разнос шариков достаточно большой, можег быть установлено по три шарика. Большее число шариков нежелательно,
так как это может привести к тому, что будут работать не крайние, а средние шарики и расстояние между ними (база) будет меньше. В этом случае точность направления и условия работы направляющих ухудшатся.
Призматические направляющие. Эти направляющие (рис. 9) наиболее технологичны и обеспечивают достаточно легкий ход. Недостатком их
является износ вследствие наличия, кроме трения качения, трения верчения. Однако практически износ невелик, так как направляющие обычно работают мало и на малой скорости.
Сепараторы. Сепараторы служат для выдерживания заданного расстояния между шариками и их положения относительно движущейся детали. Сепараторы бывают свободные и с принудительным движением.
Рис. 9. Призматические направляющие на шариках
Свободные сепараторы применяются двух типов: первый тип имеет только ограничение предела движения (рис. 10); второй тип, кроме ограничения движения, имеет фиксацию при крайних положениях движущейся детали.
Сепараторы первого типа следует применять только в горизонтально работающих направляющих. При использовании таких сепараторов
Рис. 10. Сепаратор с одним ограничительным штифтом
в направляющих, работающих в вертикальном положении или близко к нему, в результате воздействия веса шариков и сепаратора может происходить постепенное проскальзывание шариков вниз и в конечном счете заклинивание направляющих.
Сепаратор второго типа несколько надежнее, так как оба его крайних положения контролируются штифтами (рис. 11).
Если механизм должен работать в условиях значительной тряски, вибраций или ударов под разными углами, то необходимо применить сепаратор с принудительным движением типа, указанного на рис. 12. При движении детали 4 ось 2 шестерни, закрепленная на сепараторе /, движется со скоростью в два раза меньшей, чем деталь 5. Шестерня* 3,
ось 2 которой закреплена на сепараторе, находится в зацеплении с рейками 4, закрепленными на подвижной и неподвижной частях.
Сепараторы изготовляют из листовой стали, латуни или дюралюминия.
Расчет силы трения в призматических направляющих. Касание шарика и поверхности направляющей вследствие их упругости происходит фактически не в точке, а на некоторой площадке, называемой площадкой
Рис. 11. Сепаратор с двумя ограничительными штифтами
соприкасания. Поэтому при качении шарика возникает не только трение качения, но и трение скольжения (верчения), величина которого весьма существенна.
Задача нахождения закона распределения давления по общей поверхности касания двух упругих тел решена Г. Герцем. При сжатии шара
Рис. 12. Сепаратор с принудительным движением
диаметром d и плоскости при одинаковых материалах давление распределится в круге, ограниченном радиусом а, причем
где Р — сжимающая сила;
Е — модуль упругости.
При качении шара по призматической направляющей происходит его относительное вращение вокруг перемещающегося центра площадки соприкасания, являющегося мгновенным центром вращения шара.
Момент трения (верчения) шарика относительно оси качения в призматических направляющих равен
М& = 0,5/
cos 45°
здесь Р =	СО^45°'» где Q — нагрузка на направляющие, в которую
должна войти и сила натяга (если направляющие собраны с натягом);
/ — коэффициент трения скольжения.
Тогда
Мв = 0,5/
cos 45°
Сопротивление движению каретки R равно
d cos45° + d cos 45°(2Л> +
где k — коэффициент трения качения’
Второй член формулы представляет собой сопротивление движению, создаваемое трением качения шариков.
На рис. 13 показан столик микроскопа, который можно передвигать в двух перпендикулярных направлениях на призматических шариковых направляющих. На рис. 14 показана цилиндрическая направляющая на шариках с принудительным движением сепаратора с помощью шестерни, закрепленной на сепараторе, и двух реек: одна рейка нарезана на валу, другая привинчена к трубе. На рис. 15 изображены игольчатые направляющие для перемещения массивного столика микроскопа по вертикали (тонкая наводка на резкость от микромеханизма).
Расчет усилий R для перемещения каретки, нагруженной силой Р [94]:
а)	на восьми шарикоподшипниках (рис. 6)
/?=4г2Л(2^+4^ц-+4^)+
D L \	4 sin р 4 cos р /
+	+ МТр9 +	*,
б)	на шариках (рис. 9) 1
Р = —Г 2FZ + Р (	+ ^4- ) 1 .
Гш Sin Р L	\ Sin Р C0S Р / J
1 В приведенных расчетах по схеме рис. 9 влияние трения верчения не учитывается ввиду сложности расчета.
Рис. 15. Игольчатые направляющие микрометрического движения столика микроскопа:
1 — сферический подпятник; 2 — иголки
Рис. 16. Направляющая с движением вдоль точного стеклянного бруса
Рис. 17. Упругие направляющие Ш-образного типа
Рис. 18. Упругие направляющие индентера микротвердомера
Направляющие для прямолинейного и вращательного движений
В этих формулах
гш — радиус шарика в см;
D — наружный диаметр шарикоподшипника в см;
k — коэффициент трения качения;
F — 1000—3000 — сила натяга при сборке в Г;
Р — половина угла профиля (45°);
а — угол, под которым направлена сила R;
z — число шариков;
МТР —момент трения в шарикоподшипниках в Г/см при нагрузке F;
..	„ , Pcosa
— то же при нагрузке F+ Sjn jj~;
„ । Р sin a
—то же при нагрузке г + cos ;
..	г . Pcosa , Psina
MTPi - то же при нагрузке F +	+ 7^-.
Направляющие столика микроскопа с особо высокой точностью движения. В этой конструкции верхняя плавающая часть столика установлена на трех шариках на нижней несущей каретке столика и имеет два упора (из бакаута), которые упираются в стеклянный брус с точно изготовленной под пробное стекло направляющей поверхностью (рис. 16).
Плавающий столик прижимается к стеклянному брусу пружиной. Точность прямолинейного перемещения столика в горизонтальной плоскости, характеризуемая средним значением вторых разностей ординат нерегулярных отклонений от прямолинейности на длине 60 мм при интервале измерений 0,5 мм, равна 0,03 мкм.
НАПРАВЛЯЮЩИЕ С ВНУТРЕННИМ (МОЛЕКУЛЯРНЫМ) ТРЕНИЕМ
Направляющие на Ш-образных плоских пружинах изображены на рис. 17. Они обеспечивают весьма точную прямолинейность направления в горизонтальной плоскости, перпендикулярной плоскости пружин. В вертикальной плоскости направление менее точное. Такого рода направляющие применяют в точных измерительных микроскопах для передвижения измерительного столика. Величина перемещения составляет 25—50 мм. Непрямолинейность перемещения в горизонтальной плоскости 0,2—0,5 мкм.
На рис. 18 показана конструкция направляющих алмазной пирамиды (индентера) в приборе для испытания на микротвердость (пружинный параллелограмм). Движение острия пирамиды здесь происходит по дуге радиуса, приблизительно равного 2/3 длины свободной части пружин. Толщина пружин 0,2 мм. Величина перемещения пирамиды равна 0,2—0,03 мм.
НАПРАВЛЯЮЩИЕ ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ (ОПОРЫ, ПОДШИПНИКИ)
Различают следующие виды направляющих для вращательного движения:
1)	направляющие с трением скольжения: с цилиндрической рабочей поверхностью; с конической рабочей поверхностью; с шаровой рабочей поверхностью; опоры на ножах (остриях);
2)	направляющие с трением качения — шариковые (роликовые) подшипники;
3)	направляющие с трением упругости.
Направляющие с трением скольжения
Направляющие такого типа наиболее просты. Недостатками являются большее трение, чем в подшипниках качения, чувствительность к температуре, требование систематической подачи смазки (при быстром и длительном вращении). Формы цапф и подшипников показаны на рис. 19 и 20, а также на рис. 22.
Рис. 20. Формы цапф и подшипников
С целью уменьшения трения и износа материалы для трущихся деталей следует подбирать с минимально возможным коэффициентом трения и обеспечить необходимую чистоту обработки.
Особенно чистую поверхность и достаточную твердость должны иметь трущиеся шейки вала. Чистота обработки втулки имеет меньшее значение и при высокой чистоте обработки вала (8—10-го класса) должна быть на 1—2 класса ниже. Небольшая шероховатость втулки позволяет лучше удерживать смазку. Трение двух сухих или полусухих полированных поверхностей значительно выше, чем трение полированной поверхности о поверхность с мелкой шероховатостью, так как в первом случае сказываются силы молекулярного сцепления.
Рекомендуемые сочетания материалов вала и втулки
Момент трения в цилиндрических опорах (при малых скоростях) определяется по формуле [107].
М = Мо 4- Pfr Гем, где г — радиус цапфы;
М о — начальный момент при нагрузке Р = 0.
Гнаиб
Рис. 21. Конические цапфы
Величина Мо постоянна и зависит от вязкости смазки, величины зазора, величины трущейся поверхности, а также от качества сборки (например, от перекоса валика во втулке).
Можно приближенно считать, что Мо = krs, где k — коэффициент, зависящий от вязкости смазки и величины зазора в Г/см2\ s — величина трущейся поверхности в см2.
Так как s = 2лг/, где Для ориентировочных k = 4—10 Г 1см2.
Недостатки цилиндрических цапф: наличие зазора в подшипнике, увеличение этого зазора при износе, невозможность его уничтожения без замены деталей. Поэтому, когда необходимо особенно точное сохранение положения геометрической оси вращения, даже после некоторого износа применяют конические цапфы.
Трение в цапфах выше, линдрических; деляется по (рис. 21, а):
при радиальной нагрузке
I — длина цапфы, то Мо = k2nr~l Г см. подсчетов можно принять при t = +20° С
конических чем в ци-оно опре-формулам
~ гнаиб Н- гнаим .
гср —--------9-------,
при осевой нагрузке М = jrcp = \,47rcpN-, ' р sin а	и
sin а
Если угол а мал, то давление W становится слишком большим. Поэтому во избежание заклинивания в этом случае конические цапфы делают разгруженными в осевом направлении, для чего их снабжают торцовой опорой (рис. 21, б) или разгружающим винтом (рис. 21, в).
Если предусмотрена одна коническая цапфа, как это делается в геодезических приборах, то она должна иметь достаточную длину, так как чем длиннее цапфа, тем она устойчивее и точнее. Конусность следует брать не менее 1 : 6. Точная посадка конической цапфы требует подгонки или притирки в сборке. Точно пригнать коническую поверхность по всей длине трудно, поэтому в средней части конуса и втулки делают выточки (освобождение).
6. Зависимость между Р и N при различных углах а
Конусность	а	sin а	N Р
1 : 5	5° 42'	0,09961	10
1 : 6	4° 46'	0,08338	12
1 : 8	3° 34'	0,06262	16
1 : 10	2° 52'	0,05007	20
Во избежание заклинивания при изменениях температуры конус и втулка должны иметь одинаковый коэффициент линейного расширения. В качестве материалов применяются бронза — латунь и сталь ХВ закаленная.
Конические цапфы применяются довольно редко, преимущественно в геодезических и астрономических приборах, а также в микроскопах (револьвер для смены объективов, предметный столик, угломерный окуляр (рис. 22 и 23). Опоры с двумя коническими цапфами (опоры на центрах, рис. 24) применяются для легких деталей с точной центрировкой. Рабочие поверхности винта следует калить до твердости HRC 55—60.
Применяемые углы конуса и размеры отверстий даны на рис. 24 и в табл. 6 и 7.
7. Размеры центровых отверстий в мм
D	d		1
До 2,5	0,5	1,2	0,8
2,5—5	0,75	2,0	1,0
5—10	1,0	2,5	1,2
10-20	1,5	4,0	1,8
Шаровые цапфы (рис. 25) применяются в тех случаях, когда требуется, кроме вращения вала вокруг оси, возможность поворота вала вокруг центра шаровой цапфы.
Подшипники скольжения в оптико-механических приборах работают, как правило, при малых скоростях и нагрузках и при несовершенной системе смазки (полусухое трение).
Для выбора материалов трущейся пары можно дать следующие рекомендации:
1) твердость втулки должна быть ниже твердости вала (цапфы), так как замена втулки в случае износа легче, чем вала, и стоимость втулки обычно ниже;
2) трущаяся пара (вал—втулка) должна иметь малый коэффициент трения.
Рис. 22. Вращающиеся столики микроскопов на конической (а) и цилиндрической (б) втулках.
Нестабильность оси вращения 0,03 мм
Рис. 23. Угломерный окуляр на конической цапфе
Рис. 24. Опоры на центрах
В качестве материала для трущейся пары при медленном движении
и полусухом трении в зависимости от допустимого момента трения и условий износа могут применяться следующие сочетания материалов: сталь незакаленная и закаленная — бронза; сталь незакаленная и закаленная— латунь; латунь — бронза; сталь закаленная — чугун; сталь незакаленная и закаленная — пластмассы (без смазки): текстолит, фторопласт, полиэтилен низкого давления, капрон; сталь незакаленная — бакаут
(посадка с повышенным зазором).
Хорошие результаты дает применение для подшипниковых втулок металлокерамических антифрикционных материалов. Благодаря своей пористости они хорошо удерживают смазку (самосмазы-вание).
Нержавеющая сталь для трущихся пар может
Рис. 25. Шаровые цапфы
применяться только при условии специальной обработки ее поверхности. Рекомендуются следующие виды обработки трущихся поверхностей деталей из нержавеющих сталей:
1) опескоструивание с последующим пассивированием в окислительных средах (в фосфатной ванне или азотной кислоте);
2) опескоструивание с пассивированием и покрытием лаком БФ-2.
Режим пестроструйной обработки должен обеспечить при исходной чистоте обработки не ниже V6 полное уничтожение следов предшествующей механической обработки и создать однородно шероховатую поверхность со средней высотой неровностей (Нср) не менее 20—25 мкм при твердости не ниже HRC 30 и 10—20 мкм при твердости выше HRC 30.
ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ ИЗ ПЛАСТМАСС
При расчете пластмассового подшипника на прочность требуется установить допустимую нагрузку на подшипник, которая не вызовет остаточных деформаций и недопустимого нагрева. Удельная нагрузка р должна быть не более 0,25—0,5об.
Для определения необходимости работы со смазкой руководствуются величиной произведения удельной нагрузки на скорость скольжения pv. При ри<-1 смазка может не применяться, при ри> 1 необходима периодическая смазка. Полиамидные подшипники хорошо работают при pv — 2,2-4-2,4. Отношение длины подшипника L к его диаметру d рекомендуется 0,5—1,0; малые значения нужно выбирать при небольших нагрузках и больших скоростях, и наоборот. При больших скоростях следует делать канавки для смазки. В оптических приборах пластмассовые подшипники обычно применяются для малых скоростей, поэтому более подробный расчет не требуется. В случае необходимости более подробного расчета следует пользоваться соответствующей литературой.
Фторопластовые подшипники, работающие без смазки
Коэффициент трения между фторопластом-4 и металлом и между двумя деталями из фторопласта зависит от нагрузки и колеблется от 0,02 до 0,1. Наибольшее трение наблюдается между деталями из фторо пласта.
При трении фторопласта о фторопласт коэффициент трения возрастает с увеличением скорости скольжения. Низкий коэффициент трения имеет место только при скоростях скольжения менее 1,1 см/сек.
Молекула политетрафторэтилена (фторопласта) отличается исключительной инертностью, чем и обусловливаются антиадгезивность и низкие коэффициенты трения, не зависящие от природы второй трущейся поверхности.
При высокоскоростном скольжении происходит необратимое изменение трущихся поверхностей фторопласта и коэффициент трения уже не снижается до начальной величины. Если поверхность трущейся металлической* детали имеет недостаточно чистую поверхность (ниже 12-го класса), то происходит износ фторопласта.
При чистоте вала по 12^му классу и выше износ подшипника практически отсутствует.
Чем выше нагрузка, тем ниже коэффициент трения. При нагрузке Р — 20ч-30 кГ/см2 коэффициент трения равен 0,1; при нагрузке 150— 300 кГ/см2 — 0,04—0,02. Зависимость коэффициента трения от нагрузки: /= 0,178 Р~°’5, где Р — нагрузка в Г/см2.
При t = 20° С максимально допустимая нагрузка Р должна быть не более 70 кГ/см2, при t = 100° С — не более 35 кГ/см2, при t — 200° С — не более 18 кГ/см2, при t = 250° С — не более 14 кГ/см2. При нагрузках менее 0,35 кГ/см2 коэффициент трения резко возрастает.
Нельзя применять подшипники из фторопласта при высоких скоростях скольжения.
Произведение нагрузки Р (кГ/см2), отнесенной к площади проекции подшипника, и окружной скорости v (м/мин) не должно превышать 22, т. е. Pv 22.
Срок службы подшипника зависит от произведения Pv. Если считать, что полный износ подшипника наступает при износе поверхности на глубину 0,125 мм, то для подпятников срок службы в 1000 ч обеспечивается при Pv = 129, а 10 000 ч — при Pv = 54. Для втулок сроки службы составляют 1000 чприРо=80и 10 000 ч при Pv — 49.
Теплопроводность фторопласта в 250—300 раз ниже, чем стали.
НАПРАВЛЯЮЩИЕ ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ С ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ (ОПОРЫ, ПОДШИПНИКИ)
Основные преимущества шарикоподшипников по сравнению с подшипниками скользящего трения для оптико-механических приборов:
1)	значительно меньший крутящий момент при трогании с места;
2)	нечувствительность к изменениям температуры;
3)	возможность сборки подшипников почти без зазоров (и даже с небольшим натягом), что важно для получения минимальных мертвых ходов;
4)	малый расход смазки и нетребовательность к ней.
Шарикоподшипники обычно работают без смазки до ремонта прибора. Другими преимуществами являются меньшие потери на трение при работе, взаимозаменяемость и легкая замена при ремонте.
К недостаткам следует отнести несколько менее плавный ход и больший шум, больший габарит и несколько большую стоимость.
В приборах наряду с стандартными шарикоподшипниками применяются специальные шарикоподшипники. Это вызвано тем, что стандартные шарикоподшипники для больших диаметров имеют очень большие габариты.
Рис. 26. Виды погрешностей шарикоподшипников
ТОЧНОСТЬ ШАРИКОПОДШИПНИКОВ
Точность шарикоподшипников определена ГОСТом 520—55. Допуски на точностные характеристики шарикоподшипников приведены в табл. 8—12. По этим классам, предусматривающим точность основных размеров и точность вращения, изготовляются следующие типы подшипников.
1.	По классам Си СА: шариковые радиальные однорядные (тип 0000); шариковые радиально-упорные (тип 36000); шариковые радиально-упорные сдвоенные (типы 236000, 336000, 436000).
2.	По классам А и АВ: все типы подшипников, указанные выше, и, кроме того, шариковые сферические (тип 1000) с внутренним диаметром до 10 мм; шариковые упорные (тип 8000); магнетные (тип 6000) с внутренним диаметром до 10 мм.
3.	По классам В, ВП и П: кроме указанных выше, магнетные (тип 6000) всех размеров; шариковые радиально-упорные двухрядные (тип 56000).
Точность вращения. Точность вращения характеризуется радиальным биением внутреннего и наружного колец, боковым биением торца внутреннего кольца и боковым биением по дорожке качения.
Зазоры в подшипниках качения. Под зазором понимается свобода перемещения одного кольца относительно другого в радиальном и осевом направлениях в подшипниках, не имеющих регулировки (радиальных, сферических).
Следует различать зазор до посадки подшипника и зазор после посадки, который всегда меньше начального зазора вследствие изменения диаметров колец из-за натяга при посадке. Существует еще понятие —
8. Условные обозначения классов точности шарикоподшипников по ГОСТу 520—55
Наименование класса	Условное обозначение класса	Класс точности изготовления колец	
		внутреннего	наружного
Основные классы			
Нормальный	н	н	н
Повышенный	п	П	п
Высокий	в	в	в
Прецизионный	А	А	А
Сверхпрецизионный	С	С	С
Промежуточные кл		а с с ы	
Особо повышенный	ВП	В	П
Особо высокий	АВ	А	В
Особо прецизионный	СА	С	А ।
9. Допуски для внутренних колец (рис. 26) в мм
Внутренний диаметр в мм		Допускаемые отклонения в мкм по классам точности									
		Н, П, ВП, В				А, АВ, С, СА					
		по внутреннему диаметру				по ширине (типы 36000, 6000, 56000)		по внутреннему диаметру		по ширине (типы 36000 и 6000)	
		dcp		^тах	^min						
св.	до	верхнее	нижнее	верхнее	нижнее	верхнее	нижнее	верхнее	нижнее	верхнее	нижнее
		30	0	—10	+3	-13	0	— 100	—2	—8	0	—60
30	50	0	—12	+3	-15	0	—120	—3	—10	0	—72
50	80	0	-15	+4	-19	0	—150	—4	—12	0	—90
Примечание. dcp — средний диаметр, который вследствие овальности и конусности может колебаться в пределах, указанных для ^тах и rfmiir
10. Допуски для наружных колец (рис. 26) в мм
Наружный диаметр в мм		Допускаемые отклонения по классам точности в мкм									
		Н. П. ВП. В, АВ								А, С, СА	
		& ср		Особо легкая серия (0)		Легкая серия (2)		Средняя серия (3)		Для всех серий	
				^гпах		£\пах	^min	^гпах	Пгп1п	^ша\	^mln
св.	До	верхнее	нижнее	верхнее	нижнее	верхнее	нижнее	верхнее	нижнее	верхнее	нижнее
		18	0	-8	+ 2	-10	+1	—9					—2	—6
18	30	0	—9	+2	— 11	+2	—11	—	—	—2	—7
30	50	0	—11	+3	—14	+3	—14	+3	—14	—2	—8
50	80	0	-13	+5	—18	+ 4	—17	+ 4	-17	-3	—10
Примечание. £>тах и Dmin для наружных колец классов точности А, С, СА равны соответственно верхнему и нижнему значениям Dcp для наружных колец классов точности Н, П, В.
11. Допуски на точность вращения внутренних колец в мм
Внутренний диаметр в мм	Отклонения в мкм по классам точности		
	Н	п	В и ВП
СВ.	ДО	I | II III IV	I II III | IV	I II | III IV
—	30	20 20 15 40	16 16 12 32	10 10 10 20
30	50	20 20 15 40	16 16 12 32	10 10 10 20
	А и АВ	С и СА	
	I II III IV	I II III IV	
—	30	7	7	5	13	4	4	3	8	
30	50	7	7	5	13	4	4	3	8	
Примечание. 1— непараллельность торцовых поверхностей; II — боковое биение торца; III — радиальное биение; IV — боковое биение по дорожке качения.
12. Допуски на точность вращения наружных колец в мм
Наружный диаметр в мм		Отклонения в мкм по классам точности									
		Н		П		В и вп		А и АВ		С и СА	
св.	до	I	п	I	п	1 1 11		I	н	I	1 »
18 30	18 30 50	15 15 20	40 40 40	12 12 16	32 32 32	7 7 10	20 20 20	5 5 7	13 13 13	3 3 4	8 8 8
Примечание. I — радиальное биение по дорожке качения кольца; II — боковое биение по дорожке качения кольца.											
рабочий зазор, т. е. зазор, образующийся во время работы подшипника, в результате которой может происходить местный разогрев подшипника. Последний случай здесь не рассматривается, так как он не характерен для оптико-механических приборов.
Зависимость осевой игры s от радиального зазора (обозначения даны на схеме табл. 13) выражается формулами:
13. Нормальные начальные радиальные зазоры в радиальных однорядных шарикоподшипниках
Внутренний диаметр d в мм		Радиальный зазор ен в мкм	
св.	до	наибольший	наименьший
3	6	5	10
6	10	9	15
10	30	8	15
30	50	8	18
для однорядного радиального шарикоподшипника (табл. 13)
s = -1- К4ен-0,044/;
для двухрядного радиального сферического шарикоподшипника
$ = У т2 + 4ен (Rc + гв — dM) — tn .
Изменение начального зазора в зависимости от посадки. Посадки шарикоподшипников определены ГОСТом 3325—55. Посадка внутреннего кольца производится по системе отверстия, а посадка наружного кольца — по системе вала.
В подшипниках качения, в отличие от общепринятой системы допусков, поле допуска на размер отверстия внутреннего кольца дано не в тело кольца, а наружу. Поэтому при назначении допуска для вала по системе отверстия по какой-либо нормальной посадке фактически получается посадка, имеющая больший натяг, чем предусмотрено.
Ввиду того, что нагрузки на подшипники в приборах, как правило, невелики, рекомендуются посадки внутреннего кольца П и С. Посадки наружного кольца рекомендуются П и С. При посадке в деталь из алюминиевого сплава рекомендуется посадка П или Н.
Увеличение диаметра беговой дорожки внутреннего кольца в среднем равно 60—65% от величины натяга при посадке. Диаметр беговой дорожки наружного кольца уменьшается на 50—60?6.
Чистота обработки и точность геометрической формы вала и отверстия для посадки шарикоподшипников 1
При прессовых посадках образовавшиеся на поверхности вала (отверстия) неровности в результате обработки срезаются и сминаются, что приводит к уменьшению расчетного натяга.
Уменьшение номинального натяга может также произойти вследствие неточности геометрической формы (овальность, конусность, огран-ность; см. табл. 14 и 15).
Допуски на биение заплечиков валов и корпусов приведены в табл. 16.
Иногда из-за требований легкой разборки нельзя применять тугие посадки шарикоподшипников, так как, если подшипник с тугой посадкой несколько раз напрессовывать и снимать, то характер посадки вследствие смятия и износа места посадки неизбежно изменится и посадка сделается более свободной.
В этих случаях, если позволяют требования точности, применяются более свободные посадки, например С или Д, и, если требуется, предусматривается дополнительное закрепление шарикоподшипников с помощью прижимного кольца.
В табл. 17 приведены параметры некоторых типов малогабаритных шарикоподшипников, а в табл/ 18 и 19 — характеристики шариков.
Влияние посадки на величину радиального зазора в подшипнике.
Деформация внутреннего кольца (по дорожке качения)
£тах —
£(d6-d2)
= Нэ—г см\ do
1 Допускаемые отклонения от соосности см. В. Д. Мягков. Допуски и посадки. М- —Л-, «Машиностроение:», 1966.
14. Чистота посадочных поверхностей валов и отверстий корпусов
Посадочная поверхность	Классы точности шарикоподшипников	Классы чистоты при номинальных диаметрах	
		до 80 мм	св. 80 до 500 мм
Вал	П и П	1	6
	В и А	7—8	7
	С	8—9	7—8
Отверстие	Н и П	6-7	7
	В, А и С	7—8	7
Торцы заплечиков валов и корпусов	—	6—7	6
15. Допускаемые отклонения от правильной геометрической формы посадочных поверхностей валов и корпусов под посадки шарикоподшипников (не более)
Отклонения по овальности		Отклонения по конусности (разность крайних диаметров)	
Классы точности шарикоподшипников			
Н, П и В	А и с	Н. П и В	А и с
Половина допуска на диаметр в любом сечении посадочной поверхности	Четверть допуска на диаметр	Половина допуска на диаметр	Четверть допуска на диаметр
деформация наружного кольца (по дорожке качения)
^»гпах
£(О2-Р02)
14	^0
= Нэ см;
в формулах dQ — диаметр беговой дорожки внутреннего кольца в см; Dq — диаметр беговой дорожки наружного кольца в см; Ртах и ^тах — наибольшее удельное давление на поверхности соприкосновения внутреннего и наружного колец при запрессовке в кГ/см2;
Е — модуль упругости в кГ/см2;
Нэ — действительный натяг в см.
16. Биение заплечиков валов и корпусов в мкм (не более)
Заплечики валов					
Диаметры валов в мм		Классы точности шарикоподшипников			
св.	ДО	Н и П	1 в '	1 А	1 с
		50	20	10	7	4
50	120	25	12	8	6
120	250	30	15	10	8
250	315	35	17	12	—
315	400	40	20	13	—
Заплечики корпусов					
Диаметры отверстий в мм		Классы точности шарикоподшипников			
св.	ДО	Н и П |	в 1	А	1 с
		80	40	20	13	8
80	120	45	22	15	9
120	150	50	25	18	10
150	180	60	30	20	12
180	250	70	35	23	14
250	315	80	40	27	16
315	400	90	45	30	—
400	500	100	50	33	—
17. Конструктивные параметры некоторых типов малогабаритных шарикоподшипников
Тип ' подшипника	Условный номер подшипника	Размеры в мм			Собственный момент трения Мо в Гем
		внутренний Диаметр	наружный диаметр	ширина (высота)	
Радиальные од-	2В1000083	3	7	2,5	—
норядные	1000083М	3	7	2,5	0,2
Радиально-упор-	—	0,85	1,8	1,1	0,05
ный чашечного ти-	—	1,1	2,5	1,3	0,06
па	—	2,5	4	2,05	0,1
18. Отклонения от сферичности и размерность шариков в партии деталей
Степень точности	Диаметр шариков в мм	Допускаемые отклонения от сферичности в мкм	Допускаемая разномерность в мкм
0	До 5	0,25	0,5
I	Св. 5 до 30	0,5	1
II	> 5 » 30	1	2
III	» 5 > 30	1,5 .	3
IV	» 5 » 30	2,5	5
19. Сортамент шариков
	Вес 1000 шт.		Вес 1000 шт.
Диаметр в мм	в кг	Диаметр в мм	в кг
Шарики	: из подшипниковой ст		а Л и
1,000	0,004	7,0	1,410
1,588	0,016	7,144	1,500
2,0	0,033	7,938	2,050
3,0	0,110	9,0	3,050
3,175	0,130	9,525	3,550
3,969	0,250	10,0	4,100
4,763	0,440	10,319	4,430
5,0	0,510	11,112	5,640
5,556	0,700	11,906	6,930
5,953	0,860	12,0	7,100
6,350	1,030		
Шарик	и из нержавеющей стали		
2,500	0,064	5,0	0,510
3,0	0,110	7,938	2,050
3,175	0,130	10	4,100
3,969	0,250		
П р и м е ч а	н и е. Допустимые отклонения шариков от номинала;		
диаметром до 7,938±0,05 мм; диаметром свыше 7,938 мм до 12,7±0,10 мм.			
Величины d0 и Do берутся с достаточной точностью из следующих соотношений:
d9^d+ D~d ; £)0 *	;
при напрессовке внутреннего кольца на вал
Ртах = А.[1-(^.)г] 2,1.10’ кГ/смг\
при запрессовке наружного кольца в стальной корпус
Лпах = -§- р-^г)2] 2,1-10° кГ/см2;
при запрессовке в корпус из алюминиевого сплава
=	ИЮ* kW.
СМАЗКА
Для смазки шарикоподшипников, работающих медленно и в течение коротких промежутков времени, применяется главным образом смазка консистентная ГОИ-54, которая работоспособна в интервале температур ±60° С. Для чувствительных шарикоподшипников рекомендуется применять менее консистентную смазку, например ЦИАТИМ-201 или масло МВП. Эти смазки не рекомендуются для полостей приборов, в который находятся оптические детали. В этих полостях рекомендуется применять смазку ЦИАТИМ-221. Для скоростных и много работающих подшипников необходимо предусматривать специальные масленки для периодической подачи смазки.
УПЛОТНЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Уплотняющие устройства служат для предохранения от проникновения в подшипник и через подшипник в прибор пыли и влаги, а также от вытекания смазки из подшипника.
Для подшипников, установленных на месте выхода валиков из корпуса прибора, работающих в режиме малой скорости вращения, при требовании обеспечения той или иной степени герметичности корпуса применяются сальники типа, показанного на рис. 4, гл. XV.
Эти сальники вызывают увеличение момента трения на валу в зависимости от их затяга. При больших числа оборотов эти сальники не годятся из-за быстрого износа фетрового кольца. В этих случаях можно применять уплотнения мембранного типа или лабиринтно-мембранные уплотнения (рис. 5, гл. XV). Последний тип довольно сложен в сборке. Для подшипников, установленных внутри прибора, если они находятся в общих полостях с оптическими деталями, следует применять простейшие лабиринтные устройства или сальники для предохранения от попадания смазки в оптическую систему.
КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ СПЕЦИАЛЬНЫХ ПОДШИПНИКОВ
При малых числах оборотов и небольшой нагрузке применяются подшипники, показанные на рис. 27 и 28. При малых диаметрах подшипника для уменьшения трения рекомендуется, чтобы прямая OOlt проведенная через точки касания шарика и S2, и образующая конуса пересекались в одной точке на оси вращения (рис. 27). Тогда
„ Я . о sin а	п
tg 1==~# + г * sinP = —; а = ах — р.
Рис. 27. Схема специального радиально-упорного шарикоподшипника
насыпных шарикоподшипников.
Нестабильность оси вращения вала 0,01—0,02 мм
Для повышения точности вращения (уменьшения биения) следует вращающееся кольцо делать цилиндрическим.
Замкнутый однорядный радиально-упорный шарикоподшипник (рис. 29) является наиболее компактным.
Трение в данном подшипнике несколько выше, чем в подшипниках, приведенных на рис. 27 и 28. Такого рода шарикоподшипники применяют с сепараторами и без них (насыпные подшипники).
На рис. 30 изображен столик поляризационного микроскопа на однорядном насыпном подшипнике. При большом диаметре такого подшипника, малой скорости вращения и небольшой нагрузке такие подшипники можно изготовлять с незакаленными нагартованными беговыми дорожками.
При больших диаметрах и медленном вращении применяются подшипники (рис. 31 и 32) с проволочными кольцами или лентами (обозначены цифрой /). Эти подшипники значительно дешевле. Стабильность оси вращения и плавность хода незначительно уступают сплошным подшипникам.
Число шариков (рис. 33) определяется из уравнения
где г — число шариков;
t — расстояние по хорде dt — диаметр окружности
между центрами шариков; шариков.
однорядных замкнутых шарикоподшипников
Рис. 30. Столик поляризационного микроскопа на однорядном насыпном шарикоподшипнике.
Нестабильность оси вращения 0,003 мм
подшипника на проволочных кольцах Нестабильность оси вращения 0,005—0,01 мм
шипника на стальных лентах
Рис. 33. Схема к расчету шарикоподшипников
Для насыпных подшипников t & 1,0Ы, при сепараторе t > 1,2J. Момент трения радиального насыпного двухрядного подшипника
_ 10Q cos3/2 nyk ~~ z sin р ’
где Q—общая нагрузка, равная Р;
и — число центральных углов у.
Для упорного подшипника М. = Qk.
В радиально-упорном подшипнике (рис. 27) или однорядном (рис. 29) сила трения скольжения (верчения) относительно высока и ею пренебрегать ни в коем случае нельзя. Расчет аналогичен расчету сил трения в призматических направляющих.
НАПРАВЛЯЮЩИЕ (ШАРНИРЫ) С ВНУТРЕННИМ ТРЕНИЕМ
Направляющие с внутренним трением для вращательного движения, часто называемое упругими шарнирами, имеют следующие преимущества: малое трение, отсутствие зазоров и необходимости в смазке, долговечность и надежность работы. К недостаткам относятся противодействующее изменяющееся усилие и ограниченная величина угла поворота подвижного звена.
*В приборах наиболее широкое распространение получили ленточные, крестообразные и уголковые пружинные шарниры.
Ленточный шарнир показан на рис. 34. Пружинная лента 2 жестко закреплена в рычаге / и
неподвижном основании 3. Для устранения поворота рычага 3 вокруг оси г—z увеличивают ширину ленты 2 или применяют гибкие элементы
Рис. 35. Качающийся столик на ленточном шарнире
уменьшенной ширины 6, установленные на расстоянии а друг от друга. В обоих случаях оставляют минимальную свободную длину гибких элементов. Полагают, что при малых углах поворота ось вращения шарнира приближенно располагается в точке пересечения касательных, проведенных к начальной и конечной точкам пружинной ленты, т. е. находится в точке О. Положение оси хх сильно зависит от приложенной к рычагу нагрузки.
На рис. 35 дан конструктивный пример использования ленточного шарнира в автоколлимационном контрольном приспособлении. Наклон столика 3 осуществляется на угол ±20' с точностью ±2' при помощи рычага 4 и винта 5. Каждая из пружинных лент 2 помещена между двумя стальными пластинками / и прикреплена к ним посредством точечной сварки. При малых перемещениях расчет ленточных шарниров производят по приближенным формулам, приведенным в табл. 20.
Прододжение табл. 20
Схема нагружения пружинной ленты
Основные соотношения
- _ М_ / ch у — 1 ' ~~ W \ ch у
th у V"
ф = —- — / NJE
ch у — 1 \ ch у /
Ml (ch у — 1) + Pl2 ( ch у----------
n _________________________\__________Y_
ch у + Pl (ch у — 1)
/TV	bh3
J = -yy — момент инерции прямоугольного сечения ленточного шарнира; b и h. — ширина и толщина пружинной ленты; Е — модуль упругости.
Крестообразный пружинный шарнир
Крестообразный пружинный шарнир состоит из двух пар одинаковых перекрещивающихся под углом 90° стальных пластинок, прикрепленных концами к двум деталям (рис. 36). Рамка 2 может поворачиваться без люфта вокруг оси ОГО2, проходящей через линию пересечения пружин 1. Такие шарниры имеют ряд преимуществ по сравнению с подшипниками.
Рис. 36. Крестообразный пружинный шарнир
Основное преимущество пружинных шарниров состоит в том, что в них имеется только трение упругости, поэтому не требуется смазки. Кроме того, поскольку эти шарниры имеют незначительный гистерезисный эффект, они очень долговечны и не подвержены износу, который бы вызывал увеличение зазора (мертвый ход). Нагрузки таких шарниров обычно не бывают настолько велики, чтобы вызвать ошибку вследствие смещения пластин.
Пружины 1 выполняются равной длины и толщины. Применяются конструкции с двумя, тремя и четырьмя пружинными лентами, суммарная ширина которых на каждой стороне шарнира одинакова.
Пересечение плоскостей, проведенных через плоскости пружин /, определяет геометрическую ось ненагруженного шарнира сме
щающуюся при повороте подвижного звена.
В ЛИТМО проведены исследования перекрестных шарниров и разработана методика их расчета для поворотов на углы до 15—20°. При этом
Рис. 37. Схема к расчету крестообразного
шарнира
было принято:
1) внешние силы и моменты, действующие на подвижное звено, приложены в одной плоскости, которая проходит через середину шарнира и перпендикулярна к геометрической оси;
2) все внешние усилия, включая и вес подвижного звена, приводятся к геометрической оси — к главному вектору F и главному моменту М, и их величина не превышает
F/2
JE
Ml
JE
где /, h и b — длина, толщина и суммарная ширина пружинных лент с одной стороны шарнира;
r Ь№
J =	—- момент инерции для прямоугольного сечения ленты;
Е — модуль упругости.
Угол поворота шарнира <р и смещения геометрической оси Дх и Дг/ (рис. 37) в зависимости от нагрузки М и F определяют по следующим формулам:
_ 1 Ml К 2 sin Р Ml FP 1 / Ml у
ф _ 2 JE +	24	' JE ' JE 48 \ JE )
K2cosP / Ml FP l+20sin2P Ml / FP V.
192	\ JE ‘ JE +	2880	' JE \ JE ) ’
Дх _ /2 / М/ у cos P / Ml у FP . / ~ 192 V JE ) 2880 \ JE ) JE ’
Ду _ /2 / Ml у 7 sin P / Ml у FP I ~ 48 \ JE ) +	960 \ JE ) JE ’
Экспериментальное исследование показало хорошее соответствие приведенных формул опытным данным. На рис. 37 даны кривые смещения
Рис. 38. Кривые смещения первоначальной оси вращения 0.02 (рис. 36) в зависимости от длины пружины и угла поворота
/I А А-А
17 Заказ ГЮ2
геометрической оси для случая нагружения шарнира моментом М, так как сила F оказывает значительно меньшее влияние на Дх и Аг/, чем главный момент.
Для стабильной работы шарнира необходимым является жесткое закрепление и равенство свободных длин пружин.
Крестообразные шарниры следует применять только для поворотов на углы до 10°; при больших углах поворота ось вращения значительно смещается (рис. 38).
Уголковый шарнир представляет собой тонкостенный стержень углового сечения, скручиваемый относительно ребра. На рис. 39 показана схема уголкового шарнира с двумя закрепленными концами и рычагом 2, установленным посредине стержня /, а на рис. 40 — схема уголкового шарнира с одним закрепленным концом. Уголковые шарниры обеспечивают стабильность оси вращения в пределах 10л«кл« для поворота на углы до 5—6°. За ось вращения принимается линия, проходящая через центры кручения отдельных плоских поперечных сечений стержня (примерно через точки пересечения осевых линий полок стержня).
Зависимость между крутящим моментом М (рис. 39) и углом поворота рычага ср определяется по формуле1
G/t3L0<P . hE
X {[(1,4/- — k)2 — 2br+ 1,466 4-62]2’5 — (k — г)6},
где k =	(0,476s — 0,02г3 — 0,1562г);
j X
G, Е — модули упругости при кручении и растяжении;
Jх — момент инерции поперечного сечения относительно оси.
Уголковые шарниры имеют преимущества по сравнению с крестообразными шарнирами — они проще в изготовлении, обладают высокой стабильностью и надежностью.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТОВ ТРЕНИЯ В ОПОРАХ СКОЛЬЖЕНИЯ И КАЧЕНИЯ
Момент трения в опорах определяется по обобщенной формуле
где Q — приведенная нагрузка на опору в кГ;
р — приведенный коэффициент трения;
гт — приведенный радиус трения в см.
Для радиально-упорных опор качения приведенная нагрузка (рис. 41)
q = 2^_ + _A_
cos р ' sin Р ’
1 Для консольного шарнира вместо I должно быть — .
где р — угол давления на элементы качения; Н — суммарная осевая нагрузка:
H = T + (Sa-Sb)
(R и Т —осевая и радиальная реакция опоры; 8д = Ra tg рд — осевая составляющая на опоре А при действии на нее радиальной реакции 7?д;
8в == Rb tg Рв —осевая составляющая, возникающая на опоре В при действии на нее радиальной реакции Rb‘, Рд и Рв — углы линии давления на элементы качения опор А и В относительно оси вращения).
Перед равнодействующей (8д—Sb) осевых составляющих опор берется знак плюс, если ее направление совпадает с направлением силы Т, и минус, — если ее направление противоположно.
Рис. 41. Схема роликового подшипника
В приведенных выше формулах Н всегда берется со знаком плюс (модуль). Дополнительная осевая нагрузка Н действует только на одну из двух радиально-упорных опор.
Формулы для опор скольжения справедливы при следующих условиях: охватываемое звено является жестким (отсутствует деформация изгиба); материал втулки изотропен, т. е. подчиняется закону Гука; в результате деформации опор не происходит перекос оси вала; предварительный натяг отсутствует.
Расчетные формулы приведены в табл. 21.
Выбор величины коэффициента трения при расчете
Большие значения коэффициентов трения скольжения берутся для тихоходных открытых механизмов, меньшие — для быстроходных закрытых механизмов при условии хорошей смазки (см. табл. 3).
Коэффициенты трения качения k приведены ниже:
Тип опоры качения	k в см
Шариковый	подшипник.................... 0,005
Роликовый	»	................. 0,07
Игольчатый	»	  0,010
21. Формулы для определения приведенных коэффициентов трения и радиуса трения
Тип опоры	Эскиз				ц	гт
Цилиндрическая		Р а д и а У//Ш. ’Ш77//, ж i	л ь н ые от ; ——к*		юры с к о л ь же 1 Н = f	1 и я rm = 0,637<7
Коническая		 $ , _ 1,'			Н = f	0,422 d2 + ddx + d{ Гт cos a	d + di
Шаровая			G-	i	P = f	, 3 sin a — sin"2 a rm = d			.— Л
Направляющие для прямолинейного и вращательного движений
I
Шарикоподшипник		р		ад и а sts	Л £ •^Г	н ые	опоры качены z •8k d0	я г т — 0.5t/0
Роликоподшипник	ч							
					n	[	z-8k d0	гт ~ 0,5d0
Игольчатый подшипник				 asssa jg	к			
Определение моментов трения в опорах скольжения и качения
Тип опоры
Эскиз
Продолжение табл. 21
Осевые опоры скольжения
Направляющие для прямолинейного и вращательного движений
S. о II	в о « со 1 § 1 1 (N r-t о о СО со .£ 8 сл о |сч II £
II	7
-^5	
Шаровая	В виде шарового пояса
Продолжение табл. 21
Тип опоры	Эскиз							ц	rm
Упорный шарикоподшипник			£	0 с zl	* в	ы * £	е о п с	>ры качения 2fe d0	rm = 0.5d
			—	—					
			1	&0 _					
									
Упорный роликоподшипник			. d _					2k d9 И ~ d ' dK	Гт == 0,5d
									
									
									
				do	~					
Радиальный шарикоподшипник при действии радиальной и осевой реакций опор
гт — О
Направляющие для прямолинейного и вращательного движений
Примечания: 1. Угол в радиальном шарикоподшипнике при осевой нагрузке можно приближенно опре-.10с делить по формуле р = arc sin ——, где с — осевая игра. ак
2.	При конических роликах dK — средний диаметр ролика.
3.	Вес размеры при расчетах следует принимать в см.
4.	Цилиндрическая опора скольжения с буртиком и шаровая могут воспринимать комбинированную нагрузку — радиальную и осевую. В этом случае нужно определять отдельно моменты трения от радиальной и осевой реакций и складывать их. Момент трения для осевой реакции определяется так же, как для кольцевой опоры.
Определение моментов трения в опорах скольжения и качения
ЧИСТОТА ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ПРИБОРОВ
В табл. 22 приведены рекомендуемые классы чистоты обработки деталей оптико-механических приборов; ею следует р’; ководствоваться при конструировании направляющих.
22. Рекомендуемые классы чистоты для деталей приборов
Класс чистоты	Типичные поверхности деталей приборов
V3	Грубо обработанные поверхности, полученные после черновых операций (под сварку) Для окончательно обработанных поверхностей деталей приборов не применяется
V4	Свободные поверхности деталей точного литья, стоек, корпусов, кронштейнов и т. п. Отверстия из-под сверла для прохода винтов и т. п. Ориентировочная точность — 5—7-й классы
V5	Свободные поверхности валиков, не расположенных в полостях с оптическими деталями, а также рукояток; поверхности корпусов, кронштейнов, втулок, поводков, колец, крышек и других деталей, прилегающие к другим поверхностям, но не служащие для точной посадки. Посадочные поверхности большого размера. Наружные, несоприкасающиеся поверхности стальных шестерен и т. п. Точность не свыше 3—4-го классов
V6 i 1	Посадочные поверхности деталей 2 и 3-го классов точности. Поверхности деталей под окраску. Наружные свободные поверхности деталей, к внешнему виду которых предъявляются строгие требования. Эвольвентные поверхности профиля зуба конических и цилиндрических стальных шестерен. Сопряженные плоскости неподвижных соединений (торцовые плоскости столиков микроскопов, опорные плоскости реек, направляющих типа «ласточкин хвост», посадочные поверхности шестерен 5—6-й степени точности. Отверстия под запрессовку шарикоподшипников Точность — 2—3-й классы
П родолжение табл. 22
Класс чистоты	Типичные поверхности деталей приборов
V7	Посадочные поверхности шестерен 7-й степени точности, рабочие поверхности валиков 2-го класса точности и втулок. Внешние и внутренние поверхности корпусов объективов и окуляров, прокладных колец для оптики Поверхности, сопряженные с оптическими деталями. Отверстия подшипников скольжения и отверстия под запрессовку колец шарикоподшипников. Оси трибок и червяков точных передач. Эвольвентные поверхности зубьев точных шестерен малого модуля из стали и цветных сплавов. Рабочие плоскости направляющих типа «ласточкин хвост» под притирку Точность не свыше 2-го класса
V8	Посадочные поверхности осей и отверстий 2-го класса точности, от которых требуется длительное сохранение заданной посадки. Оси точных червяков, шестерен и трибок, рабочие поверхности микрометрических винтов. Посадочные отверстия внутренних колец и посадочные наружные поверхности внешних колец шарикоподшипников. Отверстия под запрессовку точных шарикоподшипников небольшого диаметра. Рабочие плоскости призматических направляющих и направляющих типа «ласточкин хвост». Внешние поверхности под блестящие гальванические покрытия, например шаровая поверхность револьвера микроскопов, поверхности корпусов микрообъективов. Поверхности шкал и лимбов. Беговые дорожки насыпных шарикоподшипников невысокой точности
V9 и V10	Беговые дорожки шарикоподшипников повышенной точности. Шарики и ролики подшипников качения, поверхности трения фрикционов
V12, V13 и V14	Рабочие поверхности деталей в подвижных соединениях точных измерительных приборов
Литература: [3, 35, 49, 82, 94, 107].
ГЛАВА XI
ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ1
ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ ТОЧНОГО ДВИЖЕНИЯ
Винтовой механизм движения предназначен для преобразования вращательного движения (винта или гайки) в поступательное перемещение
где I — перемещение винта (гайки);
t — ход нарезки;
ср — угол поворота винта (гайки).
Винтовые механизмы точного движения имеют большое применение в точных приборах благодаря большому соотношению поворота винта (гайки) к поступательному перемещению и возможности получения достаточно высокой точности при сравнительно простой конструкции.
Возможны четыре вида кинематических схем винтовых механизмов движения:
1.	Гайка неподвижна — винт вращается и движется поступательно. Этот вид винтового механизма дает наибольшую точность. Однако габариты механизма при данной схеме получаются наибольшими (равны сумме длины гайки и двойной длины хода винта), поэтому такая схема, как правило, применяется при малых длинах хода (до 25—50 мм). Примеры: измерительные микрометры, винтовой окулярный микрометр и т. п. (рис. 1).
2.	Винт вращается — гайка имеет поступательное движение (рис. 2). Габарит этого механизма почти вдвое меньше (равен длине хода плюс длина гайки). Точность этого вида ниже, конструкция сложнее.
3.	Гайка вращается — винт движется поступательно.
4.	Гайка совершает оба движения — винт неподвижен.
Последние два вида применяются очень редко, так как конструкция их сложнее, а точность такого же порядка, как и у второй схемы.
Для точных винтовых пар применяются два вида стандартных резьб: метрическая остроугольная (угол профиля 60°) по ГОСТу 9150—59 и трапецеидальная (угол профиля 30°) по ГОСТу 9484—60. Выбор резьбы определяется требованиями точности, к. п. д. и технологическими соображениями.
1 В данной главе частично использованы материалы исследований точных винтовых механизмов, проводившихся В. В. Кулагиным и И. М. Долинским.
Для винтов, служащих для движения каких-либо частей со значительными нагрузками, рекомендуется применять трапецеидальную резьбу, так как трение в резьбе уменьшается с уменьшением угла профиля резьбы.
Рис. 1. Отсчетные винтовые механизмы с полиэтиленовыми гайками
Наименьшим трением обладает прямоугольная резьба, однако она трудна в изготовлении и осевой люфт в паре труднее устранить.
Рис. 2. Винтовой механизм с перемещающейся разрезной гайкой
Для винтов, работающих с небольшой нагрузкой, когда работа винта незначительна и Трение не играет роли, а также при требованиях малого шага применяется метрическая треугольная резьба с углом профиля 60°.
РАСЧЕТ ВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ
К. п. д. ходового винта определяется по формуле
л - tg ф  tg (Ф+Р) ’
здесь <р — угол подъема винтовой линии, а — угол профиля резьбы.
Для метрической и трапецеидальной резьб разница в осевой ошибке составляет 13% от Д q. Однако трапецеидальную резьбу можно применять только с шагом, превышающим 1 мм, так как при меньшем шаге ее технологически очень трудно изготовлять и нельзя шлифовать.
Трудность изготовления точных метрических резьб, наоборот, растет с увеличением шага. Поэтому при мелких шагах до 1 мм включительно применяют только метрические резьбы, при больших шагах — преимущественно трапецеидальные.
Лучшее направление винту (гайке) дает метрическая резьба. Поперечное смещение выражается формулой
Ду = —— kq. sin а
Практически желательно, чтобы шаг резьбы был не менее 1 мм, в крайнем случае 0,5 мм, так как изготовление более мелких резьб представляет затруднения.
Диаметр резьбы выбирают, исходя из соображений достаточной жесткости винта при его нарезании и работе.
Можно рекомендовать следующее соотношение длины винта к среднему диаметру: L^15—20dcp.
Винтовые механизмы имеют две группы первичных ошибок: погрешности резьбы и погрешности направления движения винта (гайки).
Из погрешностей резьбы для винтовых механизмов движения важны: погрешности шага; погрешности угла профиля; погрешности среднего диаметра. Главной из них является погрешность шага.
Погрешности шага резьбы бывают двух видов: периодические, повторяющиеся на каждом обороте винта, и накопленные (прогрессивные), появляющиеся на некоторой длине хода винта. Накопленная ошибка всегда больше, чем периодическая.
Ошибки угла профиля резьбы винта и гайки обычно не оказывают влияния на ошибку перемещения винта (гайки), так как они постоянны по величине на длине резьбы и влияют только на износ резьбы и плавность хода.
Погрешность среднего диаметра влияет на мертвый ход и износ резьбы.
В табл. 1 приведены допуски на трапецеидальную резьбу.
1. Допуски на элементы трапецеидальной резьбы ходовых винтов по данным станкостроительной промышленности
Класс точности	Допустимые отклонения шага в мкм						Допустимые отклонения угла профиля при шаге в мм	
	в пределах одного оборота	наибольшая накопленная погрешность на длине в мм						
		25	100	300	св. 300 до 600	св. 600	3-5	6 — 10
0	±2	2	3	5	6	8	12'	10'
1	±3	5	6	9	12	20	15'	12'
2	±6	9	12	18	23	40	20'	18'
3	±12	18	25	35	45	80	30'	25'
4	±25	35	50	70	90	150	—	—
Мтр
n2
Рис. 3. Схема изгибающих сил в винтовой паре
плавающей гайкой, если направ-
Раньше считали, что на точность механизма влияют только погрешности резьбы винта. Как показали труды некоторых исследователей, ошибки гайки также оказывают влияние на точность механизма.
Кроме перечисленных погрешностей резьбы и направления движения, периодическую ошибку может вызвать неперпендикулярность (биение) опорного торца винта и втулки подшипника в механизме второго вида (стр. 524).
В механизме первого вида такая погрешность устраняется тем, что упорный конец винта делается сферическим и центр сферы располагается на оси вращения винта. Для этой цели технологически целесообразно сделать торцовую выточку, в которую завальцовывают нормальный шарик.
На точность винтового механизма неблагоприятно влияет трение между винтом и гайкой. Особенно невыгодно сказывается трение при длинных винтах небольших диаметров (происходит скручивание винта) и в конструкциях с
ляющая деталь, служащая для удержания гайки от поворота (например, шпонка), расположена очень близко от оси винта (величина I мала).
В этом случае сила давления Nlt равная —где Мтр—момент трения в винтовой паре, будет большой и вызовет увеличение трения в механизме и изгибающую винт силу реакции N2 (рис. 3), которая будет вызывать прогиб винта, упругий мертвый ход и неплавность работы механизма.
КОНСТРУКЦИИ ОТСЧЕТНЫХ ВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ
Область применения отсчетных винтовых механизмов — измерительные устройства приборов (микрометры, измерительные микроскопы, делительные машины и т. п.). К отсчетным винтам предъявляются высокие требования в отношении сопротивляемости износу, поэтому большое значение имеют правильный выбор материалов и их обработка.
Винтовой механизм должен обеспечивать неизменное число витков, находящихся в контакте с гайкой, на всей длине рабочего хода.
Точность изготовления
Точные резьбошлифовальные станки дают возможность изготовлять винты с точностью (ошибка по шагу) 0,002 мм на длине 25 мм, менее точные станки — винты с точностью 0,01 мм на длине 300 мм.
Нельзя использовать винт в качестве основной направляющей для гайки в тех случаях, когда точка приложения силы к гайке значительно смещена от оси винта во избежание заклинивания. Особенно это опасно при трапецеидальной резьбе.
Разрезные гайки несколько ухудшают точность работы винтовой пары и, кроме того, повышают скорость износа. Поэтому для компенсации мертвого хода более целесообразно применять пружины. Иногда применяют одновременно разрезные гайки и пружины.
Приведенный угол трения
₽ = arctg--L-,
cos -у-где f — коэффициент трения скольжения. Самоторможение винта наступает, когда угол подъема равен углу трения, т. е.
tg ф = tg Р-
Расчёт винта на растяжение и сжатие производится по формулам
nd2
Q < -у- Пр или Q осж,
где Q — сила, действующая вдоль оси винта в кГ;
ор — допускаемое напряжение на растяжение в кГ/мм2\
(5СЖ — Допускаемое напряжение на сжатие в кГ/мм2\ — внутренний диаметр резьбы винта в мм.
d^ 1/3% или d^ %%%-,
V л [о]р	V л [сфж ’
где Qn — фиктивная нагрузка, приближенно равная 1,3Q—1,4Q. Допустимая длина винта (при работе на сжатие)
г  	~\f EJ т\п
2 V 5Q ’
где Е — модуль упругости;
nd* ^min =—--------минимальный полярный момент.
Угол подъема винтовой линии ф определяется по формуле sn' tg(p=^p
где /г' — число заходов.
Длина гайки b = ns, где s — шаг резьбы в мм\ п — число витков гайки.
п =________2,
где q= 75—125 кГ/см2 (для бронзы);
d0 — номинальный диаметр резьбы.
Для обеспечения нужной прочности и износоустойчивости резьбы гайки ее длину следует принимать не менее dQ.
Усилия и моменты определяются следующим образом.
Момент вращение винта при нагрузке на гайку Q более 3000 Г вдоль оси винта (без уЦета силы трения в опорах) определяется по формуле
М = Qr tg (ср + 0);
при нагрузке менее 3000 Г
M = J-Qrtg(<p + ₽)|
при этом поправочный коэффициент е равен
= #+150 в ~ N + 240 ’
В этих формулах
N — сила, нормальная к винтовой поверхности, в Гj
г — средний радиус винта;
0 — приведенный угол трения.
Момент вращения винта, нагруженного силой Q, действующей перпендикулярно оси винта (без учета сил трения в опорах) для гайки, двигающейся только по винту,
а 2sin"2"
Момент вращения винта, нагруженного силой О, действующей на плече а на гайку, при величине силы более 3000 Г (без учета трения в опорах)
л da а 6sin-r
M-Qr tg((p + P) + f
при усилиях менее 3000 Г
M = Qr Ftg(<p + ₽)-|- + f
л da , • а 6sinT
где b — длина гайки в мм.
ТОЧНОСТЬ ВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ
К точности винтовой пары может предъявляться одно из следующих требований: высокая точность осевого перемещения или высокая точность осевого перемещения и, кроме того, точное направление винта (гайки).
Исходя из первого требования, выгоднее применять трапецеидальную резьбу, так как благодаря меньшему углу профиля такой резьбы местные погрешности ее, а также’зазор в резьбе, вызывают меньшие ошибки.
Осевые ошибки выражаются формулой
Ах = —!— А (7, cos а
где \q— погрешности профиля резьбы или зазор, измеренные по нормали к профилю.
Конструкции точных винтовых механизмов должны отвечать следующим требованиям:
1) должна быть предусмотрена возможность уменьшения осевого
и радиального зазоров в паре с целью уменьшения мертвого хода;
2) должна быть предусмотрена возможность максимального умень-
шения ошибок от биения опорных торцов винта (гайки).
Кроме того, целесообразно иметь возможность уменьшения зазора в резьбе в процессе эксплуатации.
Ошибки (периодические и прогрессивные) винта могут быть в каждом
отдельном случае исправлены, если позволяют габариты и конструкция,
специальными коррекционными устройствами. Для осуществления такого исправления пара винтов проверяется и составляется диаграмма ошибок винта (рис. 4).
Для компенсации выявленных ошибок требуется, поворачивая винт на расчетные углы, дополнительно повернуть гайку на такой угол, чтобы ее дополнительное перемещение вдоль винта исправляло ошибки винта. Для осуществления указанного по
Рис. 5. Схема коррекционного устройства
Рис. 4. График ошибок винта
ворота гайка / такого устройства (рис. 5) снабжается хвостовиком 2, который перемещается по криволинейному торцу планки 3.
Коррекционная кривая строится в соответствии с диаграммой ошибок винта (пары). Расчет кривой производится следующим образом: в зависимости от требуемой (и возможной) точности и конструктивных соображений выбирается масштаб. Далее кривая рассчитывается по формуле
У = R tg
где фх — угол поворота гайки для компенсации ошибки винта.
На рис. 4 по оси абсцисс отложены перемещения гайки, а по оси ординат — линейные перемещения хвостовика в плоскости коррекционной кривой.
Данное устройство может служить и для решения обратной задачи: сообщить гайке неравномерное перемещение по заданному закону при равномерном вращении винта. Прижим хвостовика к криволинейному торцу планки 3 производится либо с помощью пружины, либо паз делается закрытым.
По этому же принципу строится коррекционное устройство для компенсации температурных влияний. В этом случае коррекционная кривая устанавливается под углом р, тангенс которого пропорционален
разности коэффициентов линейного расширения материала винта и детали, относительно которой движется ходовая гайка.
Если необходимо компенсировать только температурное влияние, то компенсационная кривая превращается с достаточным приближением в прямую, устанавливаемую под углом 0 к направлению движения ходовой гайки (рис. 3).
Угол р в обоих случаях определяется по формуле
tg Р —	~ 2л
где R — плечо гайки;
I — ход винтового механизма;
а — разность коэффициентов линейного расширения ходового винта и детали, относительно которой движется ходовая гайка;
t — фактическая температура;
tQ — нормальная температура, на работу при которой рассчитан прибор (обычно +20° С);
s — шаг винта.
Для того чтобы получить наименьшую величину мертвого хода, используют различные конструктивные решения, которые сводятся либо к уменьшению зазора в резьбе, либо к применению пружин, обеспечивающих постоянный прижим гайки к одной стороне витков резьбы винта.
Наиболее широко применяются различные конструкции разрезной стягиваемой или пружинящей гайки.
В отсчетном винтовом механизме винтового окулярного микрометра МОВ-1-15х (см. рис. 7, гл. XIV) винт вращается и движется поступательно в разрезной конической гайке. На рис. 2 показана разновидность такой конструкции. Здесь гайка, будучи навинчена на коническую резьбу разрезной гайки, стягивает последнюю.
Сжатие разрезной гайки с Целью компенсации зазора в резьбе неизбежно искажает характер сопряжения, которое происходит не по всей резьбе, а на отдельных ее участках. Худшей в этом отношении является конструкция, показанная на рис. 2.
Применение притирки после поджатия гайки улучшает сопряжение, но исключает взаимозаменяемость и повышает трудоемкость изготовления. Несмотря на эти недостатки, приведенные конструкции весьма распространены и обеспечивают точность отсчета передвижения винта около 0,001—0,005 мм.
Чувствительность такого рода механизмов с течением времени несколько ухудшается вследствие загустения и загрязнения смазки.
Износ резьбовой пары не всегда может быть компенсирован подтягиванием гайки без новой притирки, так как износ винта может быть неравномерным на рабочей длине.
Указанных недостатков лишены конструкции аналогичных механизмов с полиэтиленовыми неразрезными гайками, разработанные И. М. Долинским, Г. А. Матвеевой и Л. Ф. Ямшановым. Полиэтилен обладает хорошей упругостью, очень малым коэффициентом трения и легко обрабатывается резанием. Винтовая пара с полиэтиленовой гайкой не требует смазки. Материалом для гайки должен быть только полиэтилен низкого давления марки Я, спрессованный в виде блоков.
Гайки рекомендуется точить резцами, режущая кромка которых имеет закругление ~0,5 мм. Длина гайки должна быть такая же, как и у металлической гайки (не менее 1—1,5 диаметра винта); толщина
стенки — не менее 2 мм. Нарезание резьбы метчиком обязательно делать «на проход»; для этого диаметр хвостовика у метчика должен быть меньше внутреннего диаметра резьбы. Для создания легкости хода необходимо сделать несколько проходов резьбы метчиком.
Гайка может быть выполнена и в виде конуса, но без разрезки; в этом случае обжатие гайки достигается за счет упругости полиэтилена.
Винтовой механизм окулярного микрометра МОВ-1 -15х (рис. 1; а) показал погрешность не более 2—4 мкм. Погрешность винтового механизма с шагом винта 0,5 мм, диаметром 6 мм и длиной перемещения 12 мм при грузоподъемности 700 Г (рис. 1, б) не превышала 1 мкм при почти полном отсутствии мертвого хода. Крутящий момент был 1 кГсм. Испытанный механизм после 10 000 полных ходов винта без смазки не подвергся износу.
На рис. 6—8 показаны другие конструкции с устройством для компенсации (уменьшения) зазора в резьбе.
В конструкции, изображенной на рис. 6, сжатие гайки достигается с помощью стягивающего винта (винтов) 1. Эту конструкцию рекомендуется применять только для метрической резьбы.
Гайка, показанная на рис. 7, состоит из двух половин А и Б, свинченных между собой, причем шаг нарезки отличается от шага резьбы винта s2. Вращением одной половины гайки относительно другой достигается уменьшение зазора между винтом и гайкой.
В конструкции гайки, приведенной на рис. 8, обе половины гайки прижимаются к винту пружинами. Такая конструкция дает также возможность быстро отключать гайку от винта. Данная конструкция пригодна только для метрической резьбы.
Дифференциальный винт (рис. 9) имеет две нарезки с незначительно отличающимся шагом (sr =£ s2). Перемещение гайки А за один оборот винта равно разности шагов резьбы. Предел перемещения гайки А равен
Z	ч
(si — $2) — , $2
где L — величина перемещения винта В.
Дифференциальный винт применяется в тех случаях, когда гайке необходимо сообщить очень малые перемещения. Следует, однако, иметь в виду, что ошибка дифференциального винта вдвое больше, чем у обычного винта. На рис. 10 дана конструкция отсчетного винтового механизма перемещения прицельного перекрестия оптического прицела для охотничьих ружей. Требуемая точность шага винта 0,01 мм.
Винтовой механизм, показанный на рис. 11, является отсчетносиловым механизмом. Нагрузка направлена вдоль оси и смещена с нее на величину а. Обычные винтовые механизмы работают в таких условиях неудовлетворительно, вплоть до отказа из-за заклинивания резьбы.
Для разгрузки винта предусмотрена установка вилки, двигающейся по направляющим на шарикоподшипниках и воспринимающей нагрузку плавающей гайки. Шарикоподшипники установлены на эксцентриковых осях, служащих для регулировки. Торцовые поверхности гайки выполнены сферическими, что допускает некоторый перекос оси винта относительно направляющих и предохраняет винт от заклинивания. Механизм приводится в действие электродвигателем следящей системы и снабжен концевыми выключателями для ограничения хода. Приведенная конструкция обеспечивает легкий ход винта при значительном смещении точки приложения нагрузки.
Рис. 6. Гайка, стягиваемая винтом
Рис. 8. Гайка с пружинным замком
Рис. 10. Винтовой механизм
Рис. 7. Гайка из двух половин, соединенных резьбой
оптического прицела охотничьих ружей
Рис. И. Отсчетно-силовой винтовой механизм
Конструкции отсчетных винтовых механизмов
Материалы для винтовых пар
При малых нагрузках (500—1000 Г), при которых обычно работают отсчетные винтовые пары, износ их незначителен. При таких нагрузках рекомендуется винт изготовлять из стали У8А без термообработки, а гайку—из латуни, оловянистой бронзы или полиэтилена. В случае больших нагрузок и применении металлических гаек винт целесообразно изготовлять из стали У8А или У10А с последующей закалкой до твердости HRC 50—55 и шлифованием.
Чистота обработки незакаленного винта V7—V8, чистота обработки закаленного винта V8—V9.
В измерительных устройствах часто применяются сопряжения звеньев, места контактов которых выполнены в виде сферы и плоскости,
Z, MKMl
2
Рис. 12. Хладотекучесть полиэтилена НД и фторопласта 4:
1 — полиэтилен; 2 — фторопласт
например сопряжение ведущего (толкающего) винта с кареткой. К такому сопряжению предъявляется требование неизменяемости расстояния между контактирующими деталями при работе.
В момент начала движения коэффициент трения (у металлов) значительно превышает коэффициент трения при движении. Это вызывает неплавность движения ведомого звена, что приводит к понижению точности механизма. В зоне контакта
даже при закалке часто наблюдается эрозия поверхностей. Требуется, чтобы сопрягаемая пара имела характеристику трения, практически обеспечивающую равенство статического и кинетического коэффициентов трения и независимость усилий трогания от величины нагрузки. Материалами таких пар являются фторопласт 4 и полиэтилен НД марки П в сочетании со сталью х. Однако следует учи-
тывать хладотекучесть этих материалов, которая может вызвать, если не принять специальных .мер, самопроизвольное смещение ведомого звена во времени даже при постоянной величине силового замыкания. Величина этих смещений существенно зависит от радиуса сферы и усилия замыкания. Хладотекучесть z указанных материалов состоит из двух фаз (рис. 12). Первая фаза протекает в течение 1 ч, вторая — в течение длительного времени. Из приведенных кривых и формул (табл. 2) видно, что хладотекучесть фторопласта асимптотически приближается к своему предельному значению, практически достигая его в течение 24 ч; хладотекучесть полиэтилена следует логарифмическому закону, поэтому интенсивность ее со временем уменьшается. После 50—72 ч она становится практически неощутимой.
Величину смещений сопрягаемых элементов следует определять по формулам второй фазы хладотекучести. Так как физико-механические свойства полимерных материалов одной и той же марки, но разных партий могут отличаться, материалы необходимо подвергнуть испытанию на хладотекучесть и полученные результаты сравнить с расчетными (первой фазы). Расхождение более чем на 20% указывает, что по физико-механическим свойствам материал не соответствует его маркировке. Образец для испытания должен иметь цилиндрическую форму и должен быть запрес-
1 По материалам исследований И. М. Долинского и Г. А. Матвеевой.
2. Формулы хладотекучести полимеров в сопряжении сферы с плоскостью
Материал	Первая фаза (t С 60')
Полиэтилен нд марки П Фторопласт 4	р0,592 г — 0,089 0 lg4 0 592 X t\	-С / t \ Х \ 2,5 + t ) г ~ 0,142 Я01358 \ 2,5 + t )
Примечания: 1. Приведи пературы 20±0,5° С и внешней нагр 2. Здесь Р — внешняя нагру: гаемой сферы в мм; Е — модуль норм пературе 20° С; t — время в мин; х -кучести в мм.	
Вторая фаза	X
р0,592 ? _ Л Л«^ 		г	L	> 24
z — и,U6O — ^0д84 ^0,592 1 р0,589 1-0,0605	X Х lg( 60 ) р0,803 г —0,549 ^о боб^о уо з х x'h('n')	
иные формулы справедливы для тем-рузки Р С 1 кГ; зка в кГ; R — радиус сопря-дальной упругости в кГ/мм* при тем-— время в «; з - величина хладоте-	
сован в оправу не менее чем за 10 ч до проведения испытаний. Соприкосновение измерительного наконечника с образцом должно быть мягким (без удара).
Литература: [49, 82, 92, 93, 94 ].
ГЛАВА XII
ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Зубчатые передачи в оптико-механических приборах можно разделить на следующие: точные (отсчетные) зубчатые передачи и неотсчетные зубчатые передачи. Здесь рассматриваются главным образом вопросы конструирования точных передач.
Качество точной зубчатой передачи определяется следующими показателями: кинематической точностью; мертвым ходом; легкостью вра-
Рис. 1. Формы цилиндрических колес
щения (высоким к. п. д.); плавностью работы; износостойкостью. Эти показатели зависят от конструкции, материала колес, качества изготовления и сборки, геометрии профилей зубьев.
К неотсчетным передачам предъявляются требования достаточной прочности, износостойкости, а также легкости и плавности вращения.
Расчет передач на прочность и износостойкость в справочнике не приводится.
Нормальные модули в мм: 0,3; (0,4); 0,5; 0,6; (0,7); 0,8; 1; (1,25); 1,5; (1,75); 2,0; (2,25); 3. Значения модулей, приведенные в скобках, по возможности не следует применять.
Минимальное число зубьев, при котором еще не будет подрезки профиля зубьев (у ножки), равно 17.
Передаточное число в пределах, работающих на ускорение, не следует принимать больше 5. Только в случаях, когда усилие (нагрузка) в зубчатой паре очень мало, можно допустить передаточное отношение до 10 и более. В передачах, работающих на замедление, передаточное число не ограничивается.
Расчетные формулы для расчета зубчатых колес и передач, а также червячных передач в Справочнике не приводятся. Рекомендуется поль
зоваться литературой [45, 49, 63, 82, 92, 93, 94]. Приведен только расчет цилиндро-конической передачи.
Рекомендуемые конструктивные формы зубчатых колес даны на рис. 1.
ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ КОСОЗУБЫЕ КОЛЕСА
Передача цилиндрическими косозубыми колесами применяете» в следующих случаях:
1)	при необходимости хорошей плавности работы колес с небольшие числом зубьев;
2)	если нельзя подобрать пару колес с прямыми зубьями при заданном расстоянии между осями и заданном передаточном отношении; ,
3)	при больших скоростях вращения и при высоких требованиях’ к бесшумности передачи.
КОЛЕСА С ВНУТРЕННИМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ
Колеса с внутренним зацеплением применяются сравнительно редко вследствие большей трудности изготовления по сравнению с обычными цилиндрическими колесами, а также меньшей точности работы. Расчетные формулы для колес с внутренним зацеплением за некоторым исключением совпадают с формулами для колес с наружным зацеплением. При этом необходимо иметь в виду высотную коррекцию зуба.
Допуски те же, что и для колес с наружным зацеплением.
ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Назначение — передача вращения между валами с непараллельными и непересекающимися осями.
Для обратимого движения целесообразно, чтобы углы Р у обоих колес были равны 45°. В других случаях угол наклона зубьев ведущего колеса должен быть больше, чем у ведомого колеса. Направление зубьев одноименное. Передаточное число больше 5 не рекомендуется.
ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Червячная передача дает возможность осуществлять большое передаточное число (на замедление) в одной паре, а также обеспечивает хорошую плавность и бесшумность работы.
п	1	1
Диапазон передаточных чисел примерно от — до
3 oUu
Недостатки червячной передачи: более низкий к. п. д. по сравнению с передачей цилиндрическими и коническими колесами; значительно большая потребность в смазке; потребность в применении антифрикционных материалов- (пары); повышенная чувствительность к перегрузкам (ускорениям); большая точность сборки.
Основными требованиями к’ точной червячной передаче являются: точность передачи углов и минимальный мертвый ход; достаточно высокий к. п. д.; хорошая износоустойчивость.
В зависимости от способа образования боковых поверхностей витков различают следующие цилиндрические червяки:
1)	архимедов, или винтовой, червяк, витки которого в осевом сечении имеют прямолинейный профиль;
2)	эвольвентный, у которого стороны витка в сечении, перпендикулярном к оси, являются эвольвентами;
3)	конволютный червяк, имеющий прямолинейный профиль в нормальном к витку сечении.
В приборостроении применяется преимущественно архимедов червяк.
Рис. 2. Конструкция типового выключающегося червяка:
1 — рычаг выключения червяка; 2 — пружинный подпятник (цилиндрическая втулка с прорезями, располдженными в шахматном порядке); 3 — корпус; 4 — эксцентриковая втулка; 5 — червяк;
6 — возвратная пружина
Применяются следующие виды червячных передач: червяк — червячное колесо; червяк — винтовое колесо. Второй вид передачи применяется для тихоходных малонагруженных передач. Теоретически в этой передаче желательно применение эвольвентного и конволютного червяка. Угол скрещивания осей в червячных передачах, ставляет
В точных передачах не рекомендуется применять многозаходные червяки. При необходимости их использования, для уменьшения ошибок передачи следует, по возможности, выбирать отноше-
3. Профиль выключающегося червяка ние числа зубьев колеса (h = 2,18 /и; h' = т)	к числу заходов червяка,
как правило, со-90°.
Рис.
не равное целому числу. Число зубьев колеса менее 28 не рекомендуется.
Профиль выключающихся червяков, находящихся в зацеплении под действием пружины, во избежание заклинивания делается с углом 60° (рис. 2). Элементы выключающегося червяка, отличающиеся от элементов червяка с углом профиля 40°, даны на рис. 3.
При расчете передачи червяк — винтовое колесо все элементы червяка определяются не в осевом, а в нормальном сечении.
Применение червяков с модулем, рассчитанным в осевом сечении, недопустимо.
Рекомендуемые конструктивные формы червячных колес и червяков изображены на рис. 4 и 5.
i

r=0,07-(l!tq
Модуль в осевом сечении	т	1
Число заходов	2ч	/
Средний диаметр		16
высота зуба	h	2,25
Угол подъема	(JU	3°
Направление нарезки	Правое	
Степень точности		6
Допуск осевого шага	4t	±0,012
Допуск на делит, диак		0.06
Биение по делит, диам.	46	0,025
M10:f
Кромки притупить ROt2
Рис. 5. Рабочий теж червяка
чер-
Передача с коническими зубчатыми колесами (с прямым зубом)
Применяется для передачи вращения между пересекающимися валами. Конические колеса с криволинейным зубом применения в оптическом приборостроении не имеют.
Максимальное передаточное число при д = 90° не более 1 : 10.
ЦИЛИНДРО-КОНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА С УГЛОМ 90° МЕЖДУ ОСЯМИ
Передача состоит из цилиндрической шестерни с эвольвентным профилем и колеса с торцовыми зубьями, оси которых пересекаются под прямым углом (рис. 6). Эта передача иногда более удобна и компактна, чем коническая, и может быть выполнена с большей точностью.
Рис. 6. Схема цилиндро-конической передачи
Рис. 7. Конструкция реверсивной цилиндро-конической передачи
В конструкции передачи легко осуществить удобную регулировку бокового зазора за счет осевой подвижки торцового колеса и удобное выключение и реверсирование путем осевого перемещения цилиндрической шестерни (рис. 7).
Недостатком передачи является меньшая нагрузочная способность по сравнению с конической передачей.
Нарезание торцового колеса должно производиться эвольвентным долбяком на зубодолбежном станке методом обкатки с применением специального приспособления. Расчет элементов колес производится по табл. 1.
1. Расчет цилиндро-конической передачи
Наименование расчетной величины	Обозначение (см. рис. 6)	Расчетные формулы
Угол исходного контура	а(,	а = 20°
Модуль	tn	Из нормального ряда
Продолжение табл. 1
Наименование расчетной величины	Обозначение (см. рис.6)	Расчетные формулы
Передаточное отношение от шестерни 1 к колесу 2	Ч» 2	г2 _ ni 4,2 = — — ~ zi	14
Число зубьев долбяка	ZU	По отраслевой нормали
Число зубьев шестерни 1		21 = ги —(1—5)
Число зубьев торцового колеса 2	г2	Z 2 — i-1,2^ 1
Коэффициент высоты головки зуба долбяка	fu	fu — 1,25 (при т 1); fu = 1,35 (при т < 1)
Коэффициент высоты головки зуба колеса	/2	Обычно принимается /2 “ 1
Внутренний диаметр зубчатого венца колеса из условия отсутствия подрезания зубьев	De	De mz2C0S ао х х-1/^ 1.1	Г (zu + у _ 11 4z* L\z„cosa0/ ]' ( Г " V
Наружный диаметр зубчатого венца колеса из условия отсутствия заострения зуба	DH	DH mz2 C0S -- (sin ан — ft cos aH), sin <p где cos aH — _	cos a0, <u -Г 4u „	1	/	— 2/2 — cos \ Ц1   —	 I ————	’	1 sin aH \	zu cos a0	/ q> — inva0+ <*/< — ft 2zu
Продолжение табл. 1
Наименование расчетной величины	Обозначение (см. рис. 6)	Расчетные формулы
Расчетный диаметр, на котором осуществляется теоретический контакт зубьев	DP	Рекомендуется Dp — (De + DH)
Угол зацепления на расчетном диаметре	*Р	mz2 cos ap = -y—- cos a0 up
Коэффициент коррекции шестерни	ь	gl= 2\бао(1П',ао ,nvM
Монтажный размер (расстояние от оси шестерни до делительной плоскости колеса)	А	При некорригированной шестерне л __ А	2 При корригированной шестерне л	т	Г	/	х	cosa0	1 А=	\ги	(z„	zt) z	l	cos ctp	j
Коэффициент высоты головки зуба шестерни	fl	При некорригированной шестерне fi = 1 При корригированной шестерне h = i- Z	\ COS ОСр	/
Высота головки зуба шестерни	h'l	л; =
Высота головки зуба колеса		h'2 = f'2m
Высота ножки зуба шестерни	hl	h"i = (fu - £i)m
Высота ножки зуба колеса		h"2 = fum
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
К. П. д. передачи равен
где М n N — момент и мощность, снимаемые с передачи;
Мг и — момент и мощность, поступающие на передачу;
i — передаточное число.
Причиной потери мощности в передаче с боковым зазором в зацеплении является трение между зубьями и в подшипниках.
При наличии подшипников качения трение в подшипниках сравнительно невелико. При наличии подшипников скольжения главной причиной потерь на трение в цилиндрических и конических передачах может быть трение в подшипниках.
В винтовых и червячных передачах потери на трение в зубьях того же порядка, что и потери на трение в подшипниках скольжения. В беззазорных передачах при наличии натяга в зацеплении давление на подшипники и зубья может значительно превосходить давление, которое определяется передаваемым окружным усилием.
В цилиндрических прямозубых передачах с боковым зазором на подшипниках качения при нормальных усилиях на зубе до 3000 Г
•здесь f— коэффициент трения;
С — поправочный коэффициент. С =
Р + 292	_
-ртргтд' > где р— окруж-
10 м
ное усилие на ведомом колесе в Г; Р — ------- (М в Г см).
гд2
При нормальном усилии свыше 3000 Г С = 1.
При ориентировочных расчетах рекомендуется [107] для цилиндрических передач с прямым зубом принимать следующие значения тр
Зацепление	т)
с зазором.......................... 0.88 — 0,95
без зазора......................... 0,80—0,90
Для косозубых передач
r_ W + 311 N+ 18,5 *
Для винтовых передач при угле между осями 90° и нормальных усилиях до 3000 Г
_ tg ₽2	= 7V+ 105
11 е tg (₽2 + <Р) ’ е N + 240 ;
N =	2044 cos 02.
cosp2cosa^ ’
Здесь е — поправочный коэффициент.
Для нормальных усилий свыше 3000 Г е~ 1.
При ориентировочных расчетах
г] = 0,85
tg Рг
tg (Р2 + <f)
В этих формулах 02 — угол наклона зубьев ведомого колеса; ф — = arctg со[ад “ приведенный угол трения; — угол зацепления.
Если оси колес скрещиваются под любым углом, то
Т]
1 — / tg Рх
1 + Mg ^2 '
Для нормальных усилий до 3000 Г величина е определяется так же, как и для косозубых колес. Приближенно принимают е = 0,85.
Для нормальных усилий свыше 3000 Г е ~ 1.
К. п. д. червячной передачи при нормальных усилиях до 3000 Г (величина е — та же)
tg ₽
При нормальном усилии N =-----~-------более 3000 Г и ориенти-
cos р2 cos ад
ровочных расчетах е « 0,9.
С. Т. Цуккерман [107] рекомендует следующие приближенные значения к. п. д. червячной и винтовой передачи:
П
Для червячных передач с боковым зазором
»	»	» без бокового зазора
» винтовых передач с боковым зазором
»	»	» без бокового зазора
0,20-0,45
0,10—0,20
0,50—0,65 0,35 — 0,50
К. п. д. конических передач
\	?2	/
Р + 29,2
С“ Р +17,4 ’
10А4 гдг
При нормальных усилиях более 3000 Г принимают С = 1; Р — окружное усилие на ведомом колесе в Г; М — момент на ведомом колесе в Гем.
Ориентировочно принимают к. п. д. равным 0,83—0,92, а для передач без зазора — 0,70—0,80.
КОРРИГИРОВАНИЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Геометрия профилей зубьев и работа передачи характеризуются отсутствием или наличием подрезки профилей зубьев, величиной контактных напряжений и удельного скольжения, а также продолжительностью зацепления.
Эти характеристики при принятом 20-градусном зацеплении зависят главным образом от числа зубьев. При малом числе зубьев появляется
подрезка профиля зуба, в связи с чем уменьшаются прочность зуба, продолжительность зацепления и т. д.
Корригирование зацепления имеет целью такое изменение (исправление) профилей зубьев, которое дает улучшение качества зубчатой передачи.
Системы корригирования
Применяются две системы корригирования, основанные на сдвиге режущего инструмента от номинального положения относительно нарезаемого колеса, — высотное и угловое. Оба метода дают возможность производить корригирование при нормальном инструменте и оборудовании. Настройка станка и процесс нарезания при этом несколько усложняются.
Часто при корригировании требуется сохранить номинальное расстояние между осями. В этом случае сдвиг инструмента делается одинаковым для обоих колес: для малого колеса — от центра (наружу), для большого колеса — к центру (высотное корригирование). В первом случае сдвиг называется положительным, во втором — отрицательным. Характеристики колеса с положительным сдвигом будут улучшаться, а с отрицательным — ухудшаться. Поэтому высотное корригирование нецелесообразно при передаточном отношении /, близком к 1.
Высотное корригирование обычно применяют при	Сдвиг
режущего инструмента обозначается Дх. Для практических расчетов применяется относительная величина сдвига, называемая коэффициентом
-	V
коррекции g = ——. Угол зацепления передачи при высотном корригировании не изменяется.
Угловое корригирование предусматривает обязательное неравенство сдвигов для обоих колес, причем для малого колеса сдвиг всегда положительный. Для большого колеса сдвиг может быть как положительный, так и отрицательный. В связи с этим угловое корригирование можно применять при любом передаточном отношении. Угол зацепления при угловом корригировании изменяется (как правило, увеличивается), коэффициент перекрытия уменьшается и изменяется межосевое расстояние.
Оба указанных метода корригирования применимы для цилиндрических прямозубых и косозубых колес и для конических шестерен.
Для передач малой точности допускают подрезание зуба без применения корригирования примерно до 15% рабочей части эвольвентного профиля; это дает допустимое число зубьев z= 14.
Для сильно перегруженных и высокоточных передач z должно быть не менее 17.
Величина положительного сдвига инструмента для устранения подрезания
(17 —гк)т а	17
где zK — требуемое число зубьев колеса.
Если корригирование применяется с целью повышения износостойкости, то величина сдвига должна быть больше.
18 Заказ 1902
На рис. 8 показано, как изменяется геометрия зацепления при корригировании. При положительном сдвиге зуб становится толще у основания и заостряется у вершины.
Рис. 8. Элементы зубчатого зацепления
Применение высотного и углового корригирования
Для точных передач более целесообразно высотное корригирование, так как при угловом корригировании растет угол зацепления, что влияет на увеличение ошибок передачи.
Ошибка передачи растет с увеличением угла зацепления, что видно из следующих формул для основных составляющих ошибки (рис. 8):
/А \	1	1	А
( ^AeJrnax—	±	r	COS «д *
а	2	.
Л(Рдс =	—	tg ад
где	г — радиус начальной окружности;
(Д(РдДпах — максимальное значение ошибки от эксцентриситета колеса;
Дфдс — мертвый ход;
Де — эксцентриситет колеса;
Де — боковой зазор в зацеплении.
Для неотсчетных передач, особенно для передач, работающих на больших скоростях, более целесообразно угловое корригирование, так как оно повышает износостойкость и прочность зубьев передачи. Износостойкость увеличивается при положительной коррекции за счет увеличения радиусов профилей зубьев и получающегося при этом уменьшения контактного давления.
Коэффициент перекрытия при этом не должен быть меньше 1,13.
В некоторых случаях требуется обеспечить работу зубчатой передачи с минимальным мертвым ходом (боковым зазором между зубьями). Для этой цели часто применяют сближение осей колес, добиваясь «плотного» зацепления. Однако при этом у некорригированных колес вершины зубьев начинают работать по дну впадин, что вызывает появление недопустимо больших усилий и неплавности в работе передачи.
2. Коэффициенты коррекции g при различной степени заострения вершины зубьев
Z	Теоретическое значение	При	При se = Q,3ms	При заострении зуба
8	0,58	0,18	0,32	0,56
9	0,47	0,22	0,38	0,63
10	0,42	0,27	0,42	0,70
12	0,30	0,35	0,49	0,82
14	0,18	0,43	0,57	0,93
15	0,12	0,46	0,53	0,98
16	0,06	0,50	0,63	1,03
17	0,01	0,53	0,68	1,08
18	—	0,56	—	1,13
20	—	0,62	—	1,23
Примечание. Здесь и при рассмотрении рекомендуемых конструкций зубчатых колес частично использованы материалы исследований, проводившихся В. В. Кулагиным и И. М. Долинским.				
3. Влияние корригирования на параметры передач
Параметр	Высотное корригирование	Угловое корригирование
Диаметр окружности выступов De	+	+
Диаметр окружности впадин DQn	+	-- +
Делительный диаметр d$	—	—
Диаметр начальной окружности d	—	4-
Диаметр основной окружности d0	—	—
Высота зуба h	—	+
Высота головки зуба h'	~г	+
Высота ножки зуба h"	~г	+
Угол зацепления а	—	+
Межосевое расстояние А	—	+
Примечание. Знак плюс означает изменение параметра, знак минус — отсутствие изменения.		
Для получения удовлетворительной работы пары колес с минимальным боковым зазором можно применять угловое корригирование (оба или одно положительно корригированное колесо из пары). Некоторое увеличение ошибок передачи можно допустить, так как получается выигрыш в точности за счет уменьшения мертвого хода.
Понятно, что в передаче шестерня — рейка корригировать можно только колесо. Возможная величина положительной коррекции определяется отсутствием подрезания и допустимым заострением зуба по табл. 2.
Допустимое значение толщины зуба у вершины принимается равным se = (0,3 — 0,4) ms,
где ms — торцовый модуль. Наружный диаметр колеса увеличивается на 2Ах (см. также табл. 3).
Формулы для расчета прямозубых колес с высотной коррекцией
Дано: т, zr, z2, ад, Ло, ddl, d$2, f0, g, = —g2 (/0 — коэффициент высоты зуба). Требуется определить: De, s, О, sx, h'.
Диаметр окружности выступов: De = 2m + /о + £
(л
-у ± 2g tg ад
Угловая толщина половины зуба на da: б =	.
^1,2л
Толщина зубьев по хорде d$: sx = 2d^1>2 sin б.
Высота головки зуба: hf — -i- (De — d$).
Формулы для расчета прямозубых колес с угловой коррекцией
Дано: m, zlt z2f ад, fjQ, ddb dd2, и g2 = 5s- Требуется определить: а, Д, h, De, s, 6, sa, h'.
Угол зацепления a:
2 "tg Ctagi £2 inv a = —2—g?1-*	Jx lnv
+ z2
л mcosa^	x
Л = ~-----— (Zi — z2);
2 cos a v
Яв = 2т(-|-+£-/в) + 2Л.
Толщина зуба по дугам делительных окружностей: s = = "i(y- + 2£ tga<?).
w	*	«	А 180°
Угловая толщина зуба по делительной окружности: о =	.
Толщина зуба по хорде на делительной окружности: sx = d# sin d.
Высота головки зуба: h' = (De — d^cosd).
Удельное скольжение и износ зубьев
В процессе зацепления профили зубьев обкатываются друг по другу, при этом имеет место некоторое скольжение их. Это скольжение является основной причиной износа зубьев. Скольжение характеризуется «удельным скольжением». Наибольшее удельное скольжение происходит в точках начала а и конца b (рис. 8) зацепления каждой пары зубьев.
Величина удельного скольжения может быть подсчитана по формулам
Л sin a —q г
Яа= 1--------------
T]Z> = 1 — A sin а — Q. -2-, 1 Z1
где Qa — радиус кривизны эвольвенты у ножки зуба первого колеса; qb — то же у ножки зуба второго колеса.
Остальные обозначения даны выше.
Радиусы определяются из формул
fi|Ii = 4sina-— ''о/ еЬ1 = Л sin a — |/
где Re и R62 — радиусы окружностей выступов колес;
г0 и г02 — радиусы основных окружностей колес.
Притирка профилей зубьев с помощью абразивов ведет к искажению профилей и увеличению удельного скольжения, а отсюда и износа.
Продолжительность зацепления
Продолжительность зацепления характеризуется коэффициентом перекрытия е, который равен отношению длины ab — рабочего участка линии зацепления (рис. 8) к шагу
где /0 — шаг зацепления по основной окружности.
Коэффициент перекрытия увеличивается с увеличением числа зубьев и уменьшением угла зацепления а.
Корригирование может уменьшить коэффициент перекрытия, поэтому требуется проверка на величину перекрытия.
ОШИБКИ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
Различают два вида ошибок отсчетных зубчатых передач;
1) кинематическая погрешность, или ошибка отсчета, — наибольшая погрешность угла поворота зубчатого колеса в пределах одного
оборота при однопрофильном зацеплении с точным колесом (точным червяком);
2) мертвый ход — угловое отставание ведомого колеса при изменении направления вращения ведущего колеса (червяка).
Суммарная ошибка зубчатой пары складывается из ошибки отсчета и мертвого хода.
Ошибка отсчета зависит от погрешностей изготовления кинематических элементов зубчатого колеса (угловой шаг, эксцентриситет, ошибка профиля зуба, торцовое биение); мертвый ход зависит, кроме того, и от величины зазора в подшипниках, неточности монтажа (межосевое расстояние), сил трения и величины упругих деформаций (упругий мертвый ход).
Недостаточная жесткость колес, и главным образом валиков, и большие моменты на ведомых звеньях могут вызвать значительный упругий мертвый ход.
Важным показателем качества зубчатой передачи является износостойкость. Малая величина площади контакта зубьев также вызывает быстрый износ зубьев и нарушение точности передачи. Для обеспечения необходимого контакта устанавливаются допуски на перекос зубьев.
На точность работы зубчатой передачи и стойкость к износу влияет также качество опор (подшипников), качество и точность сборки.
Наибольшая точность может быть достигнута в передачах зубчатыми колесами и в червячных передачах, причем сборка передачи первого вида проще. Значительно меньшую точность можно получить в передачах коническими колесами, вследствие того что на них больше влияют ошибки изготовления и сборки (перекос и смещение осей и смещение колес на осях). Для получения большей точности в отсчетных передачах цилиндрическими колесами следует избегать чисел зубьев меньших, чем 25.
Допустимые ошибки зубчатого колеса зависят от его положения в кинематической цепи прибора, т. е. от того, на какой цене оборота работает данное колесо. Чем меньше отсчетная цена оборота зубчатого колеса, тем, очевидно, меньше влияние его погрешностей и тем больше допуски на его изготовление.
В точных передачах выгодно применение (при тех же диаметрах колес) малых модулей, так как ошибка профиля уменьшается, увеличивается плавность передачи, облегчается прикатка колес.
Очень важным средством уменьшения ошибок мертвого хода, а также повышения долговечности работы передачи является уменьшение трения во всех звеньях передачи. Этому способствует широкое применение шарикоподшипников, минимальные диаметры цапф в опорах скольжения, применение втулок из антифрикционных материалов, подвод смазки.
Для уменьшения ошибок мертвого хода необходимо предусматривать возможность регулировки расстояния между осями колес. Иногда для этой же цели применяются разрезные регулируемые или подпружиненные колеса.
К неотсчетным зубчатым передачам, применяемым в оптических приборах, предъявляются те же требования, что и к передачам в общем машиностроении.
Допуски для цилиндрических прямозубых колес
ГОСТом 9178—59 установлены семь степеней точности цилиндрических мелкомодульных зубчатых колес и передач: 4-я, 5, 6, 7, 8, 9 и 10-я,
Стандартом установлены также нормы кинематической точности, плавности работы, контакта зубьев, боковых зазоров.
Нормы кинематической точности и нормы боковых зазоров определяют величину полной погрешности угла поворота колеса за один оборот и являются наиболее важными для точных приборов.
По нормам боковых зазоров для передач с нерегулируемым межцентровым расстоянием установлены четыре вида сопряжений: С — с нулевым боковым зазором; Д, X и Ш — с предусмотренным наименьшим боковым зазором. Нормы бокового зазора допускается изменять.
Разрешается комбинирование перечисленных норм из разных степеней точности, но при этом нормы плавности работы могут быть не более чем на одну степень ниже норм кинематической точности.
При обозначении норм номера степеней записываются последовательно в виде трех цифр и буквы, например: Ст6-7-7-С.
Нормы точности
Применение всех перечисленных выше допусков необязательно. Комплексы показателей точности устанавливаются отраслевыми или заводскими нормалями в зависимости от назначения и условий производства в соответствии с указаниями, приведенными ниже.
Показателями кинематической точности колеса (табл. 4) могут являться:	Ео и d0L, Ео и дф2, доа и d0L, доа и дф2 (Ео — для
10-й степени точности).
4. Обозначения допусков на зубчатые колеса и передачи 1
Параметр	Обозначение допуска	Примечание
Кинематическая погрешность колеса		Допустимая погрешность поворота колеса в пределах одного оборота при однопрофильном зацеплении с точным колесом. Измеряется по окружности, проходящей посередине высоты зуба
Накопленная погрешность окружного шага		Измеряется аналогично
Радиальное биение зубчатого венца		Измеряется по колебанию расстояний от постоянных хорд зубьев (впадин) до оси вращения колеса
Длина общей нормали	€>0L	—
Погрешность обката	—	Определяется при исключении радиального биения и погрешности основного шага в сек
1 Приведены определения допусков только на параметры, влияющие		
на кинематическую точность передачи цилиндрическими колесами, и монтажные размеры.		
П родолжение табл. 4
Параметр	Обозначение допуска	Примечание
Колебание измерительного межцентрового расстояния	—	Определяется за полный оборот колеса при плотном зацеплении с точным колесом
Направление зуба	—	Допуск относится к длине 100 мм
Отклонение межцентрового расстояния	А	—
Боковой зазор между зубьями	с	Определяется в плоскости, касательной к основным цилиндрам (по линии зацепления)
Допускается, чтобы одна из величин, входящих в комплекс, превосходила предельное значение, если суммарное влияние этих величин не превышает Нормы кинематической точности, кроме Ео, bQa и d0L,
в зависимости от условий работы по правым и левым профилям допускается назначать по разным степеням точности.
Практически следует ожидать применения только 6, 7, 8 и 9-й степеней точности, которые соответствуют 1, 2, 3 и 4-му классам точности
по заводским нормалям. 6-й класс точности вследствие трудности изготовления зубчатых колес применяется только в исключительных случаях для самых точных приборов.
При разработке конструкций следует предусматривать применение зубчатых колес со степенью точности не выше, чем 8 или 7-я.
На рис. 9 даны кривые вероятных суммарных кинематических погрешностей цилиндрических зубчатых колес в угловых минутах. Значениями суммарных погрешностей, снимаемыми с данной кривой, удобно пользоваться для ориентировочных расчетов.
МАТЕРИАЛЫ
Большое колесо пары рекомендуется изготовлять из сталей 35—45, а меньшее — из стали 50. Материал должен быть предварительно подвергнут специальной термической обработке (нормализации).
Винтовые и косозубые зубчатые колеса, работающие с червяком, рекомендуется калить до твердости HRC 45—50. Закаливаемые колеса во избежание поводки не должны иметь отверстий для уменьшения их веса. Для зубчатых колес, являющихся одновременно отсчетными и силовыми или отсчетно-силовыми и работающих на больших скоростях, для получения большей твердости зубьев рекомендуется применять сталь 40Х. Сталь 40Х мало деформируется в процессе термообработки. Поэтому из нее можно изготовлять нешлифованные колеса 7—8-й степени точности. При этом производится закалка и отпуск до твердости HRC 28—32, а затем нарезка зубьев — окончательная или с последующим шевингованием. Следует иметь в виду, что шевингование является видом чистовой обработки, обеспечивающим наивысшую точность мелкомодульных колес.
Из этой же стали целесообразно изготовлять закаленные до твердости HRC 40—45 и шлифованные колеса с модулем 1 мм и более.
Для червяков применяется сталь У8А или У10А сырая, а для колес — бронза Бр. ОЦС-6-3, Бр. АЖ-9-4, Бр. АМЦ-9-2Л, Бр. КМЦ-3-1, латунь ЛК80-ЗЛ.
Закаленные и шлифованные червяки из той же стали применяются для нагруженных передач при работе на больших скоростях и нагрузках. Для малонагруженных тихоходных передач при обязательном наличии бокового зазора и смазки, а также для выключающихся червяков можно применять закаленный червяк и стальное незакаленное колесо из стали 40—50. Для цилиндрических колес применяется также дюралюминий (главным образом марки В95) или алюминиево-магниевый сплав при требованиях малого веса, небольших нагрузках и скоростях и отсутствии повышенных требований к стойкости против износа.
Пластмассы (капрон, текстолит и др.) также применяются в указанных выше случаях и, кроме того, для неотсчетных передач при требованиях бесшумности передачи или малого износа стального (ведущего) колеса. Для маленьких шестерен иногда применяется листовая латунь ЛС-59-1.
Для нагруженных передач следует производить расчет зубьев на прочность по обычным расчетным формулам.
КОНСТРУКЦИИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ПЕРЕДАЧ
При конструировании отсчетных зубчатых передач рекомендуется прежде всего выполнить расчет передачи на точность.
В случае необходимости должны также выполняться расчеты статического и динамического моментов и прочностные расчеты.
Необходимо также придерживаться следующих требований:
1)	зубчатый венец колеса не должен выходить за плоскости торцов ступицы; технологически целесообразно иметь один общий торец ступицы и венца (рис. 1, а, б);
2)	отношение д^ины отверстия ступицы к его диаметру должно быть не меньше 1,5;
3)	должна быть предусмотрена возможность регулирования расстояния или угла между осями колес и положения самих колес;
4)	для обеспечения зацепления на всей длине зуба большого колеса ширину малых цилиндрических зубчатых колес следует брать больше ширины больших колес.
Конструкции цилиндрических колес с прямым и косым зубом
Тип колеса, показанный на рис. 1, а, является основным для любых
размеров. С целью уменьшения веса и момента инерции колес, работающих с небольшими нагрузками, можно применять облегчающие отверстия
Рис. 10. Схема нарезания двухвен нового колеса
или кольцевые выточки (типы б и в). При больших нагрузках и для термически обрабатываемых колес облегчающие отверстия не рекомендуются. Тип г dj \ рекомендуется применять при -у-^8—а тип б — если оба торца колеса сопрягаются с неподвижными деталями.
Конструктивные элементы колес диаметром до 150 мм рекомендуется выбирать из табл. 5. Для двухвенцо-вых цилиндрических и винтовых колес расстояние между венцами а (рис. 10) определяется по табл. 6 и 7.
5. Рекомендуемые соотношения размероз цилиндрических колес (см. рис. 1)
d	ь	L	У	Х1	xs
(0,1-0,4)	(5—10)щ	(1,5—2,5) d	^4 мм	0,256	0,56
Конструкции червячных колес
Для колес, работающих при малых нагрузках (рис. 4), с целью уменьшения их веса (момента инерции) можно применять облегчающие отверстия или кольцевые выточки. При закалке колес отверстия делать не рекомендуется ввиду возможной деформации колес.
6. Расстояние между венцами при нарезании червячной фрезой в мм
Угол наклона 0^ в град	Модуль в мм		
	0,3-1	1,5-2	2,5
0	18	31	33
10	20	34	37
30	21	38	42
45	20	38	42
60	19	36	’ 40
75	17	32	35
7. Расстояние между венцами при изготовлении долбяком
Модуль в мм	До 1,5	1,5 —2,5	3-4,5
Расстояние в мм	4	5	6
8. Рекомендуемые соотношения размеров червячных колес
d	L	У	X	*2
(0,1 -0,4) dd	(2—2,5) b	^4 мм	0,256	0,56
9. Размеры конических колес (см. рис. 11)
d	L	i	b	*2
(0,4—0,8) dd	1 (1,5—2,5) d	1 (0,8—1,25) d	(5—10) m	^2 мм
Диаметры червяков рассчитываются в зависимости от модуля и угла подъема винтовой линии 0. Полный угол охвата 2d рекомендуется выбирать в пределах 90° 2d 40°. Для отсчетных малонагруженных передач 2d 60°; для отсчетных нагруженных передач 2d = 60—90°.
Следует предусматривать возможность подвижки червяка (или колеса) для установки его в среднюю плоскость колеса. В передачах червяк — винтовое колесо такой необходимости нет. Рекомендуется срезать углы зубьев колеса (см. рис. 4) и закруглять угол у вершины зуба червяка (см. рис.’ 5).
Остальные конструктивные элементы колеса следует принимать по табл. 8. Этой таблицей можно пользоваться для колес, делительный диаметр которых не превышает 150 мм.
Диаметр ступицы dcm и размеры конического штифта с установочным стопором в зависимости от диаметра валика d рекомендуется принимать по табл. 9.
Конструкции конических колес
Вариант конструкции, показанный на рис. И, а, — основной и может применяться для любых размеров колес. Вариант по рис. 11, б следует применять при условии DQH — dctn 20 мм, вариант рис. 11, в — если d = (0,44-0,25) dd.
Рис. 11. Формы конических колес
Конструктивные элементы колес рекомендуется выбирать по табл. 9. Этой таблицей рекомендуется пользоваться для колес, делительный диаметр которых не превышает 150 мм.
Длина ступицы L в колесах по варианту б зависит от угла рвн внутреннего конуса. Если угол 30°, то наибольшая длина ступицы L определяется по формуле
L= () Д- (1-^5.)-2 мм
2 tg \ Dt )
В колесах, у которых угол 30°, вариант б можно применять при условии, что DeH — dcm 10 мм. В этом случае длина ступицы выбирается по табл. 9. Диаметр ступицы dcm и размеры конического штифта с установочным стопором в зависимости от диаметра валика d следует принимать по табл. 5 и 12. Угол конуса имеет предельные значения 8—82°.
При нарезании конического колеса с обратной ступицей величина М не должна быть меньше 2,5 мм.
Крепление зубчатых колес
Крепление зубчатых колес на валиках производится несколькими способами (табл. 10). Наиболее распространено крепление коническим штифтом. Достаточно надежное соединение коническим штифтом требует неподвижной посадки шестерни на валике и высококачественного выполнения штифтового соединения. Штифтовое крепление, при котором шестерня сидит на валике с зазором даже очень маленьким, не рекомендуется для передач высокой точности. Проводившиеся С. Т. Цуккерманом и М. М. Домбровской исследования указывают на наличие довольно значительных контактных деформаций в соединениях с коническими штифтами, которые приводят к смещениям шестерни относительно валиков. Предполагается, что контактные деформации соединений с цилиндрическими штифтами должны давать значительно меньшие деформации ввиду большей точности совпадения поверхности штифта и отверстия, однако они недостаточно исследованы.
10. Рекомендуемые посадки и крепление колес на валиках
Посадка	Условия работы
Прессовая	Отсутствие дополнительного крепления и небольшие передаваемые крутящие моменты
Тугая	Большие окружные усилия и наличие вибраций. Требуется дополнительное крепление коническим штифтом. Запрессовка должна производиться с помощью специальных приспособлений
Напряженная	Значительные окружные усилия и скорости и высокая точность передачи с креплением штифтом или винтами и штифтами на фланце
Плотная	Небольшие нагрузки и скорости при средней точности передачи; крепление штифтом, шпонкой или винтами и штифтами на фланце
Скользящая	Небольшие нагрузки в неотсчетных передачах с дополнительным креплением
На конус	Затяг гайкой или винтом
Наиболее надежным креплением следует считать закрепление на фланце винтами и штифтами. Шестерни небольшого диаметра для точных передач нужно изготовлять как одно целое с валиком.
Линейная контактная деформация конического штифтового соединения определяется по формуле
= В’
где В— некоторый постоянный коэффициент (табл. 11);
Р — сила, действующая на штифтовое соединение, в кГ;
R — плечо силы Р в мм\
W# — линейная деформация, отнесенная к точке приложения силы Р по направлению ее действия, в мкм.
В табл. 12 приведены рекомендуемые размеры крепежных элементов зубчатых колес.
11. Значения коэффициента В в зависимости от диаметра штифта и штифтуемого валика (валик и ступица стальные)
Диаметр штифта в мм	Диаметр валика в мм	В	Диаметр штифта в мм	Диаметр валика в мм	В
1	4	1,1	2,5	10	0,03
1,5	5; 6	0,22	3	12	0,014
2,0	8	0,07	4	15	0,0045
При	м е ч а н и е.	Значения коэффициента В приведены для поса-			
док в штифтовом соединении не более свободных, чем —— более					свобод-
ные посадки приводят к		увеличению деформаций.			
12. Размеры ступицы и конического штифта в зависимости от диаметра валика (рис. 1, а) в мм
d	Ступица		Стопор	Штифт		Допускаемый крутящий момент М в кГсм
	dem	h	d2		/	
4	8	2	М2Х0,4	1	9	2,4
5	10	3		1,5	11	6,6
6	12			1,5	14	8,0
8	14	4		2,0	16	19
9	1 16		М3 X 0,5	3,0	18	47,5
10 1	18				20	|	53
12	|	20				22	64
14	22	5<			24	1	74
15 1	24				26	80
16 1	24			4,0	26	150
18	1 25				28	170
20	30	6	М4Х0.7	5,0	32	295
22	32				35	324
25	35	8			40	368
Примечание. Длина ступицы L = (1,5—2,5) d. Материал штифта — сталь 45 нормализованная, нагрузка знакопеременная.						
КОНТАКТНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Деформации зубьев приборных зубчатых передач включают в себя деформации изгиба и контактные деформации. Величины деформаций изгиба зубьев в приборостроении играют второстепенную роль, так как давления (в зубьях) невелики.
Ориентировочное значение контактной деформации зубьев рекомендуется принимать равным контактной деформации двух шаров с радиусами, равными радиусам профилей зубьев в полюсе зацепления.1
Для нормального эвольвентного 20-градусного зацепления радиус кривизны профиля в полюсе зацепления
Qo = Rg sin 20° = 0,34£g.
Отсюда контактную деформацию можно определить по известной формуле Герца
W = 1,55
3 ЛР* 0,34 (ddi + dd2) \/ E^Q,34ddddi
2,25
-13Л2(^, + ^г)
V E2dddd,
СМ,
где	Р — действующая сила в кГ;
ddi и — диаметры делительных окружностей колес в мм; Е — модуль упругости материала колес.
Для стальных колес
£ = 2,1 -10е кГ/см\
W 1,4
,3/>2(^+<Ч) и ад.
мкм.
Рекомендуемые посадочные диаметры колес в мм\ 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 14, 15, 16, 18, 20, 22, 25.
ДИФФЕРЕНЦИАЛЫ
Зубчатым дифференциалом называют зубчатый механизм, позволяющий производить сложение и вычитание угловых (или линейных) величин. Применяются следующие дифференциалы: плоский, конический, реечный, червячный, дифференциал с винтовыми колесами (с перекрещивающимися осями), дифференциал со спиральными колесами,(с параллельными осями).
Плоский дифференциал (планетарная передача) может быть с внешним (рис. 12, а, б) или с внутренним зацеплением. От остальных зубчатых дифференциалов (кроме червячного) он отличается тем, что передаточные числа в нем можно варьировать. При передаче от вала 1 (zj к валу 2 (z2), если z3 = z4, передаточное число равно i = —; если
,	.	?1	о	-1	г124
z3 =# z4, то I = —--- при передаче от вала 2 к корпусу 4=1-.
г2	^2гз
По данным С. Т. Цуккермана.
Конструктивное оформление плоских дифференциалов весьма разнообразно.
Конический дифференциал (рис. 13) состоит из двух конических шестеренок 1 и 3 и одной, чаще двух малых конических шестеренок 2, называемых сателлитами. Вращая шестерню 5 при неподвижном вале 4, получим вращение шестерни 1 в обратном направлении с передаточным Числом i = —Г, вращая вал 4 с сателлитами при неподвижной шестерне 5, получим вращение шестерни 6 с передаточным числом i = 2.
Если ведомой частью будет вал 4, то передаточное число от обеих шестерен i — 1:2. Сателлиты 2 должны плавно вращаться на осях и не
Рис. 12. Плоский дифференциал шкального механизма
иметь осевого люфта. Это достигается подрезкой торцов сателлитов шестерен или осей. На рис. 14 показаны другие конструкции конических дифференциалов. Конический дифференциал — наиболее компактный из такого рода суммирующих механизмов. При малом числе зубьев у шестерен угловая ошибка и мертвый ход на ведомом валу могут достигать 30'—1°.
Реечный дифференциал предназначен для суммирования линейных величин. Он состоит из двух зубчатых реек и сцепленной с ними цилиндрической шестерни (рис. 15). Перемещая поочередно каждую из реек, получим перемещение оси шестерни, равное алгебраической полусумме перемещений реек. Перемещая одну из реек или катая по ней шестерню, получим перемещение второй рейки с передаточными числами i = —1 и 4=2.
Червячным дифференциалом может быть червячная пара при достаточной длине (числе витков) червяка. Червячный дифференциал всег, а выполняется необратимым, т. е. ведомым всегда является червячное колесо. Два независимых движения червяка (вращение и перемещение его вдоль оси) одинаково сообщают угловое вращение колесу (рис. 16 и 17).
n	sn
Перемещение оси колеса при вращении червяка равно , где s— ход винтовой линии червяка, п — число оборотов червяка. При осевом перемещении червяка передаточное число такое же, как и в случае реечного дифференциала. На рис. 18—21 даны конструкции раздвижных


Рис. 14. Конструкции конических дифференциалов
Дифференциалы
Рис. 18. Конструкция разрезных цилиндрических шестерен для уменьшения мертвого хода в передаче: а, б — соединения на винтах, в — соединение пружиной
Рис. 20. Разрезная шестерня со спиральной пружиной
Рис. 21. Разрезная шестерня с регулировочными винтами для ненагруженных передач, не подвергающихся ударам и вибрациям
шестерен, на рис. 22 — конструкция конического дифференциала с большим передаточным числом.
На рис. 23—25, а также на рис. 2 и 3 показаны конструкции отсчетных червячных механизмов. На рис. 26 приведена кремальера грубого Движения микроскопа, на рис. 27 и 28 — примеры вычерчивания шестерен. Пример простановки допусков на чертеже см. на рис. 5.
Рис. 22. Комбинированный механизм — конический дифференциал и червячная передача с очень большим передаточным числом
1, 2-—червяки; 3, 4—валы
Рис. 23. Червячный лимб с отключающимся червяком
Рис. 24. Отключающийся червяк на шаровом подпятнике:
/ — подшипник; 2 — пружина
Рис. 25. Червячный лимб с приспособлением для коррекции ошибок, вызываемых эксцентриситетом червячной шестерни
Рис. 26. Кремальера грубого движения тубуса микроскопа:
1 —трибка; 2 — паразитная шестерня;
3 — коническая разрезная тормозная втулка
Рис. 27. Пример вычерчивания цилиндрического зубчатого колеса
Рис. 28. Пример вычерчивания конического зубчатого колеса
РАСЧЕТ МОМЕНТОВ И УСИЛИЙ В ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧЕ
Расчет моментов и усилий в механизмах ведется от конечных ведомых звеньев к ведущему. Подсчитанные или известные моменты трения или силовые нагрузки концевых ведомых звеньев должны быть приведены к ведущему звену через все промежуточные передачи с учетом их собственных моментов.
Формула расчета на каждой ступени передачи
= -
здесь Mi — момент на ведущем звене;
М2 — момент на ведомом звене;
2-2
ti2 — —- — передаточное отношение;
г\
т] — к. п. д. передачи;
М^ — собственный момент трения ведущего звена.
Собственный момент трения ведущего звена Мх чаще всего является моментом трения подшипников, в которых оно установлено.
Ниже приведены собственные моменты трения наиболее ^потребительных шарикоподшипников класса П.
Внутренний диаметр подшипника в мм
Момент трения в Гем
3
5
6
8
9
10
12
15
2-3
6—9
10—14 16—24 20-30
25—38
36-54
56—84
В табл. 13—16 приведены значения к. п. д. зубчатых и червячных передач.
13. Коэффициенты полезного действия т] стальных прямозубых цилиндрических колес
Число зубьев Z	Окружное усилие Р в Г												
	2	5	10	20	30	40	50	80	100	200	500	1000	3000
14 20 30 40 50 100 150	0,32 0,52 0,68 0,76 0,82 0,90 0,94	0,40 0,58 0,72 0,80 0,82 0,91 0,94	0,50 0,65 0,77 0,82 0,86 0,93 ,0,95	0,62 0,73 0,82 0,86 0,89 0,95 0,96	0,69 0,78 0,85 0,89 0,91 0,95 0,97	0,73 0,81 0,87 0,91 0,92 0,96 0,97	0,77 0,83 0,89 0,92 0,94 0,96 0,97	0,82 0,87 0,92 0,94 0,95 0,97 0,98	0,85 0,89 0,92 0,95 0,95 0,97	0,90 0,92 0,94 0,95 0,96 0,98	0,93 0,94 0,96 0,97 0,97	0,94 0,96 0,97 0,97 0,98	0,95 0,96 0,97
													
14. Коэффициенты полезного действия т] стальных винтовых колес (оси перпендикулярны)
л подъе-Ч )ад	Окружное усилие Р в Г											
	2	10	20	30	40	50	80	100	200	500	1000	3000
и. с\5 >> 2 Ю						К. п. д.						
45	0,36	0,38	0,40	0,43	0,45	0,48	0,51	0,55	0,63	0,75	0,78	0,81
30	0.35	0,37	0,39	0,40	0,43	0,44	0,47	0,50	0,57	0,66	0,72	0,79
20	0,33	0,34	0,36	0,38	0,39	0,40	0,44	0,46	0,53	0,62	0,67	0,74
15	0,30	0,32	0,34	0,35	0,36	0,38	0,40	0,43	0,49	0,57	0,62	0,69
15. Коэффициенты полезного действия т] стальных конических колес
Число	Окружно						*е усилие Р в Г						
зубьев Z	2	5	10	20	30	40	50	80	100	200	500	1000	3000
14	0,22	0,32	0,44	0,57	0,65	0,70	0,73	0,80	0,82	0,88	0,92	0,93	0,95
20	0,45	0,52	0,60	0,70	0,75	0,79	0,81	0,86	0,87	0,91	0,95	0,95	0,96
30	0,63	0,68	0,73	0,80	0,83	0,86	0,87	0,91	0,91	0,95	0,96	0,96	0,97
40	0,72	0,76	0,80	0,85	0,87	0,89	0,91	0,93	0,94	0,96	0,97	0,97	—
50	0,78	0,80	0,83	0,87	0,90	0,91	0,92	0,95	0,95	0,96	0,97	—	0,98
100	0,88	0,90	0,92	0,94	0,95	0,95	0,96	0,97	0,97	0,98	—	—	—
16. Коэффициенты полезного действия т) червячных передач (колесо бронзовое, червяк стальной)
Угол подъема рл		Окружное усилие Р в Г								
		10	20	40	60	100	200	500	1000	3000
	в град									
До	2	0,10	0,10	0,12	0,12	0,13	0,16	0,19	0,20	0,22
Св.	2 до 3	0,13	0,14	0,15	0,15	0,18	0,20	0,25	0,26	О,’ЗО
	3 » 4	0,16	0,17	0,18	0,20	0,21	0,25.	0,29	0,32	0,35
	4 » 5	0,20	0,21	0,22	0,24	0,28	0,30	0,35	0,38	0,42
	5 » 7	0,21	0,23	0,25	0,28	0,31	0,34	0,42	0,46	0,50
	7 » 9	0,26	0,28	0,30	0,32	0,35	0,40	0,48	0,52	0,58
»	9 > 12	0,29	0,30	0,32	0,35	0,39	0,45	0,52	0,57	0^63
	12 » 15	0,31	0,34	0,36	0,38	0,42	0,48	0,56	0,61	0,68
»	15 » 18	о,зз-	0,34	0,38	0,40	0,44	0,51	0,60	0,64	0,71
При i =£ 1 следует пользоваться соотношением т)12 =
га где Л12 — к- п. Д- передачи с передаточным отношением ц2 = —•
гх
21	,
— к. п. д. передачи с передаточным отношением (ц = — = 1; т)2 —
22	1 .
к. п. д. передачи с передаточным отношением г22 = — = 1; hi н h-г — ^2
берутся из таблицы для тех же окружных усилий Р.
РАСЧЕТ МЕРТВЫХ ХОДОВ В ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧЕ
Удобнее всего расчетошибок и мертвых ходов производить в единицах той величины, которая вырабатывается механизмом и отсчитывается на его шкалах. Для производства расчета в данных единицах необходимо определить цены оборотов всех звеньев кинематической цепи механизма или прибора.
Ценой оборота А вала называется число отсчетных единиц, соответствующих полному обороту вала (детали)
А 2 — A if'i2,
где Ai и А 2 — цены оборотов ведущего и ведомого звеньев пары в отсчетных единицах;
/12 — передаточное отношение пары.
Мертвый ход ДА рассчитывают по следующим формулам:
для цилиндрической прямозубой реечной и конической передач
2(k + eruu + f)A тг '
для цилиндрической передачи с косозубыми колесами
дд __ 2 (/г 4~ епт + /) А ' тг cos Рз ’
для червячной передачи
дд __	+ епш + /) ^
тг cos со
В приведенных формулах k — коэффициент, учитывающий величину бокового зазора между зубьями и зависящий от класса точности колес^ а также наличия или отсутствия регулировки межцентрового расстояния (табл. 13—16); вщц — величина радиального зазора в подшипнике; f — суммарная величина упругих линейных деформаций (изгиба валика, зуба, опоры). Этот коэффициент должен учитываться при наличии достаточно больших нагрузок и невысокой жесткости передачи; т — модуль; г — число зубьев.
Методика и примеры расчета суммарных ошибок зубчатой передачи приведены в гл. IX.
Упругий мертвый ход, вызванный деформациями деталей передачи, зависит главным образом от закручивания валиков, а также от прогиба Длинных консольных валиков. Упругий мертвый ход может стать
17. Коэффициент k (в Мин) для определения двойного угла закручивания стальных валиков
\ d в мм L в мм	3	4	5	6	7	8	9	10	12	14	15
10	0,1082	0,0342	0,0140	0,0068	0,0036	0,0021	0,0013	0,0009	—	—	—
15	0,1623	0,0513	0,0210	0,0102	0,0054	0,0032	0,0020	0,0014	—	—	—
20	0,2164	0,0684	0,0280	0,0136	0,0072	0,0042	0,0026	0,0018	0,0008	—	—
25	0,21705	0,0855	0,0350	0,0170	0,0090	0,0052	0,0032	0,0022	0,0010	0,0006	0,0004
30	0,3246	0,1026	0,0420	0,0204	0,0108	0,0063	0,0039	0,0027	0,0012	0,0007	0,0005
35	0,3787	0,1197	0,0490	0,0238	0,0126	0,0074	0,0046	0,0032	0,0014	0,0008	0,0006
40	0,4328	0,1368	0,0560	0,0272	0,0144	0,0084	0,0052	0,0036	0,0016	0,0009	0,0007
45	0,4869	0,1539	0,0630	0,0306	0,0162	0,0094	0,0058	0,0040	0,0018	0,0010	0,0008
50	0,5410	0,1710	0,0700	0,0340	0,0180	0,0104	0,0064	0,0044	0,0020	0,0010	0,0009
55	0,5951	0,1881	0,0770	0,0374	0,0198	0,0115	0,0071	0,0049	0,0022	0,0012	0,0009
60	0,6492	0,2052	0,0840	0,0408	0,0216	0,0126	0,0078	0,0054	0,0024	0,0014	0,0010
65	0,7033	0,2223	0,0910	0,0442	0,0234	0,0137	0,0085	0,0059	0,0026	0,0025	0,0011
70	0,7574	0,2394	0,0980	0,0476’	0,0252	0,0148	0,0092	0,0064	0,0028	0,0022	0,0012
Зубчатые передачи
особенно заметным при большой цене оборота валика, а также при большой нагрузке, длине и малом диаметре валика.
Расчет угла закручивания валика производится по формуле
. kMA
Дф“ 216 000 ’
где М — скручивающий момент на валике в Гем;
А — цена оборота валика в отсчетных единицах.
Коэффициент k вычисляют по формуле
_ 640L
“ Gitk^d* 9
где L — длина скручивающейся части валика;
d — диаметр валика;
G — модуль сдвига для материала валика в кГ/см2\
kq> — коэффициент для перевода градусной меры угла в радианы; /гф = 291 • 10~в рад/у еловые минуты.
В табл. 17 даны значения коэффициента k для стальных валиков (k — двойной угол закручивания участка валика длиной L и диаметром d под действием момента 10 Гем).
Расчет влияния прогиба консольно закрепленного валика на упругий мертвый ход следует производить только в тех случаях, когда консольная длина валика L (расстояние от средней плоскости шестерни до торца подшипника) не менее чем в 5—10 раз превосходит его диаметр и нагрузка на него достаточно велика.
_ 20Р/3 3>Ed* 9
где f — величина прогиба;
Р — давление на зубчатую шестерню (окружная сила сопротивления);
/ — консольная длина валика;
d — диаметр валика;
Е — модуль упругости.
Прогиб валика f вызовет упругий мертвый ход, равный Дф =	,
где г—радиус начальной окружности шестерни.
Литература: (49, 63, 92, 93, 94 ].
ГЛАВА XIII
МЕХАНИЗМЫ ТОНКОЙ И ГРУБОЙ ПОДАЧИ. ПРЕДМЕТНЫЕ СТОЛИКИ МИКРОСКОПОВ
МЕХАНИЗМЫ ТОНКОЙ ПОДАЧИ
Механизмы тонкой подачи предназначены для фокусировочного перемещения объекта или объектива вдоль оптической оси микроскопа. Иногда они используются и для измерений на препаратах по оси z. В этом случае необходимо при определении истинных размеров объекта учитывать коэффициент преломления среды.
Требования к механизмам тонкой подачи
Механизмы тонкой подачи должны иметь высокую кинематическую чувствительность, так как глубина резкого изображения иммерсионных микрообъективов мала (0,4—0,6 мкм). У большинства отечественных и зарубежных микроскопов она составляет примерно 0,3 мкм на 1° поворота рукоятки.
Мертвый ход не должен превышать 1—3 мкм. Для устранения мертвого хода в механизме должно быть предусмотрено силовое замыкание.
В тех случаях, когда на микроскопе производится фотографирование, микрокиносъемка, фотометрирование и т. д., особое внимание должно быть уделено устранению самопроизвольного смещения тех узлов, которые перемещают механизм. Скорость смещения не должна быть больше
Т мкм/ч,	<*)
где Т — глубина резкого изображения объектива; t — время проведения исследования.
Обычно veM не должна превышать 2—3 мкм/ч.
У отдельных микроскопов, используемых для просмотра объектов по глубине, механизм тонкой подачи должен обеспечивать достаточную скорость просмотра, которая определяется по формуле
Т
vM — мкм/сек,	(2)
Гр
где tp — время реакции приемника информации, необходимое для правильного опознавания объекта.
При визуальном наблюдении для тренированного наблюдателя при общем количестве изучаемых событий не более 100 и одновременном числе событий в поле зрения 1—2 время реакции, определенное согласно теории информации, находится в пределах 0,1—0,3 сек.
В табл. 1 указаны значения скорости микроподачи, вычисленные по формуле (2) без учета увеличения глубины резкого изображения за счет аккомодации глаза, и угловая скорость вращения рукоятки тонкого движения со при кинематической чувствительности механизма 0,3 мкм/град.
1. Рекомендуемые скорости микроподачи
Объектив	v в мкм/сек		со в град/сек	
	наибольшая	наименьшая	наибольшая	наименьшая
10X0,30	68	23	226	73
20X0,65	14,5	4,8	48	16
60X1,0	6,1	2,0	20	6,6
90X1,30	4,1	1,38	14	4,6
При увеличении глубины резкого изображения за счет аккомодации глаза скорости просмотра возрастают примерно в 2 раза.
Величина перемещения для обычных механизмов тонкой подачи составляет 2—2,5 мм, для измерительных — около 1 мм.
Конструкции и схемы механизмов тонкой подачи
Механизмы для тонкой подачи состоят из двух частей:
а)	микромеханизма, обеспечивающего необходимую чувствительность или точность перемещения;
б)	направляющих, на которых производится установка и движение предметного столика или объектива.
Конструкция направляющих в основном определяет жесткость механизма и его мертвый ход.
В отечественных микроскопах чаще всего применяют микромеханизмы двух типов: рычажно-зубчатые в качестве фокусирующих механизмов в рабочих моделях микроскопов для небольших нагрузок (до 1—2 кГ) и рычажно-винтовые, применяемые в тех микроскопах, на которых производятся измерения по координате z, требуется повышенная износоустойчивость механизма и нагрузки могут достигать 10 кГ.
На рис. 1 показаны кинематические схемы микромеханизмов микроскопов. х
В механизмах тонкой подачи используются направляющие с трением скольжения, трением качения и молекулярным трением (пружинные направляющие). Направляющие с трением скольжения типа «ласточкин хвост» изготовляются из латуни ЛС-59-1, имеют мертвый ход до 5—8 мкм и применяются обычно в простых моделях микроскопов. В качестве направляющих с трением качения используют шариковые или роликовые направляющие. Мертвый ход в них не превышает 2—4 мкм. На рис. 2 показаны различные конструкции, применяемые в микроскопах. Направляющие изготовляются из стали 50 или стали 20 с последующей цементацией и закалкой.
Рис. 1. Кинематические схемы микромеханизмов: а — рычажнозубчатый механизм биологических микроскопов; б — рычажновинтовой механизм с горизонтальным расположением рукояток; в — рычажно-винтовоймеханизммикроскопа МИМ-7; г — рычажно-винтовой дифференциальный механизм
Рис. 2. Конструкции направляющих механизмов тонкой подачи: а — шариковые; б — игольчатые типа «ласточкин хвост»; в — игольчатые с цилиндрическими направляющими
Пирамидальность рабочих поверхностей направляющих, по которым катятся иголки, не должна превышать Г. Благодаря сферическим опорам значительно упрощается сборка. Для правильной работы сферической опоры необходимо, чтобы центр крайней иголки в верхнем и нижнем положениях переходил через центр вращения сферы (размер б на рис. 2, в). Игольчатые направляющие такой конструкции наиболее износоустойчивы и имеют достаточную жесткость.
Пружинные направляющие практически не имеют мертвого хода и поэтому применяются прежде всего в механизмах, связанных с изме-
Рис. 3. Схема пружинных направляющих: а — одинарный параллелограмм; б — пружинный механизм точной подачи; в — двойной параллелограмм
рениями. Чаще всего используют направляющие с плоскими пружинами, выполненные в виде одинарного или двойного параллелограмма. Схема таких направляющих показана на рис. 3.
Траектория, описываемая концом пружины, близка к дуге окружности с радиусом /?, равным 3/4 длины пружины /. В тех случаях, когда требуется прямолинейное перемещение, применяется двойной параллелограмм. В этом случае смещение А/, возникающее в одном параллелограмме, компенсируется таким же смещением другого параллелограмма, но направленным в другую сторону (рис. 3, в). Для более точной работы направляющих рекомендуется размер а делать больше размера / (рис. 3, а). Второй параллелограмм необходимо принудительно перемещать в 2 раза медленнее (рис. 3, б).
Пружины параллелограммов изготовляют из стали 70С2ХА толщиной 0,2—0,5 мм и шириной 20—30 мм.
МЕХАНИЗМЫ ГРУБОЙ ПОДАЧИ
Механизмы грубой подачи предназначены для предварительной наводки микроскопа на резкость с сильными микрообъективами и для окончательного фокусирования при работе со слабыми микрообъективами. Кинематическая чувствительность грубой подачи определяется отношением квадратов апертуры микрообъективов и может быть ниже кинематической чувствительности тонкой подачи примерно в 100 раз, т. е. около 30 мкм на 1° оборота рукоятки.
Величина хода грубой подачи зависит от толщины объекта и взаимного расположения объектива и объекта.’ Если объектив расположен под объектом, величина перемещения может не превышать 25—30 мм. При верхнем расположении объективов вследствие различной их высоты и для обеспечения возможности исследования больших объектов величина хода грубой подачи обычно берется не менее 40—50 мм.
В качестве направляющих для механизмов грубой подачи используют направляющие скольжения типа «ласточкин хвост» или направляющие качения с шариками. Для перемещения чаще всего используют реечное зацепление.
Рис. 4. Конструкция соосно расположенных рукояток тонкого и грубого движения
Максимальные удобства работы на микроскопах дают механизмы, имеющие соосно расположенные рукоятки для тонкого и грубого движения. Такая конструкция показана на рис. 4.
При вращении рукояток / движение через трибку 7 передается на шестерню 11 рычажно-зубчатого механизма, который и производит
1	рукояткой
тонкую подачу корпуса 3 вместе с предметным столиком. При повороте рукояток 2, через трибки 4 и рейки 10, производится грубое перемещение направляющей 5, на которой закрепляется столик. Регулирование тугости хода грубой подачи производится гайкой 8 с помощью разрезного конического вкладыша 9. Промежуточная втулка 6 разделяет трибки 7 и 4.
Дальнейшее развитие механизмов тонкой и грубой подачи идет по линии применения одной направляющей для обоих движений и применения одной рукоятки для осуществления этих движений. Кинематическая схема механизма с одной направляющей инфракрасного микроскопа МИК-4 показана на рис. 5, а, а на рис. 5, б показана кинематическая схема механизма поляризационного микроскопа фирмы «Лейтц» (ФРГ) с одной направляющей и одной рукояткой для обоих движений.
Работа механизма, показанного на рис. 5, а, состоит в следующем. При вращении рукояток 1 с помощью винта 8 перемещается гайка 7, которая через шпонку 14 толкает втулку 15. Втулка 15 своим фланцем качает рычаги 4 и 6 вокруг оси 5. Рычаг 6 поступательно перемещает вверх или вниз стержень 13 с резьбой, который, в свою очередь, через гайку 12 двигает направляющую //. Так осуществляется тонкая подача. Грубая подача производится с помощью рукояток 2, которые неподвижно связаны со втулкой 3. Вместе со втулкой *3 поворачивается винтовое колесо 16 и вращение через винтовое колесо 9 и шпонку 10 передается на стержень 13, который с помощью резьбы перемещает гайку 12 и направляющую 11.
У механизма, показанного на рис. 5, б, при вращении рукояток / в пределах зазора между .штифтами 2 и 3 с помощью кулачка 6, имеющего скос, и шарика 5 осуществляется тонкое поступательное перемещение червяка 4. В свою очередь, червяк 4 при поступательном движении поворачивает колесо /, которое через трибку 8 перемещает рейку 9 и вместе с ней направляющую предметного столика.
Грубое движение производится при соприкосновении штифтов 2 и 3 путем вращения червяка 4 и колеса 7. Таким образом, диапазон тонкой подачи в этом механизме ограничен и составляет 0,1 мм.
ПРЕДМЕТНЫЕ СТОЛИКИ МИКРОСКОПОВ
Рассматриваются механизмы, служащие для перемещения объекта в плоскости, перпендикулярной оптической оси микроскопа в прямоугольных или полярных координатах. Следует различать два вида перемещений — поисковое и измерительное.
Требования к механизмам предметных столиков
Кинематическая чувствительность механизмов перемещения объекта определяется увеличением микроскопа, структурой препарата и методом исследования его. Вследствие этого требования к ней изменяются в довольно широких пределах для различных задач. Так как перемещение объекта обычно осуществляется с помощью вращательного движения рукояток, то кинематическая чувствительность механизмов перемещения равна
т] =	мкм,/град,	(3)
где А / — минимальный размер препарата.
Для микроспектрофотометрических работ при диаметре зонда 1 мкм т) = 0,5 мкм!град, для поляризационных микроскопов при минимальном размере зерна 10 мкм т| = 5 мкм/град.
19 Заказ 1902
При визуальном поиске столик должен иметь скорость перемещения со 10к
VCm =-------о~ ММ/се К,
Чок Р
где со — угловая скорость слежения, равная 15—30 град/сек\
Фок — угловое поле зрения окуляра;
10К — линейное поле зрения окуляра;
Р — увеличение объектива.
Скорости визуального поиска для стандартного комплекта окуляров и объективов приведены в табл. 2.
2. Скорости визуального поиска в мм/сек
Объектив	Окуляр		
	7х	10х	15х
10х	0,9—1,8	0,65^1,3	0,45—0,9
20 х	0,45—0,9	0,32—0,65	0,22—0,45
60 х	0,15—0,3	0,1—0,21	0,08-0,15
90х	0,1—0,2	0,07—0,14	0,05—0,1
Мертвый ход в механизмах поисковых предметных столиков обычно не должен превышать V20 оборота рукоятки, а в измерительных предметных столиках — V2 иены деления от
счетного механизма.
Усилия на рукоятках предметных столиков не должны превышать значений, указанных в табл. 3.
Конструкции предметных столиков
Предметные столики состоят из следующих частей: подвижных кареток; механизмов для закрепления объектов и их перемещения; отсчетных устройств. В качестве направляющих для кареток столиков используются направляющие с трением
3. Рекомендуемые усилия на рукоятках
Диаметр рукоятки в мм	Допустимый момент в кгсм	Угол поворота пальцами рук (без перехвата)
10	0,35	Более 180°
10-16	0,5	100—120°
35—40	0,8	Не более 80°
скольжения, трением качения и молекулярным трением.
На рис. 6 показано устройство скользящего столика биологических и металлографических микроскопов, имеющего направляющие скольжения. Столик состоит из двух дисков 1 и 2, притертых друг к другу. Верхний диск изготовляется из латуни, нижний — из латуни или чугуна. Постоянный контакт между дисками создается благодаря атмосферному давлению. Смазка между дисками состоит из смеси жидкого масла МС-14 и густой смазки 6-2. Вязкость смеси подбирается опытным путем до полу
чения необходимой чувствительности перемещения. Столик с такими направляющими имеет чувствительность движения вполне достаточную при работе с объективами, имеющими увеличение до 40х.
Предметный столик КС-2, позволяющий перемещать объект 9 Двух взаимно перпендикулярных направлениях, показан на рис. 7, а. Препа
рат перемещается с помощью двух соосно расположенных рукояток / и 2; закрепление его осуществляется держателями 3 и 4, расстояние между которыми фиксируется С помощью зажимных винтов 7. По шкалам 5 и 6 производится отсчет перемещения объекта. Винтом 2 и гайкой 1 (рис. 7, б)
Рис. 6. Скользящий столик
производится продольное перемещение зажимного устройства вместе с препаратом, а с помощью трибки 3 и рейки 4 — поперечное пере-
мещение каретки столика.
На рис. 8 показан механизм для перемещения кареток установочной части столика микроскопа МПЭ-1. Этот механизм позволяет получить
Рис. 7. Столик с крестообразным движением: а — общий вид; б — конструкция соосно расположенных рукояток столика
тонкое и грубое перемещение кареток с передаточным отношением 1 : 20. При грубом перемещении вращают рукоятку /, которая с помощью трибки 2 перемещает рейку, связанную с кареткой установочной части. Для тонкого перемещения сцепляют зубчатые муфты 3 и 5, и при вращении рукоятки 6 движение передается через червяк 7 и червячное колесо 4 на трибку 2.
При некоторых видах измерений (измерения следов заряженных частиц в фотоэмульсиях) требуется строгая линейность перемещения столика. Случайные отклонения не должны превышать 0,03 мкм на длине 500 мкм. Направляющие качения, имеющие чистоту рабочих поверхностей до 13-го класса вследствие наличия микронеровностей на них и огранности тел качения, имеют случайные отклонения до 0,3—0,5 мкм
Рис. 8. Механизм тонкого и грубого движения кареток
на длине 500 мкм, что недопустимо. Для подобного рода измерений применяют два типа столиков:
1) с направляющими скольжения, которые в связи с большой площадью касания трущихся поверхностей обеспечивают достаточную линейность перемещения;
Рис. 9. Схемы столиков для получения прямолинейного движения препарата: а — столик с направляющими трения скольжения; б — компенсационный столик с направляющими качения; в — компенсационный столик с пружинными направляющими
2) столики, в которых в качестве элемента, обеспечивающего строгую прямолинейность движения, используется плоскость стеклянного бруса, обработанная с отклонением от плоскостности до долей полосы.
На рис. 9, а показаны направляющие скольжения. Цилиндрики / изготовляются с целью уменьшения трения из фторопласта-4 и перемещаются по тонкошлифованным чугунным направляющим 2. На рис. 9, б
показано устройство столика микроскопа МБИ-8М для измерения среднего угла кулоновского рассеяния следов частиц в эмульсиях. Плоскость 8 стеклянного бруса имеет общее отклонение от плоскостности не более 0,13 мкм и местные ошибки не более 0,013 мкм. Плавающая каретка 2, свободно опирающаяся на шарики /, пружиной 7 прижимается бакаутовыми наконечниками 6 к плоскости 8. При перемещении каретки 3 с помощью винта 4 через иглу 5 движется каретка 2 с установленным на ней объектом. Все случайные отклонения, возникающие при движении каретки 3 в шариковых направляющих, компенсируются плавающей кареткой 2, движение которой определяется качеством плоскости 8.
На рис. 9, в приведена схема столика микроспектрофотометрического микроскопа МУФ-5, имеющего в качестве эталона линейности движения также плоскость стеклянного бруса /, обработанную с большой точностью и имеющую наклон. При возвратно-поступательном движении бруса 1 нижняя каретка 2 смещается на плоских пружинах 3 и вместе с ней перемещается верхняя каретка 5, на которой устанавливается препарат. С помощью винта 4 производится перемещение препарата в поперечном направлении.
В качестве отсчетных устройств у предметных столиков используются линейные и круговые шкалы, а также счетчики, на которых точные числовые значения воспринимаются быстрее и с меньшим количеством ошибок.
Литература: [49, 93 ].
ГЛАВА XIV
ОТСЧЕТНЫЕ УСТРОЙСТВА
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
При любом измерении измеряемая величина сравнивается с каким-либо объектом, служащим прототипом (эталоном). Для оценки величины разности между объектом измерения и эталоном, а также для установки заранее каких-либо величин в приборах (например, углов визирования или прицеливания и т. п.), в оптических измерительных приборах имеются различные отсчетные устройства. Основным методом отсчета является метод совмещения штрихов шкал или установки цифр на счетчиках.
Оптическая часть отсчетного устройства предназначена либо для видимого увеличения измеряемого объекта или отсчетных шкал, либо для увеличения масштаба перемещения, либо для переноса изображения измеряемого объекта в плоскость отсчетного устройства (обычно с увеличением).
ОПТИЧЕСКИЕ ОТСЧЕТНЫЕ УСТРОЙСТВА
Оптические отсчетные устройства могут быть последовательного или параллельного действия [26].;
В системах последовательного действия изображение объекта (шкалы) последовательно передается по ряду систем. В системах параллельного действия изображения объекта (шкалы) передаются по двум параллельным ветвям, несколько отличающимся по увеличению или имеющим различное оборачивание изображений, и сравниваются между собой. Благодаря этому системы параллельного действия дают возможность получить разность или сумму отклонений измеряемых величин и тем повысить точность отсчета.
Оптические отсчетные системы можно разделить:
1)	по принципу действия оптических систем на телескопические системы и системы типа микроскопов;
2)	на системы для линейных и угловых измерений;
3)	на системы прямого отсчета и системы отсчета с микрометрами;
4)	по типу отсчетных шкал — на системы шкалового отсчета, системы со штрихом-оценщиком, нониусного типа и со шкалами, построенными по методу поперечного масштаба;
5)	по способу воздействия на отсчетную систему — на шкаловые механические устройства, если отсчет производится непосредственно в плоскостях расположения самих шкал или их изображений и на оптические микрометры или компенсаторы (если воздействие производится на лучи, передающие изображение шкал);
6)	на системы последовательного и параллельного действия (одинарного и двойного изображения);
7)	по способу возможных математических действий — на системы множительные одинарного изображения и суммирующие двойного изображения.
Точность оптических отсчетных устройств
Точность отсчетных устройств определяется точностью оптических систем, точностью изготовления и сборки отсчетных элементов — шкал и нониусов, а также точностью совмещения штрихов при производстве отсчета.
При определении точности визуального совмещения штрихов нужно учитывать следующие факторы:
а)	предел разрешения оптической системы (гл. II);
б)	точность совмещения штрихов:
при нониальном способе (см. стр. 208)
. v 10^-12"
Де1 =-----г—’
при совмещении с помощью биссектора (см. стр. 258) а "	б-? 8"
Дв2 “ р
(Г — увеличение оптической системы, через которую ведется наблюдение шкалы).
В табл. 1 приведена точность совмещения штрихов, полученная при исследованиях.
1. Точность линейного совмещения при визуальном наблюдении без увеличения
Способ отсчета	Наименьшее деление шкалы в мм	Точность совмещения в мм
По шкале и индексу	1	0,05—0,1
По шкале и нониусу	1	0,03—0,05
По шкале и биссектору	—	0,02—0,03
По шкале с поперечным масштабом (растровой)	0,1	0,02—0,05
На точность совмещения влияет контраст изображения и его освещенность, постоянство освещенности, параллакс изображения, утомление наблюдателя.
Применением оптических микрометров или фотоэлектронного устройства для наведения на штрих можно значительно повысить точность совмещения.
1.	Оптические отсчетные устройства непосредственного отсчета
а)	Устройства прямого отсчета. Отсчет производится по положению индекса, без совмещения со штрихом шкалы, с оценкой доли деления на глаз. Оптическая система служит только для увеличения видимых размеров шкалы.
б)	Отсчет по нониусной шкале (верньеру). Нониус-ной называется шкала, имеющая деления несколько меньшие (или большие), чем деления основной шкалы, что дает возможность отсчитывать доли делений основной шкалы по номеру совмещенного штриха шкалы нониуса. Такой способ отсчета точнее, чем оценка доли делений основной шкалы на глаз.
в)	Отсчет по растровой шкале (шкале поперечного масштаба или трансверсальной). Растровая шкала имеет наклонные к вертикали линии, составленные из марок в виде точек, квадратиков или биссекторов (см. рис. 32, гл. IV). Сдвиг штриха-индекса с одной марки на соседнюю по вертикали соответствует горизонтальному пере-мещению шкалы на величину а = — , где S — расстояние между наклонными линиями, a N — число марок в наклонной линии.
2.	Оптические отсчетные устройства с микрометрами
а)	Винтовые окулярные микрометры. Наиболее часто применяются оптические микрометры с измерительным винтом, у которых сетка с биссектором устанавливается в плоскости изображения окуляра. Отсчет дробных делений производится по шкале на барабане винта, или в последних моделях шкала проектируется в поле зрения окуляра (см. рис. 7 и 8). Цена деления 0,01 мм,
б)	Окулярные микрометры со спиральной шкалой (см. рис. 9). В этом микрометре шкала на сетке имеет вид двойной (биссекториальной) спирали Архимеда. Расстояние между спиралями 0,012 мм, шаг спирали (цена одного витка) 0,1 мм. Внутри спирали находится круговая шкала, имеющая 100 равномерных делений (см. рис. 28, гл. IV). На расстоянии 0,1 мм расположена вторая неподвижная сетка, на которой по радиусу спирали Архимеда нанесены два параллельных штриха, вдоль которых нанесена равномерная шкала с ценой деления 0,1 мм.
м	0,1
Минимальная цена деления спирального микрометра равна = = 0,001, где 0,1 — шаг спирали в мм, 100 — число делений круговой шкалы.
в)	Оптические микрометры, смещающие изображение. С помощью оптических микрометров величина смещения индекса от ближайшего штриха шкалы измеряется путем перемещения изображения штриха шкалы до совмещения с индексом и измерения этого перемещения.
Оптические микрометры делятся на две основные группы: микрометры с использованием изменения направления лучей — оптические компенсаторы — и с использованием смещения лучей без изменения их направления.
2. Характеристики оптических микрометров
Характер смещения . или поворота детали относительно оптической оси системы	Влияние смещения или поворота оптических деталей			
	Пло с ко п араллел ьн ые пластинки (одна или две)	Один КАИН (а хрома тизован н ый)	Два клина	Линзовый компенсатор
Смещение: вдоль оси поперек оси	Не влияет Не влияет	Лучн смещаются параллельно самим себе в главном сечении клина. В сходящемся пучке смещение изображения приблизительно равно (при Пр ~ 1,5) t/=0,5ns'. В параллель-		Смещение изображения в угловой мере равно о = 	а
Поворот: вокруг оптической оси вокруг оси, перпендикулярной оптической оси	В сходящемся пучке наклонная пластинка вызывает движение изображения по кругу, в параллельном ходе не влияет В сходящемся пучке вызывает смещение изображения на dsin art. В параллельном ходе не влияет	ном ходе y=O,5ef', г; образующей изображен В сходящемся пучке изображение двигается по кругу радиуса r=0,5osz Не применяется	ie f' —фокус системы, не после клина Вращение	пары клиньев во взаимно-противоположных направлениях на равные углы отклоняет луч в одной плоскости на угол, равный o=Oi + + o»cos3, где 01 = 01— угол отклонения луча каждым клином, 0 — угол поворота каждого клина от начального	положения (главные сечения совмещены) Не применяются	— —у	, где a — линзы смещение линзы
Оптические отсчетные устройства
Примечание: о — угол отклонения луча клином; s' — расстояние от последней поверхности клина до изображения; а — угол поворота пластинки.
В качестве оптических элементов, служащих для смещения изображения, применяются вращаемые плоскопараллельные пластинки, оптические клинья, длиннофокусные линзы и для грубых измерений — зеркала. В табл. 2 даны характеристики оптических микрометров.
Шкаловые отсчетные устройства
1.	Отсчетная система со шкалой (шкалами) и индексом.
2.	Отсчетная система со штрихом-оценщиком; в плоскости шкалы объекта или ее изображения помещен индекс в виде штриха или биссектора (двойного штриха).
3.	Отсчетная система нониусного типа. Снятие отсчета с основной шкалы производится совмещением ее с другой, выполненной в ином масштабе, шкалой.
Рис. 1. Отсчетный механизм:
/ — шкала грубого отсчета; 2 — шкала точного отсчета; 3 -— винтовой ограничитель вращения
4.	Отсчетная система растрового типа. Устройство, в котором для повышения точности отсчета применена шкала в виде растра, построенного по принципу поперечного масштаба.
Линейные шкалы и нониусы. Оценка дробных делений шкалы производится с помощью нониуса или дополнительного механизма точного отсчета. Нониус служит для более точного, чем на глаз, отсчета дробной доли деления шкалы. Длина шкалы нониуса I = па', где а' — интервал нониуса. На этой же длине уложатся уп. — 1 делений основной шкалы с интервалом а. Тогда
где 7 — модуль нониуса, который обычно принимается равным 1 или 2, I -|- а у =---------------------------------.
па
Величина отсчета по нониусу
.	,	уп — 1 а ,	а
I т=уа — а' = уа---------а = —; а' = уа--------— = ya — t.
Форма индексов. В приборах, отсчет по шкалам которых должен делаться быстро, нониусы не применяются, а применяются дополнительные шкальные механизмы точного отсчета.
Индексы должны быть хорошо заметны (рис. 1). Форма индекса б технологически более проста, чем форма индекса а, но несколько менее заметна.
Точность нанесения линейных делений
Как указано в гл. Щ, разрешающая способность глаза позволяет замечать смещение одной линии относительно другой, равное 10". Установлено, что невооруженный глаз замечает смещение линий до 0,012 мм. Исходя из этого, допуски на деления линейных шкал, рассматриваемых невооруженным глазом, не следует назначать меньше указанной величины. При рассматривании шкалы через лупу или микроскоп с увеличением Гх этот допуск можно уменьшить в Г раз.
Допуски назначают, исходя из технических требований к прибору. Следует назначать предельно допустимые (наибольшие) значения допусков.
Размеры штрихов и допуски на них приведены в табл. 3—9.
3. Толщина штрихов
Шкалы	Ширина штрихов в мм
Шкалы, наблюдаемые невооруженным глазом:	
шкалы лабораторных приборов	Од 5+0.05
шкалы военных приборов	0,25-0.35+0-1
большие шкалы, рассматриваемые при удалении 0,8—1 м	0,8—1+0,2 (и более)
шкалы с делениями, заполненными светосоставом временного действия 1	Не менее 0,8
шкалы, наблюдаемые в лупу	0,15 —-—, где Г — увеличение
или микроскоп	лупы или микроскопа
Особ# точные шкалы лабораторных приборов или станков	0,002—0,05 3
1 Ширина штрихов цифр не менее 1 мм, глубина делений не менее 0,5 мм.
2 В зависимости от цены деления и увеличения.
4. Допускаемые отклонения на деления линейных шкал в мм
Длина шкалы в мм	Класс точности линейных шкал		
	1	1	2	3
До 100 » 200 » 300	±0,05 ±0,06 ±0,07	±0,08 ±0,09 ±0,10	±0,13 ±0,14 ±0,15
Примечание. Допуск назначается от нулевого штриха.			
Допуски на деления угловых шкал
При расчете точности угловых шкал следует также принимать во внимание указанную выше разрешающую способность глаза в различении смещения линий.
Наибольший допуск на угловые деления не должен превышать >/4 цены деления. Для грубых шкал диаметром до 80—100 мм допуск точнее 10' назначать, как правило, нет необходимости. Предельная величина допуска должна быть такой, чтобы на глаз не было заметно неравномерности делений шкалы. Например, шкала барабанчика угломерного прибора диаметром 40 мм имеет число делений 100, угловой размер деления 3,6° (216'), ширину штриха 0,25 мм (45' в угловой мере). Можно назначить допуск 10—15', так как при этом смещение штриха будет не более уз его ширины и не более Vio иены деления. Допуск на все деления назначается от нулевого штриха.
Промежутки между ближайшими делениями всех шкал не должны быть меньше двух-, трехкратной ширины штрихов.
Шкалы на металле
Значения наименьшей величины интервала должны быть не менее значений, указанных в табл. 5.
5. Наименьшая величина интервала в мм
Способ отсчета	Материал шкалы				
	алюминий, дюралюминий	сталь	латунь	нейзильбер	серебро
По индексу	1,0	1,0	0,5	0,5	—
По нониусу	0,7	0,7	0,7	0,2	0,15
Шкалы с отсчетом по нониусу должны иметь часть, на которой нанесены деления, равную рабочей части шкалы плюс длина нониуса. Для повышения точности отсчета рекомендуется в начале и в конце шкалы, а также в конце нониуса наносить по два дополнительных штриха.
Длина штрихов
Длина штрихов зависит от величины наименьшего интервала шкалы и определяется по табл. 6. Длину штриха индекса рекомендуется брать среднюю из длин штрихов шкалы, длины штрихов нониуса — равными длинам штрихов шкалы. Штрихи каждого 5 и 10-го деления шкалы должны быть длиннее прочих делений.
6. Длина штрихов
Величина наименьшего интервала а в мм	Количество длин штрихов					
	1	1 2		1	3		
	Длин$ штрихов в мм					
	малого	большого	малого	большого	среднего	малого
Св.	0,15	До	0,3 »	0,3	»	0,5 »	0,5	»	0,8 »	0,8	»	1,2 >1,2 » 2,0 »	2,0	»	3,0 »	3,0	>	5,0 >	5,0	»	8,0 »	8,0	1,0 1,2 1,5 1,8 2,0 2,5 3,0 4,0 0,5а	1,4 1,7 2,2 2,6 3,0 3,8 4,5 6,0 0,75а	1,0 1,2 1,5 1,8 2,0 2,5 3,0 4,0 0,5а	1,8 2,2 2,8 3,3 4,0 5,0 6,0 8,0 1а	1,4 1,7 2,2 2,6 3,0 3,8 4,5 6,0 0,75а	1,0 1,2 1,5 1,8 2,0 2,5 3,0 4,0 0,5а
Допуски на длины штрихов должны быть легко выполнимыми и в то же время разность длин одинаковых штрихов в пределах одной детали не должна быть хорошо заметна на глаз.
Рекомендуется допуск не более 5% от длин штрихов.
Толщина штрихов
Толщина штрихов зависит от назначения шкалы, способа отсчета, линейной величины интервала и для очень тонких штрихов — от материала шкалы. Для наружных шкал приборов, рассматриваемых невооруженным глазом с достаточно близкого расстояния (0,25-—0,75 м), толщина штрихов должна быть не менее 0,25 мм. При большем удалении шкалы толщина штрихов должна быть соответственно увеличена. Для прочих приборов толщина штрихов должна выбираться по табл. 7. Допуски на толщину штрихов даны в табл. 8.
Для интервалов свыше 2 мм толщина штриха может быть принята 0,2 мм или по условиям видимости 0,15 интервала с округлением до 0,5 мм. Толщина штриха индекса или нониуса должна быть равна толщине штриха шкалы. Толщина штрихов, заполняемых светосоставом, должна быть не менее 0,8 мм.
7, Толщина штрихов
Способ отсчета	Материал шкалы	Величина интервала в мм	Толщина штриха в мм
По индексу	Сталь Дюралюминий Латунь Нейзильбер	Св. 2,0 От 1,5 до 2,0 » 1,0 » 1,5 » 0,5 » 0,7	Св. 0,2 От 0,2 до 0,25 > 0,15 » 0,2 » 0,08 » 0,1
По нониусу	Дюралюминий Латунь Сталь Нейзильбер Серебро	От	1,5	до	2,0 »	1,0	»	1,5 »	0,7	»	1,0 »	0,4	»	0,7 »	0,15	»	0,2	От	0,15	до	0,2 »	0,1	»	0,15 »	0,08	»	0,1 »	0,015	»	0,03 »	0,01	»	0,015
8. Допуски на толщину штрихов в мм
Толщина штриха в мм	Предельное отклонение	Допустимая разность толщины штрихов в одной шкале
От 0,01 до 0,015 »	0,015	»	0,03 »	0,03	»	0,06 »	0,06	»	0,1 »	0,1	»	0,2 »	0,2	»	0,4 »	0,4	±0,003 ±0,006 ±0,01 ±0,02 ±0,03 ±0,04 ±10% от толщины штриха	0,002 0,004 0,006 0,012 0,02 0,03 ±10% от толщины штриха
Размеры цифр
При рассматривании невооруженным глазом шкалы, удаленной на расстояние не более 0,4 м, высота цифр должна быть равна полуторакратной величине интервала с округлением до 0,5 мм, но не менее 2 мм. При отсчете с расстояния более 0,4 м высота цифр должна быть соответственно увеличена. При отсчете с помощью лупы или микроскопа высота цифр должна быть равна 0,6—0,8 длины малого штриха. Наименьший размер цифр: на серебре — 0,2 мм, на нейзильбере и латуни — 0,3 мм.
Типы и размеры цифр выбираются по соответствующей нормали. Рекомендуется делать оцифрованные штрихи одинаковой длины. При затруднениях с местом для помещения цифр в один ряд допускается оцифровка штрихов различной длины.
Точность отсчета, условия освещения и средства отсчета определяют наименьшую линейную величину интервала шкалы, выбираемую по
табл. 9. Штрихи целесообразно выполнять с прямоугольным профилем. Прямоугольное сечение штрихов достигается фрезерованием дисковой фрезой, что более производительно, чем фрезерование коническим резцом. Кроме того, штрих получается ровнее и чище. Иногда в зависимости от размеров, конфигурации деталей и числа делений более дешевым является нанесение шкал методом фототравления. Еще дешевле метод фотопечати. По устойчивости против стирания наилучшими являются гравированные деления.
9. Допустимая наименьшая величина интервала шкалы в зависимости от условий работы отсчетного устройства
Способ отсчета	Средство наблюдения	Точность отсчета в долях интервала	Наименьшая линейная величина интервала в мм	
			Условия освещения	
			средняя освещенность	хорошая освещенность
По индексу	Невооруженный глаз	V*1 ‘/w1	1,0 1,2 1,5	—
По индексу	Лупа	V*1	1,0 Г 1,2 Г 1,5 Г	—
По нониусу	Невооруженный глаз	v„	1.2 4- — п 1.2+ -Ы п	0,8 + ^ п 0.8+ п
По нониусу	Лупа			
			Г	Г
1 Доли интепвала оцениваются на глаз. Примечание. Г — увеличение лупы, п — число делений нониуса.				
КОНСТРУКЦИИ ОТСЧЕТНЫХ УСТРОЙСТВ
Конструкций отсчетных устройств очень много (различные отсчетные микроскопы и др.). Конструкции должны удовлетворять следующим требованиям:
1)	обеспечивать удобный отсчет измеряемой величины, освещенность, отсутствие бликов;
2)	собственная ошибка отсчетных устройств (шкала, индекс) должна быть значительно меньше, чем ошибка измерительного устройства прибора;
3)	должно быть предусмотрено удобство юстировки нулевого положения шкал;
4)	во избежание ошибки от параллакса края штрихов шкалы и индекса должны лежать в одной плоскости и с малым разрывом;
5)	толщина штрихов шкалы и нониуса (индекса) должна быть одинаковой;
6)	должна быть предусмотрена подсветка шкалы для пользования ею в ночное время.
Некоторые типовые конструкции отсчетных устройств даны на рис. 1—8. На рис. 9 показана конструкция отсчетного окуляра инструментального микроскопа.
В винтовом окулярном микрометре МОВ-4-15х (рис. 8) отсчетная шкала с ценой деления 0,01 мм представляет собой стеклянный лимб 3, закрепленный на вращающейся вместе с барабаном / микрометра гайке 2. Изображение шкалы лимба оптической системой проектируется в плоскость сеток 4 и 5. На подвижной сетке 4 нанесена шкала (в мм), на неподвижной сетке 5 имеется индекс.
На рис. 10 показан винтовой окулярный микрометр МОВУ-1-15х с угломерным устройством; цена деления 6'.
На рис. 11 изображен механизм растровой сетки оптической отсчетной системы координатно-расточного станка. На шкалу 2 растрового типа оптической системой проектируется отсчетный штрих 3 линейной или круговой шкалы, закрепленной на подвижной части станка. Рамка со шкалой 2 подвешена на двух плоских пружинах /. С помощью дифференциального винта 6 и сухаря 5 шкалу 2 можно смещать, при этом механический индекс / перемещается с большей скоростью вдоль шкалы 8, цена деления которой составляет Vlo цены деления растровой шкалы. Винт 4 служит для приведения растровой шкалы на нуль.
Более часто применяются отсчетные устройства, в которых растровая шкала установлена в фокальной плоскости проекционного объектива. В эту же плоскость проецируется изображение отсчетной линейки или шкалы, а затем изображение штриха линейки и растр совместно проецируются на экран, на котором наблюдают совмещение штриха с требуемым делением растра. Такая система позволяет исключить ошибки проецирующей системы (они одинаковы для штриха линейки и для растра). По такой схеме построен ряд оптических отсчетных устройств для точных металлорежущих станков.
Одной из доминирующих ошибок в угломерных приборах является
л	д е sin Ф
ошибка от эксцентриситета круговых шкал, которая равна Д<р = —5—1,
R где е — эксцентриситет, R — радиус окружности делений, <р — угол поворота шкалы от начального положения.
Для исключения этой ошибки применяется отсчет в двух диаметрально расположенных точках шкалы со взятием средней величины отсчета. Для этой цели применяются оптические системы, позволяющие сразу получать вместо двух отсчетов среднее из них (системы для совместного отсчитывания).
Способ совместного отсчета состоит в том, что углы отсчитывают с одной стороны А лимба, совмещая оптическим путем ее изображение с изображением противоположной стороны В лимба и неподвижным
Рис. 2. Типовой отсчетный барабан прицела:
а — без фиксатора: / — шкала; 2 — гайка; 3 — планка с индексом; б—с фиксатором: / — подшипник; 2 — пружинное кольцо, закрепленное в двух точках на подшипнике /ив двух точках на кольце 3; 3 — кольцо с торцовыми зубьями; 4 — фланец с торцовыми зубьями.
Рис. 3. Отсчетный барабан с шайбо-кулачковым ограничителем вращения:
/ — шкала; 2—стопор; 3 — винт; 4 — фиксирующий кулачок;
5— кулачковая шайба; б—упорный штифт
Рис. 4. Микрометрический винт со шкалами грубого и точного отсчета механизма перемещения столика микроскопа:
/ — шкала грубого отсчета? 2 — шкала точного отсчета
Рис. 5. Спиральная шкала Рис. 6. Спиральная шкала с внутренней нарезкой (индекс с перемещающимся по спираль-йеподвижен, шкала вращается ной нарезке индексом (вра-и перемещается)	щается только шкала)
Рис. 7. Винтовой окулярный микрометр МОВ-1-15х;
1 — неподвижная сетка с делениями; 2 — подвижная сетка с биштрихом; 3 — защитное стекло; 4 — разрезная конусная гайка

Рис. 10. Угломерное устройство винтового окулярного микрометра МОВУ-1-15х:
/ — угломерная шкала; 2 — нониусы
оптическими или дополни-
индексом. При этом в поле зрения, например отсчетного микроскопа, получаются две касающиеся дуги (части лимба), которые при вращении лимба движутся в разные стороны.
Отсчет складывается из двух частей: отсчета значения ближайшего к индексу младшего штриха А лимба и отсчета длины дуги (рис. 12);
Величина отрезка АВ определяется микрометрами
тельными концентрическими шкалами (например, в теодолитах Вильда), изображение которых проектируется на первую шкалу. Индекс служит для отсчета целых делений лимба.
На рис. 13 изображена оптическая система отсчетного устройства для совместного отсчета вертикальных и горизонтальных углов визирования теодолита. Отсчет производится по двум стеклянным лимбам / и 4 с помощью сложного отсчетного микроскопа 2, 3, 5, 6 (2 — объектив микроскопа, 3 —
сетка, имеющая 60 делений, цена деления 1'; 5 — линзы оборачивающей системы микроскопа, 6 — окуляр микроскопа). Шкалы обоих лимбов
видны в одном поле зрения а микроскопа. Призма Дове 7 расположена в параллельном ходе лучей и предназначена для того, чтобы изображение
шиш
IIII НИШ
И МИ III III III Hili 1111II IIUUII
Рис. 12. Схема совместного отсчета
/ у/ /ГТТд)
7 8
Рис. 11. Механизм растровой сетки оптического отсчетного устройства координатнорасточного станка
шкал в поле зрения микроскопа не вращалось при измерении вертикальных углов (призма поворачивается вокруг горизонтальной оси ООХ на половину угла визирования по вертикали). В этой системе с целью упрощения конструкции нет компенсации ошибки от эксцентриситета лимбов.
Рис. 13. Схема отсчетной системы теодолита
Конструкции отсчетных устройств
Рис. 14. Схема отсчетной системы высокоточного теодолита
Более сложная отсчетная система высокоточного теодолита с компенсацией ошибки эксцентриситета горизонтального и вертикального лимбов приведена на рис. 14. Оптическая система /—12 представляет собой отсчетное устройство: / — лампы для подсветки лимбов, 4 и 5 — вертикальный и горизонтальный лимбы, 8 — оптический микрометр с поворотными стеклянными пластинками, 9 — шкала микрометра, 7 — пластинки (компенсаторы) для юстировки, Ц — сетка, 12 — окуляр отсчетного микроскопа, 13 — труба теодолита. Призма 6 может быть выдвинута из хода лучей для возможности наблюдения лимба 4 или 5.
Методы компенсации ошибки эксцентриситета см. [26, 27].
Рис. 16. Схема растра с муаровыми полосами:
1,2 — подвижные решетки;
3 — вид муаровых полос
Фотоэлектрические датчики для измерения перемещения с растровой системой (рис. 15). Принцип работы заключается в следующем. На перемещающейся части установлена линейка 2 с нанесенными на ней чередующимися прозрачными и непрозрачными штрихами равной ширины. За этой линейкой находится вторая такая же неподвижная линейка 3. Число полос на линейке может быть 100 и более на 1 мм. Счет от источника / через линейки (решетки) 2 и 3 направляется на разделительную призму 4, которая верхнюю часть пучка направляет на фотоэлемент 5, а нижнюю — на фотоэлемент 6. У неподвижной линейки 3 верхняя часть полос, через которую идет свет на фотоэлемент 6, сдвинута по отношению к нижней части полос на четверть шага полос. Благодаря этому при движении линейки 2 свет попадает поочередно на фотоэлементы, импульсы от которых идут попеременно. Таким способом можно производить счет полос и определять величину перемещения, определять скорость перемещения по частоте импульсов и направление перемещения по последовательности сигналов.
Еще большую точность измерения перемещения можно получить, используя растр в виде так называемых муаровых полос (рис. 16). Точность отсчета повышается примерно пропорционально ctg 0.
Окулярные микрометры двойного изображения. Метод двойного изображения повышает точность измерения и дает возможность быстрого и точного наведения на центр симметрии контура фигуры, отверстия.
Показателем наведения на центр симметрии фигуры является полное совпадение или точное симметричное расположение контуров зеркально раздвоенных изображений фигуры. Одно изображение зеркально повернуто, как показано на рис. 17.
Окулярный микрометр двойного изображения ОГУ-22 и ход лучей в нем см. [26,46].
Применяемые материалы
В качестве материалов для гравируемых шкал применяются металлы и пластмассы.
Латунь ЛС-59-1. Деления получаются чистыми, обработка не вызывает затруднений. Требуется отделка для защиты от коррозии (хромирование, никелирование или окраска).
Дюралюминий твердый и отожженный. Твер-дый обрабатывается хорошо, деления получаются чистые; отожженный дает менее чистые деления. Применяется без отделки и с отделкой (окраска, оксидирование, хромирование).
Нейзильбер. Рекомендуется для высокоточных угломерных шкал с наиболее тонкими делениями, наблюдаемыми через лупу или микроскоп. Отделка не требуется.
Нержавеющая сталь. Обрабатывается значительно хуже, чем ранее перечисленные металлы.
Серебро. Иногда применяется для особо точных угловых шкал с самыми тонкими делениями, наблюдаемыми через лупу или микроскоп.
Сталь конструкционная. Применяется главным образом для больших шкал, наблюдаемых невооруженным глазом. Чистота делений невысокая; требует защитной отделки. Поверхность шкал делают матовой во избежание появления вредных бликов.
Пластмассы. Применяются все виды твердых пластмасс. Для прозрачных гравированных шкал применяется главным образом плексиглас.
Деления на шкалах из пластмасс гравируют или получают при прессовании, за исключением шкал из плексигласа. При прессовании деления, как правило, делаются выпуклыми. Углубленные деления получать прессованием трудно и большей частью невыгодно вследствие высокой стоимости прессформ. Деления на шкалах и индексы заполняют красками. Заполнение делений светосоставами постоянного действия запрещено ввиду наличия гамма-излучения. Светосоставы временного действия (требующие зарядки на свету) применяются мало.
ТОЧНЫЕ ФИКСАТОРЫ
Фиксаторы служат для остановки и удержания движущихся деталей в определенном положении относительно неподвижных частей. Усилие, развиваемое фиксатором при остановке деталей, должно превышать усилие, необходимое для движения детали вне зоны действия фиксатора.
Точные фиксаторы применяются в различных отсчетных устройствах для фиксации положений шкал, визирных призм или других измерительных элементов (например, точных винтов), а также для фиксации сменных оптических узлов (револьвера с микрообъективами, переключающихся призм, линз, сеток и т. п.).
Для точной фиксации требуется, чтобы фиксатор имел минимальный люфт или обеспечивалось полное отсутствие люфта. Необходимо также, чтобы фиксатор, войдя в фиксирующую лунку (начав действовать),
Рис. 18. Конструкция жесткого фиксатора:
/—дужка с пазами фиксации защелки; 2—защелка фиксатора; <3 — винт, удерживающий защелку от выпадания; 4 — корпус фиксатора; 5—упор для пальца; 6 — кнопка для нажатия
своим усилием заставил движущуюся деталь дойти до требуемого фиксированного положения.
В приборах применяются жесткие и упругие фиксаторы. Жесткие фиксаторы (запоры) устроены так, что для смещения зафиксированной детали требуется предварительно вывести запирающую деталь из зацепления с фиксируемой деталью. Жесткие фиксаторы более надежно работают в условиях ударов и вибраций. Однако жесткие фиксаторы не дают безлюфтовой фиксации. При применении жестких фиксаторов следует использовать конструкции, в которых отпирание (вывод фиксирующей детали) производится нажатием пальца, а не вытаскиванием фиксатора. Пример такой конструкции показан на рис. 18.
Практически безлюфтовая фиксация достигается в некоторых конструкциях упругих фиксаторов или с помощью зажимов. Надо иметь в виду, что даже при безлюфтовой фиксации некоторый угловой люфт вращающейся детали может остаться за счет зазора в подшипнике.
В конструкциях с упругими фиксаторами деталь выводится из фиксированного положения при приложении усилия большего, чем усилие, необходимое для ее движения вне зоны действия фиксатора. Принцип действия упругого фиксатора показан на рис. 19. Усилие, развиваемое фиксатором в направлении движения детали 2, должно быть больше силы
рения движения (или вращения) этой детали. Тогда фиксатор при !ходе в фиксирующую лунку своим усилием заставит движущуюся
Рис. 19. Схема действия сил в упругом фиксаторе: 1 — пружина; 2 — движущаяся деталь
Рис. 20. Точный пружинный фиксатор: /—зуб фиксатора; 2 —пружина; 3—фиксируемая деталь
Запрессовано
Рис. 21. Точный пружинный фиксатор
деталь дойти до требуемого точно фиксированного положения. Чтобы это произошло, сила пружины фиксатора Р должна быть больше силы трения R фиксируемой детали в соотношении -=г^г—^1,3—1,5.
R ctg а
Во избежание постоянного трения и износа фиксатора и поверхности, по которой мог бы скользить фиксатор на фиксируемой детали, целесообразно, чтобы действие фиксатора начиналось только вблизи от места фиксации. Конструкции фиксаторов такого рода, дающих безлю-фтовую фиксацию, показаны на рис. 20 и 21. Торцовые зубчатые фиксаторы на мембранных пружинах (см. рис. 2, б) обеспечивают достаточно точную фиксацию и хорошую устойчивость при ударах.
Неправильно для фиксации одной детали применять два одновременно работающие фиксатора, например пружины, так как фиксация будет нечеткой из-за неодновременной работы фиксаторов.
Широко распространенные упругие шариковые фиксаторы [92, 94] работают достаточно надежно и дают меньший износ фиксируемых де-
Рис. 22. Зажим с предохранением от деформации фиксируемой детали:
/—плоская пружина; 2—зажимной винт; 3—тормозные колодки
талей, но не могут быть выполнены безлюфтовыми вследствие неизбежного зазора между шариком и несущей его втулкой. Практически без люфта работают зажимы (тормоза). Однако при жестких конструкциях тормозов часто возникают смещения или деформации фиксируемых деталей. Поэтому следует фиксацию осуществлять через гибкую деталь (рис. 22). Конструкции тормозов см. также [92, 94].
Литература: [26, 27, 46, 49, 50].
ГЛАВА XV
ГЕРМЕТИЗАЦИЯ И ОСУШКА ПРИБОРОВ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
G целью защиты оптических деталей и механизмов, находящихся внутри закрытых полостей приборов, от попадания пыли и влаги все оптические приборы должны быть в той или иной степени герметизированы. По степени требуемой защиты можно различать следующие группы приборов:
а)	приборы, работающие в закрытых отапливаемых помещениях (лаборатории, цехи) в условиях умеренного климата, требующие только защиты от попадания пыли и механических повреждений;
б)	приборы, работающие вне помещений (на открытом воздухе) в условиях умеренного климата;
в)	приборы, работающие вне помещений в условиях тропического климата;
г)	приборы, работающие в закрытых помещениях в условиях тропического климата;
д)	приборы, работающие в речной или морской воде при малых давлениях;
е)	приборы, работающие в воде при больших давлениях;
ж)	приборы, работающие в разреженном воздухе.
Процесс запотевания оптических деталей происходит следующим образом. При охлаждении прибора влага из воздуха, находящегося внутри прибора, в первую очередь конденсируется на металлических деталях вследствие их большей теплопроводности, особенно на внутренних стенках корпусов, крышек и т. п. (если оптические детали успевают охладиться до тех пор, пока еще не вся влага конденсировалась, то часть ее может осесть на них). При нагреве охлажденного прибора начнут нагреваться те же механические детали (если не имеет место односторонний нагрев), и осевшая на них влага будет испаряться и оседать на оптических деталях, которые вследствие меньшей теплопроводности будут нагреваться медленнее. Поэтому в этот период наблюдается особенно интенсивное запотевание оптики, которое позднее обычно исчезает.
Такое явление иногда наблюдается при испытании приборов на охлаждение, когда только что вынутый из камеры охлажденный прибор вносят в помещение с нормальной температурой.
Приборы, работающие на открытом воздухе в различных атмосферных условиях, должны быть защищены от попадания пыли и влаги (дождя, брызг от волн) во внутренние полости, а также от запотевания на морозе и при резких изменениях температуры окружающего воздуха.
Как правило, такого рода приборы не имеют полной герметичности, гак как обеспечение ее усложняет и удорожает конструкцию. Важно,
чтобы обмен находящегося во внутренних полостях воздуха с наружным воздухом был значительно затруднен. Этот обмен, помимо естественной диффузии, происходит ввиду того, что при колебаниях температуры окружающей среды, а следовательно, и температуры прибора меняется давление воздуха внутри прибора и обмен воздуха усиливается. Скорость обмена воздуха зависит от степени герметичности, которая должна замедлить этот обмен настолько, чтобы установленные в приборах осушительные патроны успевали поглощать влагу из воздуха, проникающего в прибор.
Следует стремиться к тому, чтобы воздушные полости (объем воздуха) внутри прибора были как можно меньшими.
Герметичность обеспечивается следующими мероприятиями:
1.	Места соединений наружных деталей как механических, так и оптических с механическими должны быть уплотнены эластичными непересыхающими прокладками или уплотнительными замазками.
Уплотнительные замазки должны быть пластичными, обладать хорошей прилипаемостью к стеклу, металлам, в том числе к окрашенному металлу; они должны быть нейтральными и химически устойчивыми, не размягчаться сильно и не вытекать из соединений при температурах до-г40н-60° С, не затвердевать сильно и не выкрашиваться из соединений при температурах до —40-^60° С; кроме того, они должны не высыхать и сохранять эти свойства в течение достаточно долгого времени, легко смываться растворителями или сниматься механическим путем.
В качестве уплотнительных прокладок применяются вакуумная или мягкая резина, фторопласт (только для прокладок малого размера), паранит, полихлорвинил.
2.	Корпуса и другие наружные детали не должны иметь сквозных раковин и пор и должны быть проверены на герметичность.
3.	В корпусах и других наружных деталях не рекомендуется делать сквозные крепежные отверстия.
4.	Для всех выходящих наружу подвижных деталей должны иметься сальниковые уплотнения. Полезно также применять посадки с малыми зазорами при достаточно длинных сопряжениях валика и втулки.
Основными деталями, определяющими герметичность, являются корпуса и крышки. Поэтому особенно важно тщательно уплотнять места разъемов и соединения наружных деталей с корпусом (крышкой). Число разъемов должно быть минимальным.
КОНСТРУКЦИИ КОРПУСОВ ПРИБОРОВ, САЛЬНИКОВ И ОСУШИТЕЛЕЙ
Корпуса предохраняют оптические системы, электрические устройства и механизмы приборов от повреждений, пыли, атмосферных или иных внешних воздействий. Конструкция закрытых корпусов должна быть удобна для монтажа и регулировки механизмов, юстировки оптических систем, а также для ремонта прибора. Внешняя форма корпусов должна соответствовать эстетическим требованиям. Технологически наиболее удобна конструкция корпуса, состоящая из основания (цоколя), на котором монтируются узлы прибора, и съемного кожуха, закрывающего внутренние части прибора. Число разъемов должно быть минимальным. Конструкция мест разъема должна обеспечивать необходимую герметичность соединения. Способ закрепления кожуха на основании, наряду с обеспечением требуемой плотности соединения, не должен вызывать деформации основания.
Схемы компоновки корпусов показаны на рис. 1, примеры уплотнений между деталями — на рис. 2.
Литые корпуса и крышки, предназначенные для работы при требованиях высокой герметичности, необходимо проверять на отсутствие
Рис. 1. Схемы компоновки и уплотне- Рис. 2. Уплотнения между ния корпусов:	деталями:
1 — корпус; 2—-крышка; 3— замазка или 1 — прокладка; 2 — замазка эластичная прокладка
сквозных раковин и пор. Не рекомендуется делать сквозные резьбовые отверстия. Разъем корпуса с крышкой (кожухом) должен удовлетворять следующим требованиям:
1) число и расположение точек прижима (соединительных винтов) должно обеспечивать достаточное и равномерное прижатие крышки по
всему периметру разъема;
2) соединительные винты должны располагаться снаружи относительно герметизирующей прокладки на небольшом расстоянии от нее.
Количество точек прижима зависит от жесткости прижимаемой детали в данном сечении, жесткости прокладки, требующейся степени герметизации и диаметра винтов.
Конструкция откидных кожухов (крышек) на петлях значительно менее надежна по герметизации, так как не обеспечивает возможности равномерного прижима по периметру.
Расчет элементов уплотнения
Усилие сжатия крышки и корпуса при достаточной их жесткости вычисляется по формуле (рис. 3)
Р = Рк + Рп>
Рис. 3. Схема к расчету элементов уплотнения
nd*
где рк = — р — сила отрыва,
зависящая от внутреннего давления;
рп — ndnb2Pn — сила сжатия прокладки, обеспечивающая требующуюся герметичность.
,	Р^2
Ь2 — ширина прокладки в сжатом состоянии; рп = —- — необ-ходимое усилие сжатия прокладки, пропорциональное выталкивающему усилию р/г2 на единицу длины прокладки; /г2 — толщина сжатой про-p/i2	, ,
кладки; р, —------коэффициент пропорциональности, представляющий
Рп
собой отношение максимальной величины усилия, приходящегося на единицу длины прокладки, противодействующего ее выталкиванию, к давлению прижима прокладки, создающего это усилие. Приближенно р определяется из равенства силы трения и выталкивающей силы, приходящихся на единицу длины прокладки, ph2 — Fmp = pnbz2f> где f — коэффициент трения прокладки с корпусом, отсюда рп = -^rdnh2p.
Окончательно
4
4/12 1
2fdn J Р'
Наибольшая допускаемая толщина [h2] сжатой прокладки в зависимости от допускаемого напряжения сжатия ее материала [о], определяющего допустимое давление сжатия [рп], может быть найдена после замены рп= [рл] = [а]. Допускаемые напряжения для резины приведены в табл. 1.
1. Допускаемые напряжения сжатия для резиновых прокладок
Сорт резины	Предел прочности при растяжении в кГ/мм*	Условия работы
Мягкая высокопрочная, НК Средней твердости и прочности, ск Жесткая средней прочности, ск Мягкая высокопрочная морозостойкая, НК Средней твердости и прочности, морозостойкая, СК	1,5 0,4 0,45 1,2 0,35	Небольшое сжатие Средние нагрузки Большие нагрузки Небольшие нагрузки Средние нагрузки
Примечания: 1. Величина допускаемого напряжений а в 5—8 раз меньше указанного предела прочности. Верхний предел—для корпусов приборов, работающих в сложных условиях длительное время. 2. НК — натуральный каучук, СК — синтетический каучук.		
Число винтов п определяется из выражения
Г 1
где рв — усилие, приходящееся на один винт;
[ов] — предел прочности на разрыв материала винта; dQ — внутренний диаметр винта.
Число винтов следует выбирать возможно большим, уменьшая таким образом усилие рв, а отсюда и диаметр винта с тем, чтобы получить допустимый для данного фланца корпуса и крышки изгибающий момент и стрелу прогиба на участках между винтами.
Жесткость фланца и крышки должна быть достаточной; для этой цели можно делать вдоль фланца ребро жесткости.
Конструкция крепления и размеры деталей для прижима защитных
стекол определяются
исходя из допустимых деформаций стекла. Для защитных стекол оптических систем допустимая деформация их должна быть определена исходя из соображений сохранения качества изображения и деформации, допустимой по соображениям прочности стекла. Прочность силикатного стекла на изгиб 8—16 к,Г/мм2.
Примеры уплотнений между деталями показаны на рис. 1 и 2. На рис. 4 приведены конструкции сальников обычного типа. Эти конструкции просты и широко применяются для малоответственных случаев. Сальники обеспечивают герметизацию при избыточном давлении 0,2—0,4 ат. Конструкции их имеют следующие недо-
Рис. 4. Типы фетровых сальников
Рис. 5. Мембранные сальники
статки:
1) для получения хорошей герметичности соединения необходимо довольно сильно поджимать уплотнительное кольцо, что приводит к возрастанию момента трения на валике;
2) сальниковое кольцо /, изготовляемое из фетра или из электровойлока, довольно быстро деформируется или изнашивается, что ухудшает герметичность соединения.
Этот недостаток мало ощущается при небольших диаметрах валиков (до 10— 15 мм), но становится весьма заметным при больших диаметрах. Поэтому в некоторых случаях целесообразно применять так назы
ваемые мембранные сальники (рис. 5), которые практически мало изнашиваются и сохраняют постоянство момента трения. Уплотнение с одной мембраной (рис. 5, а) обеспечивает герметичность в пределах 0,2—0,3 ат.
Материал, применяемый для мембран: бронза Бр. КМЦ-3-5, ГОСТ 4748—49, толщина 0,1—0,3 мм\ лента стальная пружинная, ГОСТ 2614—65, толщина 0,1—0,3 мм\ лента 2ТК с чистой поверхностью.
Рис. 6. Передача вращения в герметичный корпус: /—резиновый колпачок, надетый на коленчато изогнутый валик 2\ 3, 4 — металлические колпачки; 5 — валик с пазом на фланце
п П ъ	Рис. 8. Клапан для продувки
Рис. 7. Осушитель постоянного	приборов Н
/ — силикагель; 2 — колпачок с отверстиями; 3 — корпус осушителя; 4—силикагель-индикатор; 5 — смотровое окно; 6 — крышка; 7—стакан с отверстиями; 8 — мешочек из шелкового полотна
Рекомендуется притирка мембраны. Мембрана ставится на смазке. Прогиб мембраны должен быть таким, чтобы обеспечивалось плотное прилегание по кольцевой поверхности.
Мембранные сальники могут выполняться также с несколькими мембранами (рис. 5, б), при этом их делают толщиной 0,08—0,1 мм.
На рис. 6 показан полностью герметизированный ввод вращающегося валика в корпус.
Для поглощения влаги, имеющейся в воздухе, находящемся в полостях приборов, ' применяются осушительные патроны. Конструкция типового патрона показана на рис. 7. Колпачок патрона имеет отверстия, которые расположены таким образом, что при повороте стакана доступ воздуха к силикагелю может быть перекрыт.
В качестве вещества, поглощающего влагу, применяется гранулированный или кусковой силикагель марки П-40. Характеристики осушителя П-40 даны в гл. XXI. Поверх осушителя П-40, под смотровым окном патрона, слоем в 2—3 зерна насыпается силикагель-индикатор, который изменяет свой цвет при 30—40% относительной влажности воздуха в приборе. По цвету индикатора судят о степени насыщения осушителя влагой и необходимости его замены и регенерации. Характеристики индикатора см. в гл. XXI.
Наличие осушительного патрона не полностью обеспечивает сушку приборов в условиях повышенной влажности. Поэтому в приборах, работающих в указанных условиях, производится периодическая продувка их просушенным воздухом, пропускаемым для этой цели через осушительные машинки (ТОП). На приборах устанавливаются клапаны для продувки (рис. 8).
Способы герметизации стыков между оптическими и механическими деталями приведены также в гл. V и VI. Характеристики уплотнительных замазок см. в гл. XXI.
Литература: (93, 94 ]
20 Заказ 1902.
ГЛАВА XVI
ПОКРЫТИЯ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ виды покрытий
Покрытия могут быть однослойными и многослойными. Условные обозначения видов покрытий строятся по следующей схеме:
1)	сокращенное обозначение покрытия (табл. 1);
1. Условные обозначения покрытий
Вид покрытия	Сокращенное обозначение	Условное обозначение
Отражающие непрозрачные покрытия (зеркала):		
внешнее	Зеркальн.	О
заднее	Зеркальн.	о
Светоделительные покрытия	Светоделит.	ф
Просветляющие покрытия	Просветл.	
Покрытия-фильтры	Фильтр	ф
Защитные прозрачные покрытия	Защити.	Ф
Токопроводящие покрытия (обогревающие и др.)	Токопров. или обогрев.	ф
2)	обозначение исходного материала для обозначения первого слоя покрытия (табл. 2);
2. Условные обозначения исходных материалов, применяемых для покрытий
Материал	Условное обозначение	Материал	Условное обозначение
Алюминий	1	Олово двухлористое	28
Золото	2	и висмут треххлористый	
Медь	3	Цинк сернистый	29
Никель	4	Торий азотнокислый	30
Палладий	5	или хлористый	
Платина	6	Кремния одноокись из окиси кремния и	31
Родий	7	двуокиси кремния	
Серебро	8	Окись цинка	32
Хром	9	Вольфрам шестихлористый	34
Серебро с медью	10		
(сплав)		Цирконий четыреххлористый	35
Кадмий	11	Хромовый ангидрид	
	12		38
Кремний		с фосфорной кислотой	
Ниобий	13	и кремнефтористым натрием	
Тантал	14	Эфир этиловый фто-	43
Титан	15	ристокремниевой кислоты (кремниевый	
Аммоний фосфорно-	21	эфир)	
кислый		Эфир этиловый орто-	44
Хромат и бихромат	22	титановой кислоты (ти-	
калия		тановый эфир)	
Криолит	23	Эфиры этиловые фто-ристокремниевой и ор-	45
Магний фтористый	24	тотитановой кислоты	
Серебро азотнокис-	25	(смесь)	
лое		Эфир этиловый диза-	46
Олово двухлористое	26	мещенный ортоцирко-ниевой кислоты (сокра-	
Сурьма трехсернистая	27	щенно дизамещенный циркониевый эфир)	
Продолжение табл. 2
Материал	Условное обозначение	Материал	Условное обозначение
Эфир этиловый ортотитановой кислоты с эпоксидной диановой смолой	47	Винилтрихлорсилан и уксуснокислая ртуть Лак бакелитовый с	70 72
Кислота азотная	61	наполнителем (алюминиевая пыль, слюда	
Кислота соляная	62	И др.)	
Кислота уксусная	63	Лак вИнилитовый бесцветный	73
Диметилдихлорси-лан или другие силиконовые жидкости	66	Лак ' бутиральноба-келитовый с наполнителем	75
Метоксиэтилмеркур-ацетат	69	Парафин	84
3)	обозначение способа нанесения первого слоя покрытия (табл. 3);
3. Условные обозначения способов нанесения отдельных слоев покрытия
Способ нанесения	Условное обозначение	Способ нанесения	Условное обозначение
Из раствора Испарение в вакууме Травление Электролиз Из газовой фазы Катодное распыление	Р И Г Е Г К	Нанесение расплава Нанесение кистью, пульверизатором или центрифугированием	н п
4)	то же (пп. 2 и 3) для второго слоя покрытия;
5)	то же для третьего слоя покрытия и т. д.
Если на оптическую деталь требуется нанести последовательно несколько покрытий, то обозначение покрытия складывается из условных
обозначений всех наносимых на деталь видов покрытий в последовательности их нанесения слева направо.
Пример. Светоделит. 1И. 21Е— алюминирование с защитным анодным оксидированием.
Многослойные покрытия, состоящие из чередующихся слоев, можно обозначать сокращенно по следующим формулам:
для четного числа слоев:	и b — чередующиеся слои;
п — число слоев);
/ и — 1
для нечетного числа слоев: (ab)----%---а.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ВЫБОР ПОКРЫТИЙ
При выборе покрытий необходимо исходить из технических требований к данной детали, условий эксплуатации прибора, температурного режима, расположения детали в приборе, условий чистки деталей и их формы.
Основные характеристики покрытий: оптические свойства; химическая устойчивость; коррозионная устойчивость; механическая и термическая прочность. Оптические свойства покрытий характеризуются данными табл. 4.
Для всех видов зеркальных покрытий дается коэффициент отражения для источника света цвета А (цветовая температура 2854° К по ГОСТу 7721—61) при углах падения луча 15°, а для некоторых покрытий — кривые коэффициента отражения по спектру.
При защите отражающих поверхностей наклеенными пластинками или лаковыми пленками коэффициент отражения соответственно понижается.
Для светоделительных покрытий указываются предельно возможные отношения коэффициента отражения к коэффициенту пропускания т (при источнике цвета А), потери на поглощение и рассеяние в зависимости от отношения.
Для светоделительных интерференционных покрытий указывается предельно возможное значение коэффициента отражения рл при углах падения луча 15°. Потери на поглощение и рассеяние практически равны нулю.
В зависимости от толщины пленки максимум отражения может быть получен для различных участков спектра.
Для просветляющих покрытий дается величина дл также при падении под углом 15°.
Кривые для видимой области получены для покрытий на стекле К8. Оптическая толщина (s) таких пленок рассчитана на среднюю видимую часть спектра (X = 540—550 нм).
Для покрытий — фильтров — из металлов характеристики даны для К = 2004-1200 нм.
Для интерференционных фильтров приведены характеристики пропускания по спектру при различных толщинах слоев покрытий.
4. Основные характери
Обозначения: В — вода; ВА — влажная атмосфера; СВ —• среда; ЩС — щелочная среда; КР — кислотный раствор; ЩР —щелочный водка; БВ — бромная вода
Обозначение и вид покрытия	Оптические характеристики
О Зеркальн. 8И.1И Серебрение с защитой окисью алюминия	тражающие непрозрачные дл=94—98%; для Х=250—350 нм Q снижается
Зеркальн. 25Р.ЗЕ.72П или 25Р.ЗЕ.75П Серебрение с защитой медью и лаком	£д=88—92%; для Х=250—350 нм Q=10—15%
Зеркальн. 1И Алюминирование	6Л=88%; для А.=250—400 нм q~80%
Зеркальн. 9И.1И Алюминирование с подслоем хрома	ел>85% Рассеяние при толщине слоя до 0,8 мкм 0,2%, при толщине слоя до 3 мкм 2—3%
Зеркальн. 1И.29И Алюминирование с защитой сернистым цинком	0л=85-87%
Зеркальн. 1И.31И Алюминирование с защитой одноокисью кремния	рл= 85-88% В ультрафиолетовой области резко падает
стики покрытий
сухой воздух; МВ — морская вода; ЗПТ — запотевание; КС — кислотная раствор; ОР — органические растворители; Г — газы; ЦВ — царская
	Устойчивость к воздействию	Механическая прочность (группа)	Термическая прочность (рабочая и максимальная температуры) в °C	Область применения
	покрытия (зерка ВА при слабой концентрации паров кислот	л а) III	±60 ±300	Хорошо защищенные зеркала с повышенным
	ВА при слабой концентрации паров кислот	0	±60 +200	Лучший вид покрытия для деталей с задним отражением
	СВ, разрушается в ВА, при запотевании и в щелочной среде	III	±60 +200	Лучшее покрытие для защищенных от пыли зеркал, работающих в ультрафиолетовой области
	ВА (низкая влажность), разрушается при ЗПТ и в ЩР	III	±60 +200	Дифракционные решетки
	ВА, ЗПТ	II	±60 +200	Зеркала лабораторных приборов и защищенные зеркала полевых приборов
	ВА, ЗПТ	I	±60 +300	Наружные зеркала с внешним отражением в лабораторных приборах и защищенные зеркала в полевых приборах, предназначенных	для влажного тропического климата
Обозначение и вид покрытия	Оптические характеристики	
Зеркальн. 1И.21Е Алюминирование с защитой оксидированием в фосфорнокислом алюминии	не менее 86% В ультрафиолетовой области около 80%	
Зеркальн. 1И.38Р Алюминирование с защитой оксидированием в сложном растворе	9Л=86—87%	
Зеркальн. 1И.22Р Алюминирование с оксидированием в хромате и бихромате калия	9Л=85—88% В области Х=250—400 нм рл снижается	
Зеркальн. 1И.21Е.29И Алюминирование внешнее с оксидированием фосфорно-кислым аммонием и нанесением сернистого цинка	ел=93—96%	
Зеркальн. 1И.21Е.29И	Максимум отражения в области спектра Х=1 мкм достигает 96%	
Продолжение табл. 4
	Устойчивость к воздействию	Механическая прочность (группа)	Термическая прочность (рабочая и максимальная температуры) в *С	Область применения
	ВА	I	±60 +300+4-400	Наружные зеркала с внешним отражением в лабораторных приборах и защищенные зеркала в полевых приборах
	ВА, ЗПТ	II	±60 +200	Наружные зеркала с внешним отражением в лабораторных приборах и защищенные зеркала полевых приборов, предназначенных для работы в тропическом климате Дешевое покрытие
	ВА	II	±60 +3004-+400	Наружные зеркала с внешним отражением в лабораторных приборах и защищенные зеркала в полевых приборах
	ВА, ЗПТ	II	±60 +300	Наружные зеркала с внешним отражением в лабораторных приборах и защищенные зеркала в полевых приборах Наружные зеркала с внешним отражением в лабораторных приборах и зеркала, работающие в инфракрасной области спектра (Х=1 мкм)
Обозначение и вид покрытия	Оптические характеристики
Зеркальн. 1И.21Е.44Р Алюминирование с защитой фосфорнокислым аммонием и титановым эфиром	В видимой области рл=92—94%
Зеркальн. 1И.24И.29И Алюминирование с нанесением фтористого магния и сернистого цинка	2Л=90—95% для белого света
Зеркальн. 1И.72П Алюминирование заднее с защитой лаком	ел=80-84%
Зеркальн. 9И Испарение хрома без защитного слоя	рл=50—55% для белого света
Зеркальн. 4И.7Е Родий с подслоем-никеля	2Л=75—78% для белого света В области длин волн 300—400 нм 2=70—75%, при Х=250 нм р=62%
Зеркальн: 9И.7И.7Е Родий с хромородиевым подслоем	2Л= 75—78% для белого света В области длин волн 300—400 нм 2=70—75%, при Х=250 нм q=62%
Продолжение табл. 4
Устойчивость к воздействию	Механическая прочность (группа)	Термическая прочность (рабочая и максимальная температуры) в ®С	Область применения
ВА, ЗПТ	I	±60 +300	Наружные зеркала с внешним отражением в лабораторных приборах и защищенные зеркала в полевых приборах, предназначенных	для тропического влажного климата
Неустойчиво к ЗПТ и в ЩС	III	±60	Внутренние зеркала (когда требуется возможно большая величина q^)
ВА, В, МВ, Г	0	±60 +300	Зеркала с задним покрытием, работающие при высоких температурах (дуговые лампы)
ВА, В, МВ, КС, ЩС	I	—180±+300	Прочное термостойкое покрытие (фары, рефлекторы инфракрасных излучателей)
ВА, В, МВ, КС, ЩС	0	—180±+300	Рефлекторы с наружным отражением для ламп с угольными дугами; зеркала любых приборов
ВА, В, МВ, КС, ЩС	0	—180^-4-300	Рефлекторы с наружным отражением; лампы с угольными дугами; зеркала, соприкасающиеся	с морской водой
Обозначение и вид покрытия	Оптические характеристики			
Зеркальн. 4И.5Е Палладий с подслоем никеля	9л=65—68% (для Х=550—700 нм) 1			
Зеркальн. 9И.5И.5Е Палладий с хромопалладие-вым слоем				
Зеркальн. 2И Золочение	ел=70% Для Х=800 нм и более q=95%			
Зеркальн. 9И.2И Золочение испарением с подслоем хрома				
Светодел Светоделит. 25Р Серебрение	и тельные покрытия (полу : т — любое Наибольшее пропускание в синей, фиолетовой и ультрафиолетовой области спектра. В проходящем свете синеватая окраска Потери на поглощение и рассеяние (Д) для заклеенных покрытий			
	ел : Т	5 : 1	2 : 1	
	А в %	12,5	19	
	ел:т	1 : 1	1 : 2	
	А в %	31	37	
Продолжение табл.
	Устойчивость к воздействию	Механическая прочность (группа)	Термическая прочность (рабочая и максимальная температуры) 6 *С	Область применения
	ВА, В, КС, ЩС, ОР	I	-180^-4-300	Рефлекторы с внешним отражением в кинопроекторах, прожекторах и пр.
				Зеркала лабораторных и полевых приборов, в частности для инфракрасной области
	Неустойчиво только к ЦВ и БВ	II	—1804-4-300	Зеркала для инфракрасной области диаметром до 450 мм
прозрачные зеркала и призмы)
Быстро тускнеет
Требуется заклейка стеклом
±60
+ 100
Лучшее покрытие для светоделительных зеркал больших размеров (до 1X1 л)
Обозначение и вид покрытия	Оптические характеристики								
Светоделит. 8И Серебрение	: т — любое Наибольшее пропускание в синей, фиолетовой и ультрафиолетовой областях спектра. В проходящем свете синеватая окраска Потери на поглощение и рассеяние (А) для заклеенных покрытий								
	ел:т	4 : 1		3 : 1	2 : 1	1 : 1		1 : 2	
	А в %	15		15	16	25		27	
Светоделит. 10И 50% сплава серебра с медью	qa : т — любое Потери на поглощение для заклеенных покрытий 15—20%								
Светоделит. 1И Алюминирование	: т — любое Потери (А) на поглощение и рассеяние для заклеенных покрытий								
	ел:т		5 i 1		3 : 1		1 : 1		
	А в %		28		30		35		
	ел = т			1 : 2		1 : 5			
	А в %			35,5		36,5			
Светоделит. 1И.21Е Алюминирование с защитным анодным оксидированием	В проходящем свете голубая окраска								
Продолжение табл. 4
	Устойчивость к воздействию	Механическая прочность (группа)	Термическая прочность (рабочая и максимальная температуры) в *С	Область применения
	Быстро тускнеет Требуется заклейка стеклом	IV	±60 + 100	Зеркала и призмы
	Требуется заклейка стеклом	III	±60 + 150	Зеркала и призмы
	Быстро разрушается под воздействием влаги, особенно в присутствии щелочей Требуется заклейка стеклом	в	±60	Зеркала и призмы
	ВА	II	+300	Зеркала и призмы (в лабораторных приборах можно без заклейки стеклом)
Обозначение и вид покрытия	Оптические характеристики				
Светоделит. 9И Хромирование	: т — любое Потери на поглощение для незаклеенных покрытий 30—-40% В проходящем свете слегка желтоватая окраска				
Светоделит. 2К Золочение катодным распылением	: т — любое Селективное отражение и пропускание				
Светоделит. 2И Золочение					
Светоделит. 13К Катодное распыление ниобия	0л : т = 1 : 3 А не более 1%				
Светоделит. 15И Покрытие титаном	Максимальный коэффициент отражения 40—45% . Потери на поглощение и рассеяние отсутствуют				
Светоделит. 27И Покрытие из трехсернистой сурьмы	q4 : т = 5 : 4-г-1 : 9 Для заклеенного покрытия (Д) q=30%, для незаклеенного (Д1) Q= =50% Потери (Д) на поглощение и рассеивание				
	6 Л ' х		1:1		
	А в %		—		
	ел: т	1 : 2		1 : 4	
	А в %	21		19	
	Аг в %	5		3	
	В проходящем свете интенсивная желтая окраска. Вызывает поляризацию света				
Продолжение табл. 4
	Устойчивость к воздействию	Механическая прочность (группа)	Термическая прочность (рабочая и максимальная температуры) в °C	Область применения
	ВА, КС, ЩС, ОР	0	+300 -180	Незаклеенные зеркала для самых жестких условий
	ВА, КС, ЩС Неустойчиво к ЦВ, БВ	IV	+300 —180	Хорошо защищенные незаклеенные зеркала для разделения белого света на пучки разных цветов
	ВА, КР, ОР	0	+ 200 -60	Наружные незаклеенные зеркала с Q до 30%. Размер не более 60 мм
	ВА, ЗПТ, КР, ЩР, ОР	0	+400 Нижний предел не ограничен	Для самых жестких условий
	ВА, ЗПТ	II	+200 —180	Наружные незаклеенные зеркала в лабораторных приборах. Заклеенные зеркала в любых приборах
Обозначение и вид покрытия	Оптические характеристики								
Светоделит. 29И Покрытие из сернистого цинка	Q : т не более 1 : 2 для незаклеенных и 1 : 5 для заклеенных покрытий Для заклеенного покрытия р= 15%, для незаклеенного р=30—33% (в зависимости от по стекла) Вызывает поляризацию света								
Светоделит. 29И.24И.29И	Для незаклеенного покрытия 2Л= =30—60%; для заиленного 2^=15—» 35%. А и Л1 соответственно равны 1 — 2% и 12—15%. Сильная поляризация при наклонном падении лучей								
Светоделит. 29И.24И.29И.24И.29И									
Светоделит. 44Р	nD стекла		1,50— 1,52		1,52— 1,62		Св. 1,62		
	ел		20-25%		25-21%		<21%		
	Потери на поглощение и рассеяние практически отсутствуют								
Светоделит. 43Р.44Р									
		nD стекла		1,52		1,70			
		QA		30%		36%			
	Потери на поглощение и рассеяние практически отсутствуют								
Продолжение табл. 4
	Устойчивость к воздействию	Механическая прочность (группа)	Термическая прочность (рабочая и максимальная температуры) в °C	Область применения
	ВА, ЗПТ	11	+200 —180	Наружные незаклеенные зеркала в лабораторных приборах. Заклеенные зеркала в любых приборах
	Только СВ	III	Определяется для заклеенных покрытий термопрочностью клея	Защищенные от запотевания детали в лабораторных приборах. Заклеенные детали в любых приборах То же, что и в предыдущем случае, разделение пучка белого света на пучки разных цветов
	ВА, В, ЗПТ, КР, ЩР, ОР Защищает от налетов и пятнания	I	±60 +350++400	Незаклеенные наружные зеркала с до 28% Пластины Призмы несложной формы
	ВА, В, ЗПТ, КР, ЩР, ОР Защищает от налетов и пятнания	I	±60 +350++400	Незаклеенные на- . ружные зеркала с дл до 28% Пластины Призмы несложной формы
Обозначение и вид покрытия	Оптические характеристики
Светоделит. 44Р.43Р.44Р	Наибольшее значение рл=50%. Потери практически отсутствуют. При увеличении угла падения кривые смещаются в направлении коротковолновой области. Изменением толщины пленок можно сместить максимум в любую часть области 400—1200 нм
Светоделит. 45Р.44Р.43Р.44Р	2л=48—50%, достаточно равномерный по всей видимой области. Потери практически отсутствуют
Светоделит. 44Р.43Р.44Р.43Р	2Л=43—47%. Потери отсутствуют
Светоделит. ((44Р.43Р.)Х2].44Р	2Л=64—67%. Потери практически отсутствуют; при увеличении угла падения кривые смещаются в направлении коротковолновой области. Изменением толщины пленок можно сместить максимум в любую часть области 400—1200 нм
Светоделит. [(44Р.43Р)ХЗ].44Р	рл=75—80%. Потери отсутствуют. При увеличении угла падения кривая смещается к коротковолновой области. Изменением толщины пленок можно смещать максимум в области 400—1000 нм
Продолжение табл. 4
	Устойчивость к воздействию	Механическая прочность (группа)	Термическая прочность (рабочая и максимальная температуры) в °C	Область применения
	В, сероводорода, слабых КР и ОР, мало устойчиво к щелочам	I	+350Ч-+400 Устойчиво ниже 0	Незаклеенные детали внутри приборов Пластины и призмы несложной формы
	В, сероводорода, слабых КР и ОР, мало устойчиво к щелочам	I	+3504-+400 Устойчиво ниже 0	Незаклеенные детали внутри приборов Пластины и призмы
	В, сероводорода, слабых КР и ОР, неустойчиво к щелочам	0	+3504-+ 400 Устойчиво ниже 0	Незаклеенные детали, применяемые снаружи
	В, сероводорода, слабых КР и ОР, мало устойчиво к щелочам	I	+3504-+400 Устойчиво ниже 0	Незаклеенные внутренние детали несложной формы
	В, сероводорода, слабых КР и ОР, мало устойчиво к щелочам	—	+3504-+400 Устойчиво ниже 0	Незаклеенные внутренние детали несложной формы
Обозначение и вид покрытия	Оптические характеристики						
Светоделит. 35Р или 46Р	в зависимости от 1 и d						
	X в нм		220 240 260 280			300	
	Покрытие 35Р						
	d=70 нм I d=100 нм 1		21 I 23 I 24 I 25 5 1 10 1 14 1 17			I 24 1 21	
	Покрытие 46Р						
	d=70 нм d= 100 нм		17	21	24 23 —	20	20 21			22 22	
							
Светоделит. 28Г	2Л до 23% для всех стекол Потери отсутствуют						
Светоделит. 28Г.43Р.28Г	9Л до 45% для всех стекол. Потери отсутствуют						
Просветл. 24И Фтористый магний	Просветляющие 2Л в зависимости от по						
	nD	До 1,5	1,55— 1,6	1,6- 1,65	1,65— 1,7	Св. 1,7	
	ел В %	1,6	1,4	1,о	0,9	0,6	
Просветл. 23И Криолит, испарением	2Л в зависимости от nD						
	nD		До 1,55	1,55—1,6		Св. 1,6	
	в %		0,7	0,5		0,4	
Продолжение табл. 4
	Устойчивость к воздействию	Механическая прочность (группа)	Термическая прочность (рабочая и максимальная температуры) в ®С	Область применения
	Неустойчиво только к концентрированным КР	I	+350 Устойчиво ниже 0	Незаклеенные зеркала, работающие в видимой и ультрафиолетовой	областях спектра Пластины и призмы несложной формы
	ВА, В, МВ, КР, ОР	0	+400 и ниже 0	Для самых жестких условий. Пластины и призмы любой формы
	ВА, В, МВ, КР, ОР	0	+400 и ниже 0	Для самых жестких условий Пластины и призмы любой формы
	покрытия ВА, без конденсации капель, так как при высыхании капель слой разрушается	II	+350 —50	Внутренние поверхности фотообъективов, детали лабораторных и герметизированных и осушаемых полевых приборов
	Во влажной атмосфере устойчивость снижается; (сильно адсорбирует жиры)	III	+200 —50	Объективы любительских фотоаппаратов и детали лабораторных приборов
Обозначение и вид покрытия				Оптические характеристики			
Просветл. 13К.12К Ниобий и кремний				для К8=0,6% Минимум отражения при толщине пленки Х|2—0,04%			
Просветл. 13К Ниобий, катодным распылением в кислороде				i Светопропускание германия и кремния в инфракрасной области увеличивается до 96—98%			
Просветл. 14К. Тантал, катодным распылением в кислороде							
Просветл. 29И Сернистый цинк, испарением				Светопропускание германия в инфракрасной области увеличивается до 96-98%			
Просветл. 63Т Травление уксусной кислотой				рл в зависимости от nD			
				nD	1,5—1,52	1,53— 1,55	1,56— 1,60
4 9				ел в %	3-2,7	2,7—2,3	2,2—2
	$=135 нм						
	^-4							
400 500 600 ?00 Х,нм				nD	1,61 — 1,64	1,65— 1,7	1,62— 1,75
				ел в %	2—1,7	1,7—1,4	1,3—1,1
							
Продолжение табл. 4
	Устойчивость к воздействию	Механическая прочность (группа)	Термическая прочность (рабочая и максимальная температуры) в ®С	Область применения
	ВА, В, КР (кроме плавиковой кислоты), ЩР, ОР	I	±60	Внешние и внутренние плоские поверхности деталей размером до 80 мм в любых приборах
	Неустойчиво к ВА при	температуре +50° С	I	+200 —60	Детали из германия и кремния для инфракрасной области (Форма любая. Размеры до 60 мм)
	Неустойчиво к В А при повышенной температуре	II	—	Детали из германия. Форма любая. Размеры до 200 мм
	В ПК и ЩР неустойчиво при повышенной температуре. При испытаниях в коррозионной камере выдерживают не более 5—8 циклов	0	±60 120	Просветление деталей больших размеров или сложной формы из силикатных стекол
Обозначение и вид покрытия
Оптические характеристики
Просветл. 43Р
Покрытие из спиртового раствора кремниевого эфира
Покрытие из ацетонового раствора
в зависимости от по
nD	1,6-1,52	1,53— 1,55	1,56—1,6
в %	3,1—2,7	2,7—2,3	2,2—2
%	1,61 — 1,64	1,65—1,7	1,7—1,75
Qa в %	1,9—1,8	1,6—1,4	1.2—1
Кривая отражения та же, что и для 63Т
Просветл. 44Р.43Р Оптическая толщина 1-го слоя 0,11% 2-го слоя 0,31%
Q в зависимости от %
% в нм	Интегральный е в %
450± 10	2,1±0,2
520± 10	1,2±0,1
560± 10	1,0±0,1
640± 10	2,8±0,3
800± 10	10,8±0,7
Минимум отражения для любой длины волны при оптической толщине пленки 0,42% (1-й слой) и 0,31% (2-й слой)
Просветл. 45Р.43Р
Оптическая толщина
1	1	1
1-го слоя %, 2-го слоя 4- %
4
для белого света при лп= = 1,52—1,6 составляет 1,8—2,1% Уменьшает отражение в области 400 о до 1%
Продолжение табл. 4
	Устойчивость к воздействию	Механическая прочность (группа)	Термическая прочность (рабочая и максимальная температуры) в °C	Область применения
	КР и СОЛИ КР, соли, МВ Неустойчиво к ПК и ЩР при повышенной /° С	I	+60	Наружные поверхности деталей, работающих в любых условиях, и внутренние детали из стекла с по более 1,7
	ВА, В, КР (кроме плавиковой кислоты), ЩР (слабых), ОР	I и 0		Поверхности деталей, расположенных внутри приборов, работающих в области от 400 нм до 2,0 мкм
	ВА, В, КР (кроме плавиковой кислоты), ЩР (слабых), ОР	I	±60	Поверхности деталей, расположенных внутри приборов, работающих в области Х=400—1000 нм
Обозначение и вид покрытия			Оптические характеристики	
Просветл. 43Р.44Р.43Р			Для средней видимой области спектра (Л.пип=520 нм) ел=1,1—1,3%	
Просветл. 47Р.43Р			Для средней видимой области спектра (^mln=520 нм) для белого света составляет 1,1—1,3%	
Просве! 3	л. 45Р.44Р.43Р 1 "“Г” L 3*400-450""/ 00 500 600 7( Х,нм	10	для всех стекол равно 0,5—0,8% Равномерное пропускание в широкой области спектра	
Просветл. 35/43Р.35Р.43Р-			См. спектральную кривую на рис. 4, гл. XXI	
Просветл. 34Р Для просветления германия и кремния в ИК области			При толщине 2 мкм прозрачно в области до Х=9,5 мкм Светопропускание германия и кремния увеличивается в максимуме до 95%	
Продолжение табл. 4
	Устойчивость к воздействию	Механическая прочность (группа)	Термическая прочность (рабочая и максимальная температуры) в ®С	Область применения
	ВА, В, КР (кроме плавиковой кислоты), ЩР (слабых), ОР	III	±60	Детали из органического стекла
	ВА, В, КР (кроме плавиковой кислоты), ЩР (слабых), ОР	II	±60	Детали из органического стекла Призмы и пластины несложной формы
	ВА, ЗПТ, КР (слабых), ОР			Детали, расположенные внутри, при требовании возможно большего светопропускания
	В А, КР (слабых), ОР	II	±60 +400	Просветление кварцевых деталей для ультрафиолетовой области
	ВА	0 для кремния, I—II для германия	±60 +750	Просветление оптических деталей из германия и кремния размером до 140 мм
Обозначение и вид покрытия
Оптические характеристики
При оптической толщине 2 мкм покрытие прозрачно до Х=10,5 мкм. Светопропускание германия и кремния увеличивается в максимуме до 98%
Защитные прозрач
Защити^ 63Т	Коэффициент отражения стекол
Травление уксусной кислотой группы П по налетоопасности снижается на 0,2—0,5%
Защити. 63Т.84Н Травление уксусной кислотой с последующим парафинированием	Коэффициент отражения налетоопасных стекол (группы В) снижается на 0,2—0,5% Коэффициент отражения стекол (группы 4 и 5) снижается до 0,5—2%
Защити. 1К Катодное распыление алюминия в кислороде	Коэффициент отражения и свето-поглощения без изменения
Продолжение табл. 4
	Устойчивость к воздействию	Механическая прочность (группа)	Термическая прочность (рабочая и максимальная температуры) в °C	Область применения
	ВА, В	0 ДЛЯ кремния, I—II для германия	+800 + 1000	Просветление оптических деталей из германия и кремния размером до 140 мм
	ные покрытия ВА, КС (слабых), МВ, ОР	0	±60	Для умеренного климата и перевода стекла из группы П по налетоопасности в группу А
	ВА, КС (слабых), МВ, ОР	0	±60 +250	Для перевода стекла из группы В д в группу А, а стекла групп 4 и 5 в смежную высшую группу Для фосфатных стекол непригодно
	ВА, КС (слабых), МВ, ОР	I	±60	Защита бесцветного стекла всех марок от разрушения влагой атмосферы в умеренном климате
Обозначение и вид покрытия	Оптические характеристики	
Защити. 12К Катодное распыление кремния	Коэффициент отражения и светопо-глощения без изменения	
Защити. 66Г или 66Р Обработка в парах диметил-хлорсилана или в силиконовых жидкостях	Коэффициент отражения и цвет просветляющей пленки без изменения	
Защити. 69Р Обработка в растворе мета-ксиэтилмеркурацетата	Коэффициент отражения и цвет просветляющей пленки без изменения	
Защити. 70Р Обработка в растворе винил-трихлорсилана и уксуснокислой ртути	Коэффициент отражения и цвет просветляющей пленки без изменения	
Фильтры 6К Платина, нанесенная катодным распылением	Покрытия- Равномерное пропускание по спектру. Плотность любая в зависимости от толщины слоя	
Фильтр 5И Палладий, испарением	Равномерная оптическая плотность Dk по спектру Средняя оптическая плотность D любая в зависимости от толщины покрытия	
Продолжение табл. 4
	Устойчивость к воздействию	Механическая прочность (группа)	Термическая прочность (рабочая и максимальная температуры) в °C	Область применения
	ВА, КС (слабых), МВ, ОР	I	±60	Защита деталей из стекол группы В (КФЗ; ФГ, Ф8), а также цветных стекол марок СЗС10, С311, СЗС12, УФС1 и ПСИ от гигроскопического налета
	ВА, ОР, ТВ	I	±60 +75	Защита просветленных деталей от разрушения влагой атмосферы
	ВА, ОР Неустойчиво к ЩР	I	±60 +75	Защита от биологических обрастаний в условиях тропического климата (на детали, подвергаемые ки-слотнопарафиновой защите, перед покрытием нанести пленку окиси кремния)
	ВА, ОР Неустойчиво к ЩР	I	±60 +75	
	фильтры Химически исключительно устойчиво, но для сохранения постоянства оптической плотности требуется заклейка	IV	Нагрев до 200° С	Измерительные нейтральные (серые) фильтры с равномерной или переменной плотностью размером до 100 см2
	АВ, ПВ, МВ, КР и ЩР Для сохранения постоянства требуется заклейка	IV	Нагрев до 200° С	Измерительные нейтральные (серые) фильтры с равномерной или переменной плотностью размером до 100 см2
21 Заказ 1902
Обозначение и вид покрытия	Оптические характеристики	
Фильтры 4И Никель, испарением	Равномерная оптическая плотность по спектру Средняя оптическая плотность D любая в зависимости от толщины покрытия	
Фильтр 8И. 24И. 8И	Выделяет )зкие участки в видимой и инфракрасной областях	
Обогревательное 9И Хром, испарением	Токопроводящие Непрозрачное покрытие	
Обогрев. ЗЗГ (обработка в парах окиси, состоящей из двухлористого олова и фтористого аммония)	Прозрачно для X от 0,4 до 4,5 мкм; Q для Х=1—4,5 мкм до 10% Просветление раствором кремневого эфира, снижает q до 2—4%	
Примечание. Обогревательное покрытие 26Г (обработка в парах		
Литература: [116].
Продолжение табл. 4
	Устойчивость к воздействию	Механическая прочность (группа)	Термическая прочность (рабочая и максимальная температуры) в °C	Область применения
	АВ, ПВ, КР и ЩР Для сохранения постоянства требуется заклейка	I	Нагрев до 300° С	Измерительные нейтральные фильтры с равномерной или переменной	плот- ностью размером до 100 см2
	Требует заклейки	IV	Стойкость к нагреву определяется свойствами клея	Монохроматические интерференционные фильтры с небольшим углом поля зрения (до 5°)
	покрытия В, ЗПТ, ОР, КР (слабых)	0	+200 и при /<0°	Для предохранения от запотевания и обледенения. Линзы диаметром до 60 мм Пластины	100Х X 100 мм
	Устойчиво к ВА, КР, ОР	0	Нагрев до 300—350° С	Детали из стекла, кварца, корунда и фтористого лития Удельная проводимость 104 ом^см Удельное поверхностное сопротивление 1000—4000 ом
двухлористого олова с последующим просветлением) см. на стр. 282				
*
ГЛАВА XVII
ПОКРЫТИЯ ДЕТАЛЕЙ ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
НАЗНАЧЕНИЕ ПОКРЫТИЙ
В зависимости от назначения применяются следующие виды покрытий: защитные для защиты изделий от коррозии; защитно-декоративные; специальные для повышения электропроводности, износостойкости, снижения коэффициента трения и др.
При выборе покрытий необходимо учитывать условия эксплуатации изделий, материал детали и защитные свойства покрытий.
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ
Гальванические покрытия характеризуются: хорошим сцеплением с основным металлом; сравнительно высокими защитными свойствами; высокими механическими свойствами; стойкостью по отношению к органическим растворителям.
К недостаткам следует отнести появление хрупкости в основном металле за счет наводораживания его в процессе осаждения покрытий и неравномерность толщины покрытия на различных участках деталей.
По роду защитного действия гальванические покрытия делятся на анодные и катодные. Анодные покрытия защищают металл электрохимически, и при наличии в них пор или оголенных участков происходит разрушение только самого покрытия; металл детали не разрушается. Примером анодного покрытия является цинк. Защитное действие катодных покрытий является только механическим и основано на изолировании поверхности детали от коррозионной среды.
Химические (оксидные и фосфатные) покрытия характеризуются малой толщиной покрытия, равномерностью толщины покрытия и хорошим сцеплением с лакокрасочными покрытиями. Защитные и механические свойства этих покрытий невысокие.
Обозначения покрытий
Группы букв и цифр, характеризующих свойства покрытий, разделяются точками и располагаются в следующей последовательности: способ нанесения, материал покрытия, толщина покрытия, степень блеска, вид дополнительной обработки.
Способ нанесения покрытий обозначается: химический — Хим, анодизацпонный — Ан. Гальванический способ как наиболее распространенный в обозначении покрытия не указывается.
В обозначениях многослойных покрытий указываются все металлы, образующие покрытие в порядке нанесения слоев. Обозначения материалов покрытий приведены в табл. 1.
1. Обозначения материалов покрытий
Материал покрытия	Обозначение	Материал покрытия	Обозначение
Медь	м	Палладий	Пд
Кадмий	Кд	Родий	Рд
Латунь	Л	Серебро	Ср
Золото	Зл	Хром	X
Олово	О	Хром черный	Хч
Никель	н	Фосфат	Фос
Никель черный	Нч	Окись	Оке
Цинк	ц	Оксидофосфат	Оке. Фос
Степень блеска покрытий обозначается следующим образом: зеркальный блеск — зк, блестящий — б, матовый — м, полу матовый — пм. Толщина гальванических покрытий (минимальная) в обозначении указывается цифрами в микронах. Толщина химических покрытий не указывается.
Дополнительные виды обработки покрытий и их обозначения приведены в табл. 2.
2. Покрытия, подвергающиеся дополнительной обработке
Покрытия, подвергающиеся дополнительной обработке	Вид дополнительной обработки	Обозначение
Кадмиевые, цинковые	Хроматирование Фосфатирование	хр фос
Серебряные	Оксидирование Покрытие гидроокисью бериллия	ОКС бер
Оксидные, фосфатные, оксидо-фосфатные	Наполнение раствором хромпика Наполнение маслом	хр прм
В обозначениях анодизационных покрытий указывается цвет покрытия. Согласно ГОСТу 2940—63, перед обозначением покрытия вводится слово «Покрытие».
Примеры обозначения покрытий:
покрытие МНХ. 24. зк. — покрытие многослойное медь—никель— хром с минимальной толщиной 24 мкм, зеркальное;
покрытие Ан. Оке. черный, б. — покрытие анодизационное, оксидное, черное, блестящее.
Толщина и равномерность толщины гальванического покрытия
Основное значение для защитных свойств гальванических покрытий имеет толщина осажденного слоя металла. Повышение толщины покрытия соответственно увеличивает его коррозионную стойкость. Толщина защитных и защитно-декоративных покрытий, применяемых в оптикомеханической промышленности, приведена в табл. 3.
3. Минимальная толщина защитных и защитно-декоративных покрытий в мкм
Наименование покрытия	Обозначение группы эксплуатации 1					
	П	н	А	Т-П	Т—Н	Т —А
	П о (	:т а л ।	И			
Цинковое	6	15	24	—	—	—
Кадмиевое	6	12	21	12	12	21
Никелевое однослойное	12	24	—	24	—	—
Никелевое с подслоем меди	12	24	42	24	51	51
Хромовое с подслоем ни-	12	24	42	24	51	51
келя						
Хромовое с подслоем ме-	12	24	42	24	51	51
ди и никеля						
Хромовое однослойное	12	24	51	24	60	60
По меди	и ее	с п л	а в а м			
Кадмиевое	6	9	12	9	9	12
Никелевое	6	9	9	9	9	12
Хромовое с подслоем ни-	6	9	9	9	9	9
келя						
Хромовое однослойное	6	9	9	9	9	9
1 П — помещение (отапливаемое); Н —			помещение неотапливаемое,			
кратковременная эксплуатация на открытом			воздухе; А —		на открытом	
воздухе; Т — П — помещение в тропиках;			Т — Н	— под	навесом	или
эпизодически на открытом воздухе е		i тропиках; Т -		— А — 1	на открытом	
воздухе в тропиках.						
Для сложно-профилированных участков деталей, мелких деталей и деталей с резьбой допускается уменьшение толщины покрытия до 2—3 мкм.
После нанесения гальванических покрытий размеры деталей изменяются. Осаждение гальванических покрытий происходит с неизбежной неравномерностью слоя по толщине. Для простейших деталей типа «вал> неравномерность толщины слоя покрытия можно считать равной минимальной толщине. Для улучшения равномерности толщины покрытия необходимо притуплять острые кромки деталей фасками или закруглять их.
Чистота поверхности гальванических и химических покрытий
При нанесении гальванических и химических покрытий чистота поверхности деталей может повышаться на 2—3 класса. Изменение чистоты поверхности детали после нанесения покрытий приведено в табл. 4.
4. Чистота поверхности после нанесения покрытия (по ГОСТу 2789—59)
Вид покрытия	Класс чистоты поверхности	
	до покрытия	после покрытия
Никелирование глянцевое	V7-V9	Vio—V13
Никелирование полуглянцевое	V6—V8	V7—V9
Хромирование глянцевое	V7—V9	VIO—V13
Хромирование полуглянцевое	V5-V7	V7—V9
Хромирование матовое	V5-V7	V5-V7
Серебрение глянцевое	V7—V10	VIO—V13
Серебрение матовое	V5—V6	V6—V7
Оксидирование стали	V6—V9	V6—V8
Оксидирование латуни	V7—V9	V6—V8
Оксидирование алюминия	V6—V8	V6—V8
Фосфатирование стали	V5—V6	V4—V5
Нанесение покрытий на собранные узлы, литейные детали и детали сложной конфигурации
При нанесении гальванических и химических покрытий на узлы, имеющие клепаные, развальцованные, штифтовые и резьбовые соединения, а также на детали с точечной сваркой или со сложной конфигурацией трудно, а иногда практически невозможно произвести полную отмывку электролита. Аналогично, трудно отмыть электролит из пор литейных деталей и деталей, имеющих глухие отверстия и щели или глубокие отверстия малых диаметров. Наличие остатков электролита часто является причиной возникновения коррозии деталей и снижения качества покрытия. В связи с этим не следует производить отделку нескольких деталей в сборке, а в деталях, требующих нанесения гальвани
ческих или химических покрытий, нужно избегать глухих отверстий, щелей, полостей.
Не допускается также оксидирование узлов, изготовленных сваркой, деталей из точного стального литья и изготовленных из железного порошка.
Хорошими покрытиями для отделки подобных деталей являются фосфатные, оксидо-фосфатные и никелевые однослойные покрытия. Не допускается производить анодное оксидирование алюминиевых литейных сплавов с арматурой из стали, латуни, бронз и т. д.
Нанесение покрытий нескольких видов на одну и ту же деталь в массовом и серийном производстве представляет значительные трудности и в ряде случаев невыполнимо. Так, например, трудно выполнимы многослойные гальванические покрытия в сочетании с оксидными.
Если необходимо, чтобы на одной детали было и черное и декоративное светлое покрытия, то для стальных и латунных деталей можно рекомендовать химическое оксидирование плюс однослойное хромирование.
Свойства гальванических покрытий
Хромовые покрытия. Электролитический хром — твердый, хрупкий металл серебристо-стального цвета с синеватым оттенком. Коэффициент отражения достигает 65—70% . Хромовые покрытия сохраняют свой вид, не окисляясь при нагревании до 450—500° С.
Покрытие отличается хорошим сцеплением с основным металлом, повышенной твердостью и износоустойчивостью. Твердость покрытия достигает HV 1000. Хром стоек к действию влажной атмосферы, азотной кислоты, щелочей, большинства газов и органических кислот. По характеру защиты черных металлов покрытие является катодным. Защиту от коррозии обеспечивают многослойные покрытия с подслоями меди и никеля или одного никеля, а также однослойные молочные хромовые покрытия толщиной 0,01—0,05 мм.
К недостаткам хромовых покрытий относятся: значительная пористость, неравномерное распределение хрома на покрываемой поверхности (непокрытие отверстий и углубленных мест и резкое увеличение толщины хрома на острых кромках и выступающих местах), повышенная хрупкость.
Покрытие применяется как защитно-декоративное по стали (по подслою меди и никеля), для медных сплавов и других металлов и как износостойкое для деталей, работающих на трение.
Никелевые покрытия. Никель — металл серебристо-белого цвета с желтоватым оттенком. Коэффициент отражения достигает 65%. Покрытие выдерживает запрессовку, изгибы. При расклепке и развальцовке возможны случаи отслаивания. Твердость покрытия HV 300—400. Никель стоек к действию ряда органических кислот, минеральных солей и растворов щелочей. В атмосфере, насыщенной агрессивными газами и влагой, покрытие окисляется и тускнеет.
По характеру защиты черных металлов покрытие является катодным. Для уменьшения пористости никелевых покрытий применяется подслой меди. При введении в состав электролита блескообразователей покрытия получаются глянцевыми непосредственно в ванне.
Покрытие применяется в качестве защитно-декоративного для деталей из стали, медных сплавов и других металлов и в качестве подслоя для декоративных хромовых покрытий.
Покрытия черным никелем. Покрытие переменного состава, состоящее из сульфидов и окислов никеля и цинка, обладает высокой способ
ностью к светопоглощению. Покрытие имеет невысокие механические свойства, не является декоративным. Защитные свойства покрытия определяются толщиной никелевого, медного или цинкового подслоя.
Медные покрытия. Твердость покрытия HRB 37. На воздухе медь покрывается пленкой окислов и легко поддается воздействию сернистых, углекислых и хлористых соединений, находящихся в атмосфере.
Медные покрытия применяются в качестве подслоя перед никелированием, декоративным хромированием, серебрением и другими покрытиями и для защиты отдельных участков деталей от науглероживания при цементации стали углеродом.
Цинковые покрытия. Эти покрытия хрупки, но выдерживают изгибы. Твердость покрытия HRB 20—40. Покрытие работает на трение хуже кадмия, плохо выдерживает развальцовку и запрессовку. Во влажной атмосфере и в воде цинковые покрытия тускнеют и покрываются белым налетом окисных и углекислых соединений, замедляющих дальнейшее разрушение покрытия. В щелочах и кислотах покрытие растворяется; оно не стойко в среде, насыщенной морскими испарениями, и в контакте с деталями, пропитанными или покрытыми олифой или маслами.
Декоративные свойства покрытия невысоки. Покрытие применяется как защитное (анодное) для стальных деталей и приборов, эксплуатируемых в условиях промышленных районов. Для увеличения коррозионной стойкости цинковые покрытия подвергают хроматированию или фосфатированию.
Цинковые покрытия широко применяются для крепежных деталей.
’Кадмиевые покрытия^ Кадмий — металл серебристого цвета. Кадмиевые покрытия характеризуются высокой пластичностью и эластичностью, выдерживают развальцовку, штамповку и вытяжку. Детали легко свинчиваются и притираются. Твердость покрытия HRB 19. По химическим свойствам кадмий близок к цинку, но в щелочах не растворяется. В морской воде и атмосфере, насыщенной морскими испарениями, покрытие надежно защищает сталь от коррозии. Покрытие нестойко в контакте с деталями, пропитанными или покрытыми олифой или маслами.
По характеру защиты черных металлов в атмосферных условиях кадмиевое покрытие является катодным, а в морской воде и атмосфере, насыщенной морскими испарениями, — анодным.
Хроматирование повышает защитные свойства покрытия.
Серебряные покрытия. Твердость покрытия HRB 25. Серебряные покрытия характеризуются хорошей пластичностью, высокой электропроводностью и легко обрабатываются под давлением. Коэффициент отражения полированного покрытия достигает 95%, но с течением времени он уменьшается. Медь и ее сплавы покрываются серебром непосредственно, сталь предварительно покрывается медью или латунью.
В среде, насыщенной сернистыми и аммиачными соединениями, серебро покрывается темным налетом окислов и солей, которые не снижают электропроводности покрытия. Не рекомендуется применять серебрение для деталей, соприкасающихся с эбонитом и резиной, содержащей серу.
По характеру защиты черных металлов, меди и ее сплавов серебряное покрытие является катодным. Для защиты от потускнения серебряные покрытия подвергают одному из видов дополнительной обработки: пассивированию, оксидированию, палладированию, родированию, покрытию гидратом окиси бериллия.
Палладиевые покрытия. Палладий — мягкий металл серебристого цвета. Коэффициент отражения покрытия достигает 69%. Покрытие
хорошо выдерживают механическую обработку; оно менее электропро-водно, чем серебряное покрытие.
Палладий наносится непосредственно на серебро, никель, медь и ее сплавы. Палладиевые покрытия не разрушаются и не тускнеют под действием влаги и сероводорода; стойки к различным химическим веществам. Покрытия являются катодными.
Родиевые покрытия. Родий — металл серебристого цвета с голубым оттенком. Коэффициент отражения достигает 75%. Родий наносят на серебро и никель. Толщина покрытия не превышает 0,25 мкм. Родиевые покрытия отличаются высокой химической стойкостью по отношению к кислотам, щелочам и сернистым соединениям.
Оловянные покрытия. Олово — металл серебристо-белого цвета. Покрытие легко поддается изгибу, вытяжке, штамповке. Твердость покрытия равна HRB 5—5,2. При обычной температуре олово медленно окисляется на воздухе.
Разбавленные минеральные кислоты и многие органические кислоты при комнатной температуре не растворяют олова. По характеру защиты черных металлов покрытие является катодным.
На оловянных покрытиях, нанесенных по медному или латунному подслою или непосредственно по латуни или меди, наблюдается самопроизвольный рост нитевидных токопроводящих кристаллов (игл) длиной до 5 мм, что может вызвать закорачивание электрических цепей в узлах и блоках с оловянным покрытием. Оплавление покрытия предотвращает самопроизвольный рост кристаллов.
Латунные покрытия. Эти покрытия хорошо полируются, имеют хорошее сцепление с основным металлом. На воздухе покрытие со временем окисляется и темнеет. Латунные покрытия применяются в качестве подслоя для хорошего сцепления резины со сталью при гуммировании стальных деталей и при многослойных защитно-декоративных покрытиях.
Химические покрытия
Оксидные покрытия из стали. Оксидная пленка, состоящая из магнитной окиси железа, на углеродистой стали имеет черный цвет с синеватым оттенком. Стали, содержащие легирующие добавки, оксидируются хуже или совсем не оксидируются. Оксидная пленка не образуется на чугуне. Толщина оксидной пленки 1 мкм.
Защитные свойства оксидного покрытия не велики; покрытия рекомендуется применять для деталей изделий, эксплуатируемых в помещении. Защитные свойства покрытия повышаются после дополнительной обработки в масле.
Оксидо-фосфатные покрытия на стали и чугуне. Оксидо-фосфатные покрытия имеют цвет от темно-серого до черного в зависимости от марки стали. Механические свойства аналогичны оксидным покрытиям. Защитные свойства оксидо-фосфатных покрытий несколько выше оксидных. Толщина покрытия 1—4 мкм. Рекомендуются для деталей (особенно для чугунных и стальных литейных) изделий, эксплуатируемых в помещении.
Дополнительная обработка в масле повышает защитные свойства покрытия.
Фосфатные покрытия на стали и чугуне. Фосфатные покрытия, состоящие из фосфатов железа, марганца и цинка имеют цвет от серого до черного в зависимости от марки стали и фосфатирующего раствора. Покрытие пористое, имеет низкую механическую прочность. Фосфатные
покрытия обладают высоким электросопротивлением, выдерживают напряжение 300—1200 ей не изменяют магнитных свойств стали.
Покрытие хорошо притирается, а также является прекрасным грунтом под лакокрасочные покрытия. Толщина покрытия может достигать 20 мкм. Коррозионная стойкость покрытия невысока. В качестве самостоятельных фосфатные покрытия могут применяться для деталей изделий, эксплуатируемых в помещении. Для повышения коррозионной стойкости и механической прочности фосфатных покрытий применяется дополнительная обработка: пропитка маслами или смазками, покрытие лаками, эмалями.
Оксидные покрытия на меди и ее сплавах. Оксидная пленка в зависимости от метода получения и марки сплава имеет цвет от темно-коричневого до черного. Покрытие обладает невысокой механической прочностью; толщина покрытия 1 мкм. Оксидирование применяется для защитно-декоративной отделки деталей из медных сплавов.
Дополнительная обработка смазкой или покрытие лаками повышает защитные свойства покрытия.
Оксидные покрытия на алюминии и его сплавах. Оксидные покрытия, получаемые электрохимическим путем на аноде (иногда такой способ называют анодизационным), обладают высокой твердостью и электроизоляционными свойствами. Оксидная пленка толщиной 5—20 мкм при их наполнении анилиновыми красителями хорошо окрашивается в любой цвет.
Толстые пленки толщиной 18—50 мкм характеризуются высокой износостойкостью и твердостью.
Оксидные покрытия, уплотненные в горячей воде, в растворах хромпика или анилинового красителя, характеризуются высокой стойкостью во влажной атмосфере. Оксидные покрытия применяют для защитнодекоративной отделки деталей, для получения электроизоляционного слоя, а твердое оксидирование — для повышения износостойкости.
ЛАКОКРАСОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Лакокрасочные покрытия характеризуются высокими защитными и декоративными свойствами, а также возможностью реставрации. Для покрытий применяются эмали и лаки на основе мочевиноформаль-дегидных, меламиноалкидных, пентафталевых, глифталевых, нитроцеллюлозных, бутилметакрилаТ^ых, хлорвиниловых, эпоксидных и кремнеорганических смол.
К специфическим материалам, используемым в оптико-механическом приборостроении, относятся черные матовые и глубокоматовые эмали, предназначенные для окраски внутренних поверхностей оптических приборов. Их назначение — уменьшать светорассеяние и блики в приборах (см. гл. VII).
Лакокрасочные материалы горячей сушки (сушка при 60—250° С), как правило, образуют покрытия с повышенными защитными и механическими свойствами и более высокой стойкостью к органическим растворителям и маслам.
Обозначения покрытий
Лакокрасочные покрытия классифицируются по материалу покрытия, внешнему виду поверхности (классу) покрытия и по условиям эксплуатации покрытия. Согласно ГОСТу 9894—61, в обозначения покрытий входят
группы букв и цифр, определяющих внешний вид и свойства покрытия. Свойства покрытия располагаются в следующем порядке: марка лакокрасочного материала и цвет, внешний вид (класс) покрытия, условия эксплуатации. Перед обозначением покрытия вводится слово «Покрытие».
Характеристика покрытия по внешнему виду в зависимости от класса приведена в тайл. 5. Классификация условий эксплуатации изделий приведена в табл. 1—2.
5. Характеристика покрытий по внешнему виду
Класс покрытия	Характеристика внешнего вида покрытия
I	Поверхность ровная, гладкая, однотонная. Не допускаются дефекты поверхности, видимые без применения увеличительных приборов
II	То же. Допускаются отдельные, малозаметные без применения увеличительных приборов соринки, риски, штрихи и т. д.
III	То же. Допускаются отдельные, заметные без применения увеличительных приборов соринки, следы зачистки, риски и штрихи, а также неровности, бывшие до окраски
IV	То же. Допускаются неровности и дефекты, не влияющие на защитные свойства покрытия
Пример обозначения:
Покрытие лак 9-32Ф, бесцветный, II. Т—П — окраска производится лаком 9-32Ф, бесцветным по 2-му классу, условия эксплуатации — помещение в тропическом климате.
Подготовка поверхности под окраску
Основным условием получения качественного покрытия является тщательная подготовка поверхности, которая должна осуществляться механическими и химическими методами. Все детали и узлы должны поступать на окраску полностью обработанными. В особых случаях после окраски допускается сверление мелких отверстий, нарезание в них резьбы, гравировка.
Острые кромки металлических деталей перед окраской должны быть закруглены радиусом не менее 0,5 мм. Места сварки не должны иметь свищей, раковин, шлаковых включений и их следует тщательно зачищать. Рекомендуемая чистота поверхности под окраску приведена в табл. 6.
Грунтование. Грунтом называется первый слой лакокрасочного покрытия, наносимый с целью улучшения сцепления окрашиваемой поверхности с последующими слоями покрытия и повышения защитных свойств последнего. Грунтование — обязательная операция.
Разрешается не производить грунтования при окраске эмалями на мочевиноформальдегидных, пентафталевых и других смолах, мелких деталей изделий, эксплуатируемых в условиях помещения. Толщина слоя грунта 15—20 мкм.
6. Чистота поверхности под окраску (по ГОСТу 2789—59) в зависимости от класса покрытия
Класс покрытия	Чистота поверхности (не ниже)	
	под покрытия без шпатлевки	под покрытия со шпатлевкой
I	V5-V7	V1-V2
II	V4—V5	V1-V2
III	V1-V2	Не нормируется
IV	Не нормируется	» »
Шпатлевание. Предназначено для сглаживания неровностей окрашиваемой поверхности. Шпатлевание снижает механические и защитные свойства покрытия, так как толстые слои шпатлевки подвержены растрескиванию и скалыванию. В связи с этим необходимо стремиться устранять дефекты не шпатлевкой, а предварительной механической обработкой. Толщина первого слоя не должна превышать 0,5 мм для масляных, глифталевых, пентафталевых шпатлевок и 2,0 мм — для эпоксидных шпатлевок. Общая толщина шпатлевочных слоев не должна превышать 1,5—2,0 мм для умеренного и 0,5 мм для тропического климата.
ГЛАВА XVIII
ИСТОЧНИКИ И ПРИЕМНИКИ СВЕТА
ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
К лампам накаливания, применяемым в оптических приборах, предъявляются повышенные требования в отношении качества стекла баллонов, размера, расположения тела накала (табл. 1) и цоколевки (рис. 1).
В	В
СЦ62Г	СЦ628
ОПЗ-0,25	0716-10	0716-25*25	0717-10*10
Л .	Л
0П11-40	0П13-50	0П17-30	ОПЗЗ-О.З
для оптических приборов
1. Основные световые и электрические параметры и размеры ламп накаливания для оптических приборов (см. рис. 1)
1 Тип лампы	На-пря-же-ние в в	Мощность в вт	Световой поток в лм	11а ii-бол ьш и п диаметр D в мм	11аи-боль-шая длина в мм	Высот а светового центра Н в мм	Наибольшая ширина тела накала а в мм	Наибольшая высота тела накала b в мм	Продолжительность горения в Ч	Тип цоколя
СЦ79	2,5	0,5	4	18	33	—	3	—	20	РЮ
СЦ77	2,5	2	9	12	24	—	1,5	0,8	100	РЮ
СЦ118	2,4	2,6	28	18	33	—	3	—	5	РЮ
СЦ75	4	4	40	18	33	10,5	1,2	1,2	100	1Ф11
СЦ41	6	7	90	20	39	22	—	—	15	1ФД15
СГ2	6	7,5	88	26	46	24	0,9	1,5	40	1Ш15
СЦ69	6	25	340	33	67	8,5	5	1,3	100	Р14
СЦ70	6	30	405	33	67	9,5	3	2	80	Р14
СЦ78	7	3,5	40	18	33	—	3	0,2	20	РЮ
СЦ60	8	4,8	48	15,5	28	—	—	—	50	РЮ
СЦ76	8	3,2	29	12	24	—	2	0,6	50	РЮ
СЦ80	8	9	84	18	33	—	1,7	1,7	50	РЮ
СЦ61	8	20	250	21	56	42	2,8	2	100	1Ш15
СЦ68	8	30	465	31	86	48	1,3	5,5	100	2Ш20
СЦ98	8	35	450	31	86	48	1,4	3,2	200	2Ш20
Источники и приемники света
Продолжение табл. 1
Тип лампы	На-пря-же-ние в в	Мощность в вт	Световой поток в лм	Наибольший Диаметр D в мм	Наибольшая длина в мм	Высота светового центра Н в мм	Наибольшая ширина тела накала а в мм	Наибольшая в ысота тела накала Ь в мм	Продолжительность горения в Ч	Тип цоколя
СЦ4	12	30	500	31	86	12	—	—	100	Р27
СЦ63	12	35	560	41	70	42	4	2	25	2ФШ-20
СЦ64	12	50	1 000	36	68	35	3,5	2	50	2ФШ-20
СЦ62Г	12	100	1 750	56	91	56	04,8	—	75	2ФШ-22
СЦ62В	12	100	1 750	56	91	56	04,8	—	75	2ФШ-22
СЦ65Г	12	100	1 750	61	121	88	04,8	—	75	Р27
СЦ65В	12	100	1 750	61	121	88	04,8	—	75	Р27
СЦ94	12	100	1 750	56	100	46	04,8	—	75	1ФС-34
СЦ105	105	25	185	25	76	35	6	8	400	2Ш15
СЦ106	105	80	800	61	100	44,5	22	13	400	1Ф27
СЦ99	127	1000	21 000	132	205	—	—	—	40	Р40
ОПЗ-0,25	3	0,25	2,8	4,6	14	11,5	—	—	75	Диаметр 5,5 мм, высота 7 мм
0П6-Ю	6	10	125	21	56	31	—	—	200	2Ш15
ОП6-25+25	6	25	312	26	47	28	—	—	100	2Ш15
Лампы накаливания для оптических приборов
Продолжение табл. 1
Тип лампы	На-пря-же-ние в в	Мощность в вт	Световой поток в лм	Наибольший диаметр D в мм	Наибольшая длина в мм	Высота светового центра Н в мм	Наибольшая ширина тела накала а в мм	Наибольшая высота тела накала b в мм	Продолжительность горения в ч	Тип цоколя
ОП7-Ю+10	7	10	70	13	31	18	—	—	100	1Ш15
ОШ 1-40	11	40	840	21	57	35	—	—	25	1Ф15
ОП12-ЮО	12	100	2 500	51	88	35	5,5	2,5	25	1Ф27
ОП13-50	13	50	1 500	19,5	57	— '	2,6	2,0	1	2Ш15
ОП17-30	17	30	474	37	62	—	12	—	100	1Ш15
ОПЗЗ-0,3	33	0,3	130	26	90	55	0,6	3,5	150	Е27
МН-1	1	0,075	—	12	24	19	1,5	0,25	200	Р10/13-1
МН-2	2,5	0,2	—	16	24	19	1,5	0,25	200	Р10/13-1
МН-3	2,5	0,4	1,5	16	24	19	1,5	0,25	40	Р10/13-1
МН-4 МН-7	2,5 2,5	0,8 1,5	3,0 5,0	16 1 16	/	30	22	—	—	200	1Ш-9-1
МН-13	3,5	1	6,0	12	24	—	2	0,25	200	1Ш-9-1
Э-34	2,4	0,4	—	3	13,5	—	—	—	10	—
Примечания:!. К лампам предъявляются повышенные требования в отношении качества стекла баллонов, размера и расположения тела накала. 2. Для сохранения точного положения светового центра при замене лампы у ряда ламп имеются специальные фокусирующие цоколи.										
Источники и приемники света
КИНОПРОЕКЦИОННЫЕ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ
Хорошее качество освещения дают лампы, у которых тело накала имеет форму плоской спирали (типа К22, К24, КЗО, К32). Ряд ламп имеет фокусирующие цоколи. С целью повышения общей яркости у некоторых
ламп(К12, К14Д15, К18) секции тела накала второго ряда располагают против промежутков секций первого ряда.
027
<ъ22
027
К20
ф!5
К10
Рис. 2. Кинопроекционные лампы
М2 (КМ
КЗО
Лампы разных типов изготовляются с разными цоколями (рис. 2 и табл. 2). Лампы К26 могут выпускаться с резьбовым цоколем или двух-
контактным штифтовым цоколем диаметром 22 мм, при этом высота светового центра (номинальная) Н =62 мм.
ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ С ЙОДНЫМ циклом
Кварцевые йодные лампы имеют преимущества перед обычными лампами накаливания: на протяжении всего срока службы колбы их не темнеют и, следовательно, не уменьшается световой поток; они отличаются большой световой отдачей, долговечностью и весьма малыми габаритами при большой мощности.
Кварцевые йодные лампы накаливания распределены по следующим сериям (табл. 3 и 4, рис. 3 и 4):
ф10(ф11дляКИМ-9-70
Рис. 3. Малогабаритные лампы для оптических приборов с йодным циклом
Рис. 4. Малогабаритные лампы с йодным циклом (типа КИМ6—25 ± 25)
I — лампы для кино-, фотосъемочного, телевизионного и специального освещения; II — малогабаритные лампы для оптических приборов.
2. Основные световые и электрические параметры и размеры кинопроекционных ламп	£
Тип лампы	Напряжение в в	Мощность в вт	Световой поток в лм	Наибольший диаметр D в мм	Наибольшая длина L в мм	Высота светового центра Н в мм	Наибольшая ширина тела накала а в мм	Наибольшая высота тела накала b в мм	Рабочее положение ламп	Продолжительность горения в ч
К25	10,5	82	1 970	25	78	40,5	5	2	Любое	25
кю	12	50	1 000	51	77	45	7,2	0,95	»	50
КЗО	17	170	4 420	27	155	60	6,5	4,3	Вертикальное, цоколем вниз	20
К24	17	170	4 420	28	150	81,5	6,5	4,3	Вертикальное, цоколем вверх	20
К22	30	400	11 000	37	155	60	8,9	6,4	Вертикальное, цоколем вниз	30
К32	40	750	21 800	37	155	66	13,6	9,4	То же	30
К12	НО	300	6 450	37	145	70	8	8,5	»	50
К14	ПО	500	11 000	37	155	81,5	10	10	Вертикальное, цоколем вверх с отклонением до 15°	30
К15	НО	750	17 250	37	155	81,5	11	11	То же	30
К26	127	150	2 480	37	144	74	1	22	Любое	200
К18	127	300	6 450	37	145	70	8	8,5	Вертикальное, цоколем вниз	50
Источники и приемники света
3. Малогабаритные лампы для оптических приборов (см. рис. 3 и 4)
Тип лампы	Мощность наибольшая в вт	Номинальное напряжение в в	Световая отдача наименьшая в лм/вт	Средний срок службы наименьший в ч	Тело накала (тип, форма)	Тип цоколя
КИМ6-25+25-2	25+25	6	13	300	Моноспираль	Пластинчатый (софитный)
КИМ6-25+25	25+25	6	13	200		С односторонними вводами
КИМ9-75-2 софитная	75	9	21 (яркость 30 Мнт)	50	Плоская спираль 2,6X2,6 мм	Пластинчатый (софитный)
КИМ9-75	75	9	21 (яркость 30 Мнт)	50	То же	С односторонними вводами
КИМ12-90-2 софитная	90	12	22 (яркость 30 Мнт)	50	Моноспираль 3,5Х X 1,9 мм	Пластийчатый (софитный)
КИМ12-40	40	12	18	300	Моноспираль	С односторонними вводами
КИМ12-100	100	12	18	300		То же
КИМ12-160	160	12 (24)	—	2000		Пластинчатый (софитный)
КИМ12-200	200	12	—	100	Плоская спираль 4,5X4,5 мм	То же
Лампы накаливания с йодным циклом
£
4. Лампы для кино-, фотосъемочного, телевизионного и специального освещения
Тип лампы	Мощность в вт	Номинальное напряжение в в	Световая отдача в лм/впг	Срок службы в ч	Цветовая температура в °К	Тело накала (тип, форма)	Тип цоколя
КИМ8-125,0	125,0	8(24)	—	—	3200	Концентрированное	—
КИМ30-300	300	30	28,3	20	3200	Биспираль	Пластинчатый (софитный)
КИМ75-650-2 (с двойной колбой)	650	75	25	100	3200	»	Р 27/32-2
КИМ75-650 (с одинарной колбой)	650	75	25	100	3200	»	Пластинчатый (софитный)
КИ85-1000	1000	85	.28	80	—	Моноспираль	То же
КИ200-1200	1200	200	28	80	—	Моноспираль	Пластинчатый (софитный)
КИ220-500	500	220	—	—	3200	»	—
КИ220-1000	1000	220	—	—	3200	Биспираль	—
КИ220-2000	2000	220	—	—	3200	Моноспираль	—
Источники и приемники света
ЛАМПЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВЕТОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
Светоизмерительные лампы предназначены для фотометрических работ. Характеристики их приведены в табл. 5 и 6.
$	₽)	ж)	з)
снв-гоо-у
Рис. 5. Лампы накаливания светоизмерительные
£
5. Характеристики светоизмерительных ламп накаливания (по ГОСТу 10771—64)
	IX		Сила	света в св		Световой 1 в лм		поток	тер а-	Размеры ламп и тела						акала			to
										накала		в мм	не более						
Тип лампы	о ? от	<53 СО	к от 3	к X	к ОТ 3	sX э	>Х X	X S	х		i	о « X сх X и	тела	S3 Ч X		X от с; X			<а рис
	so			ч					eg		ч	иС	СО —			h-		X	
	2.	о	(V	X	о	X х	X	ч о	X X о	х 3	ОТ	ь	X «	ОТ ОТ ь ч		от		Eg?	«
	h	S	X X	X S	ю X	X X	X X	о X	§2.	Ж>О от п;	X X	82	и	о от О X		а.		Е<->	о Е
	X?	ё	от X	о X	оз X	оз	о X	ОТ X	ХТн	X о ч *		вы ВО1 Н	э2	3 от X X		е		хО	
СИСЮ-5	10	8,6	4,4	5	5,6	—	—	—	2360	88	150	88	8	45				Р27/32-2	а
сисю-ю	10	16,8	8,8	10	11,2	—	—	—	2360	88	150	88	8	55				с косым	а
СИСЮ7-35	107	56	30,8	35	39,2	—	—	—	2360	130	200	105	36	66				рантом	а
СИСЮ7-100	107	158	88	100	112	—	—	—	2360	130	200	105	39	66				То же	а
СИСЮ7-500	107	365	440	500	560	—	—	—	2800	130	210	125	25	25		Плоская		»	б
СИСЮ7-Ю00	107	660	880	1000	1120	—	—	—	2854	130	210	125	• 25	30				Р40/45-1с	б
СИСЮ7-1500	107	915	1320	1500	1680	—	—	—	2360	130	235	155	28	35				с косым рантом	б
СИПЗ.5-10	3,5	1,9	—	—	—	8,8	10	11,2	2360	40	75	50	8	20				Р10/20-2	в
СИПЮ-50	10	8,6	—	—	—	44	50	56	2360	88	140	100	8	45				Р27/32-2	г
СИП35-150	35	22,2	—	—	—	132	150	168	2360	88	150	105	38	62		Цилиндрическая		Р27/32-2	д
СИП35-500	35	40	—	—	—	440	500	560	2800	88	140	105	22	18		Плоская		Р27/32-2	е
СИП107-500	107	74	—	—	—	440	500	560	2360	88	150	108	38	? 62 \				Р27/32-2	ж
СИП 107-1500	107	118	—	—	—	1320	1500	1680	2800 2800	100	210	160	25	15 1		Цилиндрическая		Р27/32-2	3
СИП 107-3500	107	260	—	—	—	3080	3500	3920		115	235	185	25	20 '		1	1	Р27/32-2	3
Источники и приемники света
Примечание. СИС — светоизмерительная лампа для измерения силы света; СИП — светоизмерительная лампа для измерения светового потока.
6. Характеристики светоизмерительных ламп накаливания (рис. 5)
Тип лампы	Напряжение в в	А £ и О S g о	Цветовая температура тела накала в °К	Наибольший диаметр D в л<>и	Наибольшая I длина L в мм	Высота светового центра И в мм	Ширина тела накала а в мм	Высота тела накала b в мм	Продолжительность горения в ч	1 № поз. на | рис. 5
СИ6-40-1	6	40	2840	37	155	75	0,7	8	200 ।	
СИ6-100-1	6	100	2840	45	155	75	2,0	8	200 /	и
СИ8-200	8	200	3000	85	160	—	2,0	10	300 1	
СИ8-200-У 1	8	200	3000	85	160	—	2,0	10	300 f	
1 Лампа имеет окно колбы из				увиолевого		стекла				
РТУТНО-КВАРЦЕВЫЕ ЛАМПЫ СВЕРХВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Лампы (рис. 6) излучают свет видимой и ультрафиолетовой областей спектра. Разрядный промежуток имеет малые размеры и очень большую яркость (до 1000 Мнт), что создает возможность использования ламп
в различных оптических приборах для получения узкого пучка света большой интенсивности. Излучение ламп имеет линейчатый спектр с непрерывным фоном.
Недостатками ламп являются длительное время разгорания (2—5 мин) и остывания после выключения для повторного зажигания, плохая цветопередача, особенно в длинноволновой части видимого спектра. Технические характеристики ламп приведены в табл. 7—9.
7. Приближенное относительное распределение энергии в спектре излучения
Длина волны в нм	Относительная энергия в %	Длина волны в нм	Относительная энергия в %
248,2	28,1	365,0	100,0
289,5	9,4	373,0	16,8
297,0	25,2	405,5	64,4
301,0	31,2	436,5	73,1
302,0	38,3	546,5	77,3
313,8	68,1	578,0	86,2
334,5	19,9	605,0	7,3
Примечание. За 100% принята излучаемая энергия с длиной волны 365 нм.
Рис. 6. Ртутная кварцевая лампа сверхвысокого да влепия
8. Технические данные ртутных шаровых ламп, выпускаемых в СССР (рис. 6)
Тип лампы	Мощность в вт 		Напряжение питания в в	Напряжение на лампе в в	Номинальный ток лампы в а	Наименьший световой поток в КАМ,	Наименьшая сила света в ксв	Наименьшая яркость в центре в М нт	Длина дуги b в мм	Средний срок службы в ч	Наибольшая общая длина L в мм	Наибольшая ширина в мм	Диаметр колбы D в мм	ТУ
ДРШЮО *	100	110	14—26	5	1,2	—	700	0,25—0,45	150	100	15	12	СУЗ.374.075
ДРШ 100-2 *	100	60	16—25	5	1,2	—	850	0,2—0,3	100	85	15	12	СУ3.374.173
ДРШ250 **	200	93	57—87	3,5	10	1	100	3,4—4,0	250	145	40	25	СУО.337.054
ДРШ250-2 *	250	60	25	10	10	1	—	0,5—0,8	100	120	20	18	—
ДРШ500 **	500	190	60—92	7	18	1,8	130	4,0—4,6	250	190	45	32	СУО.337.054
ДРШ1000 **	1000	190	75—105	12	42,5	4,25	120	6,8—8,3	100	232	58	40	СУО.337.054
ДРКШЮОО **	1000	220	105—120	12	46	4,6	150	6,75—7,85	100	232	42	40	ЮЩ.324.001
Примечания: 1. ДРШ — дуговая ртутная шаровая; ДРКШ—дуговая ртутно-ксеноновая шаровая; * лампы постоянного тока; *♦ лампы переменного тока.
2.	Рабочее положение ламп вертикальное (допустимое отклонение от вертикали 10°).
3.	Продолжительность неустановившегося режима 10 —15 мин.
4.	Зажигание ламп осуществляется от специальных зажигающих устройств, указанных в ТУ.
5.	Лампа ДРКШ1000 ♦♦ электродная без электрода поджига <ЭП>.
6.	Цоколь резьбовой М3 для ламп ДРШЮО, ДРШ250 и ДРШ500; цоколь резьбовой М5 для ламп типа ДРШ 1000 и ДРКШ 1000; цоколь штифтовой для ламп ДРШ100-2 и ДРШ250-2.
7.	Охлаждение всех ламп естественное.
Источники и приемники света
9. Технические данные ксеноновых дуговых ламп сверхвысокого давления, выпускаемых в СССР
	§	Н X С	яз X	й ток	свето-клм	сила	о. X <у о.	3 мм	с служ-	i § S О S Е £ «		X X X	общая и	шири-	3 \о	
	аа	X	а X	3		X я ~	X f-сч X	X	о	си О		ф КС	X 3 я	X X	ч о	
Тип лампы	ft	<у	= «	•а а	3 х	а?	а ь			0) О. X		£	3 я	а ~	X	ТУ
	о X S’ о £	Напряж НИЯ в в	Напряже лампе в	Номинал лампы в	Наимень вой пото	Наимень света в к	Наимень кость В 1 в Мнт	КС я X X ч	Средний бы в ч	S Ф X X = X Ф _ X Ч и о “ к £ •—г ® О R.x о		Род охла	Наиболь: длина L	Наиболь на Z в лм	Диаметр в мм	
ДКсШ-120	120	65	10—13,5	10—12	—	—	700	0,2 макс.	100	25—30'		Естествен-	100	15	15	ЮЩ3.374.011
ДКсШ-150	150	65	15—17,5	—	2,3	—	400	0,65-0,85	200	—		ное	102	13	13	ЮЩ3.374.053
ДКсШ-200	200	70	22 макс.	12 макс.	—	—	90	2,0—2,5	500	15			149	26	26	СУЗ. 374.127
ДКсШ-500	500	50	25 макс.	30 макс.	—	—	200	2,0—3,0	400	15 .			210	—	31	СУЗ.374.137
ДКсШ-1000	1000	50	(25 макс. (23 макс.*	51 макс. 57 макс. *	—	—	200 390*	2,7—4,1 ) 2,0-2,7* )	350	8		Принуди-	258			43	СУО.337.061
ДКсШ-1000-1*	1000	65	25 макс.	55 макс.	—	—	200	2,7—3,9	70	8		тельно-воздушное	250	—	43	СУО.337.061
ДКсШ-1500	1500	70	17—23	70	—	—	650	1,5-2,2	150	8			254	44	44	ЮЩ3.374.008
ДКсШ-3000	3000	65—70	25—32	100	100	10	550	3,2—4,2	100	6,5			330	—	58	СУЗ.374.08
				(110 макс.)												
ДКсР-3000	3000	75	30	100	80	8	100	5,5	150	10 1			260	—	50	СУЗ.374.193
ДКсР-6000	6000	75	37—40	150	170	17			5,5	125	10 (		Воздушно-	260			60	СУЗ.374.192
												водяное				
ДКсР-10000	10000	75	34—40	—	320	—	—	6,5—7,5	100			Водяное	250	—	70	СУЗ.374.210
При	меч	а н и я: 1. ДКсШ — дуговая ксеноновая						шаровая,	ДКсР — дуговая ксеноновая						разборная.	
2. Рабочее i		положение ламп		вертикальное	: (допустимое отклонение				ОТ I	зертикали 10°).						
3. Зажигание ламп производится от специальных зажигающих устройств,											указанных		в ТУ. *		— лампа пере-	
менного тока.																
РтI/тно-кварцевые лампы сверхвысокого давления
ГАЗОВЫЕ ЛАМПЫ СВЕРХВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Ксеноновые лампы
Лампа (рис. 7) обладает большой яркостью и непрерывным излучением в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях. Лампа сразу после включения работает нормально. Ксеноновые лампы взрывоопасны и поэтому для них требуются защитные устройства. От сети переменного тока лампы питаются через трансформатор, понижающий напряжение накала, и выпрямитель, питающий анодную цепь напряжением постоянного тока. Оба напряжения стабилизируются (табл. 9).
Газоразрядные циркониевые лампы
Циркониевые лампы обладают большой яркостью при очень малых размерах светящегося тела (табл. 10). Включение в сеть осуществляется через выпрямитель. Зажигание лампы производится при помощи индуктора.
Рис. 7. Ксеноновая лампа
10. Основные световые, электрические параметры и размеры циркониевых ламп (рис. 7)
Тип лампы	Напряжение сети в в	Номинальная мощность в вт	Наименьшая габаритная яркость в Мнт	Наибольший диаметр D в мм	Наибольшая длина L в мм	Высота светового центра И в мм	Наибольший размер светящегося пятна в мм	Продолжительность горения в ч
ДАЦ50 ДАЦ500	220 220	50 340	30 40	38 115	115 170	50 50	1 4	75 10
Газоразрядные спектральные лампы с линейчатым спектром излучения
Такого рода лампы применяются в спектроскопии, микроскопии, светотехнике и других областях. Лампы подразделяются на две группы. Наиболее интенсивные линии спектра излучения, электрические и световые параметры ламп первой группы приведены в табл. 11. Все лампы имеют диаметр колбы 33 мм, длину 16э мм и высоту центра светящейся области 105 мм. Цоколь Р27.
В зависимости от наполнения лампы изготовляются из кварцевого, увиолевого или специального стекла. Лампы включаются в сеть перемен-
11. Газоразрядные спектральные лампы первой группы
Тип лампы	Наполнитель	Длина во. видимая область	лны в нм ультрафиолетовая область	Напряжение в в	Наименьшая яркость в кнт
ДРС50	Ртуть	365,0 404,7 435,8 546,1 577,0	253,7 296,7 312,6 334,1	55	1000
ДКдС20	Кадмий	467,8 480,0 508,6 643,8	298,1 326,1 340,4 346,6	17	17
ДЦнС20	Цинк	468,0 472,2 481,1 636,2	280,1 328,2 330,3 334,5	19	8
ДТС15	Таллий	535,0	—	18	20
ДНаС18	Натрий	589,0 586/596,0 687,0 697,3	—	19	80
ДЦзС16	Цезий	455,5/459,3 687,0 697,3 722,9 760,9 794,4	—	10	2,5
Примечание. Число в обозначении лампы показывает мощность ее в вт.
ного тока 220 в через дроссель. Потребляемая сила тока от 0,9 до 1,8 а. Продолжительность горения ламп 200—300 ч, кроме лампы ДТС15 с продолжительностью горения 50 ч.
Во вторую группу входят водородные лампы ДВС25 и ДВС40 (табл. 12). Водородные лампы используются в качестве источника непрерывного спектра в ультрафиолетовой области. В баллоне лампы имеется окно из тонкого увиолевого стекла. Спектр излучения у лампы ДВС25 до 214 нм и у лампы ДВС40 до 185 нм в сторону коротких волн. Лампы имеют многоштырьковый цоколь; питаются от сети переменного тока через трансформатор, понижающий напряжение накала до 7 в, и выпрямитель, питающий анодную цепь напряжением постоянного тока 400 в. Оба напряжения должны стабилизироваться. Продолжительность горения ламп 200 ч.
12. Основные электрические параметры водородных ламп (рис. 7)
Тип лампы	Пусковой режим		Рабочий режим		Продолжительность горения в ч	Высота L в мм	Наибольший диаметр D в мм	Высота центра светящейся области в мм
	наибольший ток накала в а	наибольшее напряжение зажигания в в	наибольшее напряжение в в	наименьшее напряжение в в				
ДВС25	3,5	350	100	50	200	124	43	60
ДВС40	4,4	350	100	50	200	146	44	75
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ БЕЗЭЛЕКТРОДНЫЕ СПЕКТРАЛЬНЫЕ ЛАМПЫ С ПАРАМИ МЕТАЛЛОВ
Лампы предназначены для применения в спектральных приборах,
а некоторые из них, например ртутные, таллиевые и натриевые, могут быть применены в интерференционных приборах при высоких требованиях к монохроматичности излучения. Лампы представляют собой баллон
из кварца или специального стекла, наполненный инертным газом и содержащий некоторое количество рабочего металла. Они являются источником излучений, дающих узкие монохроматические линии в диапазоне 200— 300 мм. В качестве рабочего металла применяются ртуть, натрий, таллий,
Рис. 8. Высокочастотные безэлектрод-ные спектральные лампы
кадмий, цинк, цезий и рубидий.
Лампы имеют форму шара диаметром 9 + 2 мм (лампы без индекса 2) или диаметром 18 + 2 (лампы с индексом 2). Только лампы ВРС-2 имеют форму цилиндра с размером 18 + 2 X 45 + 1 мм (рис. 8).
Безэлектродные лампы возбуждаются электромагнитным полем высокой частоты от специального генератора (помещаются между витков индукционной обмотки генератора). Интенсивность и ширина спектральных линий ламп определяется режимом работы генератора, который дол
жен строго выдерживаться согласно табл. 13. Для возбуждения ламп рекомендуется применять генератор 22И10, выпускаемый тем же предприятием, что и лампы. Параметры ламп гарантируются заводом только при условии работы ламп в этом генераторе (табл. 14).
Рис. 9. Колпачок для охлаждения безэлектродных ламп
045
Средняя продолжительность горения ламп при оптимальном режиме 1000 ч, за исключением ламп типа ВРС-2 (300 ч) и ламп ВТлС (100 ч). К концу срока службы интенсивность контрольной линии уменьшается на 30%. Перед зажиганием лампы типа ВКдС, ВЦнС, ВРС рекомендуется протереть спиртом. Для поддержания разряда в лампе, наполненной ртутью, требуется охладить ее при помощи специального колпачка (рис. 9). Давление охлаждающего воздуха порядка 1,4—1,5 ат.
13. Режим работы ламп
Тип лампы	Ток зажигания наибольший в ма	Оптимальный ток в ма	Предельно допустимые токи генератора в ма	
	при напряжении питания 300 в		наименьший	наибольший
ВНаС-2	ПО	170	90	180
ВРбС-2	120	85	70	130
В КС-2	140	120	90	140
ВЦзС-2	300	80	75	ПО
ВКдС-2	180	150	100	160
ВЦнС-2	200	175	140	175
ВРС-2	260	155	125	220
ВТлС-2	180	260	175	275
ВНаС	120	160	120	170
ВРбС	110	130	ПО	140
В КС	160	150	140	160
ВЦзС	180	ПО	НО	120
ВКдС	140	160	140	170
ВЦнС	150	180	140	190
ВТлС	190	260	200	280
14. Начальные оптические параметры ламп
Тип лампы	Оптические параметры при оптимальном токе			Основные линии излучения ламп в нм
	контрольная линия в нм	минимальная интенсивность контрольной линии в мвт/стер* см2	максимальная полуширина линии в нм	
ВНаС-2, ВНаС	589,0	4,0	0,017	589; 589,6; 813,3; 819,4
ВРбС-2, ВРбС	780,0	6,0	0,016	420; 421,5; 780; 794,7
В КС-2, В КС	769,9	6,0	0,016	404,1; 404,7; 766,4; 769,9
ВЦзС-2, ВЦзС	852,0	5,0	0,035	455,5; 459,3; 807,9; 852,0; 1002,0; 1012,0
ВКдС-2, ВКдС	508,6	3,0	0,04	228,8; 298,0; 346,6; 308,6; 643,8; 734,6; 738,5
ВЦнС-2, ВЦнС	481,0	1,0	0,004	213,8; 328,2; 330,2; 334,5; 468,0; 472,2; 481,0; 636,2
ВРС-2, ВРС	435,8	2,0	0,010	365,0; 404,7; 435,8; 546,1; 577,0; 253,7; 296,7; 312,6; 334,0
ВТлС-2, ВТлС	535,0 1	0,6	0,009	322,9; 315,9; 377,5; 535,0
1 Линия состоит из двух компонентов примерно одинаковой ширины, отстоящих друг от друга на 0,011 нм с соотношением интенсивностей 1 : 3.				
ИМПУЛЬСНЫЕ И СТРОБОСКОПИЧЕСКИЕ ЛАМПЫ
Импульсные лампы предназначены для фото- и киносъемок. Стробоскопические лампы применяются при измерении скоростей движущихся тел. В табл. 15 и 16 даны характеристики этих ламп.
22 Заказ 1902
15. Световые и электрические параметры и размеры импульсных ламп-вспышек
Тип лампы	Режим работы	Энергия вспышки в дж	Рабочее напряжение в в	Наименьший интервал между вспышками в сек	Наибольшее напряжение зажигания в в	Наименьшее напряжение самопробоя в кв	Наименьшее ос-вечивание вспышки в св. сек	Длительность вспышки (ориентировочно) в мсек	Срок службы (тыс. вспышек)	 Наибольший диаметр D в мм	Наибольшая длина L в мм 				1 № поз. на	1 рис. 10
ИФК20-1	—	20	130	10	100	0,7	30	0,2	30	1	45	а
ИФК50-1	—	50	200	10	140	1	140	0,4	30	1	55	б
ИФК2000-2	а б в	2000 400 400	500 500 1000	15 1 1	360 360 360	3 3 3	7000 1300 1600	—	5 400 400	45	167	в
ИФК20000-2	а б в	20 000 10 000 2 000	6000 6000 4000	10 10 10	2500 2500 2500	15 15 15	60 000 34 000 6 000	2 1,1 0,6	7	166	230	г
ИФТ200	а б в	40 120 200	200 200 200	15 15 15	150 150 150	0,6 0,6 0,6	50 150 200	3 9 10	5 5 1	28	67	д
ИСТ10	—	0,01	500	0,001	180	1	—	0,007		30	75	е
Примечание. В таблице приведены данные не всех выпускаемых промышленностью импульсных ламп.												
Импульсные и стробоскопические лампы
в) в
о) в е)
Рис. 10. Стробоскопические (импульсные) газоразрядные лампы
16. Световые и электрические параметры и размеры стробоскопических ламп (рис. 11)
Тип лампы	Режим работы	Рабочее напряжение в в	Емкость питающего конденсатора в мкф	Средняя мощность в вт	Частота вспышек в ги	Наименьшая усредненная по времени сила света в св	Длительность вспышки в мсек	Срок службы в ч	Наибольшее напряжение зажигания в в	Наименьшее напряжение самопробоя в кв	Наибольший диаметр D в мм	Наибольшая длина L в мм	№ поз. на рис. 10	|
ИСК 10	а	300	220	10	1	—	200	50	180	1	28,5	77	а
	б	300	1,0	10	200	1,5	15	50	180	1	—	—	б
ИСК25	—	300	550	25	1	—	0,15	100	250	1,2	30	58	в
ИСП5	а	1 000	0,1	5	100	2,0	2,5	10	800	2,5	13	86	г
	б	10 000	0,002	200	2000	—	0,4	500 серий	—	—	—	—	д
ИСП70	—	1 200	0,25	18	100	8	20	100	650	2,5	46	105	е
Импульсные и стробоскопические лампы
Отн чувствительность Отн чувствительность фотокатода 7,	фотокатода,X
Пределы изменения положения максимума
Длина волны, нм
200 250	300 340
Длина волны, нм
g 300 400500 600 700800900100011001200 Длина волны, н>, •
Длина волны, нм
Рис. 11. Спектральные характеристики фотоумножителей
ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ УМНОЖИТЕЛИ
Фотоэлектронные умножители (ФЭУ) преобразовывают лучистую энергию в электрическую с большим усилением и обладают высокой чувствительностью. ФЭУ имеют меньшие шумы, чем схема фотоэлемент-усилитель. Благодаря указанным качествам ФЭУ широко применяются в оптических при- Г борах. В табл. 17 приведены характеристики	лД
ФЭУ.	U
БОЛОМЕТРЫ
В качестве приемников инфракрасного излучения применяются болометры (рис. 12). Болометр БМК-3 имеет окно из кристалла бромистого калия КВч, диапазон спектральной чувствительности 0,3—25мкм\болометр БМЦ-3 имеет окно из кристалла йодистого цезия CsJ, диапазон спектральной чувствительности 0,3— 50 мкм.
Рис. 12. Болометр
Пороговая чувствительность (сигнал на уровне шума) при частоте модуляции 9 гц и ширине полосы пропускания Д/ = 1 гц: БМК-3 — 0,8-10~10 в/вт, БМЦ-3 — 2-10"10 в/вт.
Сопротивление активного и компенсационного элементов при t — = 20° С: БМК-3 — 140—200 (±10%) ом, БМЦ-3 — 100—150 ом.
Размеры приемной площадки: БМК-3—1,9 X 0,4 мм, БМЦ-3 — 1,9 X 0,6 мм.
Рабочее напряжение не более 0,5 в.
ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (ЭОП)
Такие преобразователи применяются для преобразования изображения, полученного в невидимых лучах, в видимое. Для преобразования изображения, полученного в инфракрасных лучах с длиной волны до 1,2 мкм, применяется ЭОП типа П-4. Эти же преобразователи, только с увиолевым или кварцевым окном, используются для преобразования изображения, полученного в ультрафиолетовом свете с длиной волны до 220 нм.
Характеристики электронно-оптического преобразователя типа П-4: экран сульфидно-селенидный желто-зеленого свечения; фотокатод кисло-родно-цезиевый; рабочее напряжение—18 кв\ диаметр фотокатода — 35 мм, диаметр экрана — 20 мм\ разрешающая способность в- центре — 20
30 линий/мм (в плоскости фотокатода 30-^— = 18 линий/мм или 55 мкм}\ 35
область спектральной чувствительности — 0,8—1,2 мкм\ увеличение — 0,6х; дисторсия — 10—12%. Срок службы не менее 500 ч.
17. Характеристики
Параметр						
		НА		12А		14А
Спектральная характеристика (рис. 11) Область спектральной чувствительности в нм Максимум спектральной чувствительности в нм Темновой ток в а не более Чувствительность фотокатода в мка/лм Наибольший ток анода в ма Напряжение питания в в Наибольшая высота в мм Наибольший диаметр в мм Диаметр рабочей площади фотокатода в мм Вес в г Стабильность работы за 6 ч в % Выдерживаемые перегрузки перпендикулярно оси в следующем режиме: высота падения в мм частота в удар/мин	С-4 330—650 410—470 8-Ю"7 25 2000 179 52 40 200 10 100	С-4 300—650 410—470 8 • 10-7 50 25 2000 179 52 40 200 10 100		С-5 330—750 470-510 8-Ю-7 50 25 2200 179 52 40 200 10 100		С-5 330—750 470—510 4-Ю"7 60 5 2200 129 52 40 120 100 100
Параметры						
	25		26			31	1	
Спектральная характеристика (рис. 11) Область спектральной чувствительности в нм Максимум спектральной чувствительности в нм Темновой ток в а не более Чувствительность фотокатода в мка/лм Напряжение питания в в Наибольшая высота в мм Наибольший диаметр в мм	С-2 400-600 400—500 5.10-8 25 1700 114 34		С-6 300-600 340—440 5-10-8 20 1200 66,5 22,5		С-7 320—750 450—550 5-Ю-9 30 2000 108 30	
фотоумножителей
Тип ФЭУ
!	15 А	17А	18А	19А	20	|	22	24
С-5	С-6	С-3	С-6	С-6	—	С-6
330—750	300—600	200—600	300—600	300—600	400—1000	300—600
—	360—440	360—440	360—440	360—440	650—850	360—440
1•10~7	3-Ю"9	3-Ю"9	5-Ю-8	8-Ю"9	—	3-Ю"7
—	20	20	15	20	—	35
20	—	—	—	—	—	—
2200	1400	1400	1400	1400	1400	2000
113	181	181	200	95	181	236
35	49	49	49	34	49	82
20	16X5	16X5	34	10X5	16X5	75
80	120	120		45		190
—	3	3	5—6	3	3	8—9
80									—	—
100 			—	—	—	—	—
Тип ФЭУ
	28	|	31 1	32	33	|	।	35
	С-1	С-6	С-7	С-6	С-6
	400—1100	300—600	320-750	300—600	300—600
	700-900	340—440	450—550	340—440	340—440
	2-10~7	5-10-7	1-10~8	ыо-®	4Ю~9
	20	20	25	30	40—50
	1800	1400	1800	2900	1750
	122	80	123	200	113
	34	22,5	34	60	34
Параметры				
	25	1	26	|	27	
Диаметр рабочей площади фотокатода в мм	25	5x2	25	
Вес в г	50	15	30	
Стабильность работы за 6 ч в %	—	±3	±3	
Параметры				
	39А	40	46	
				
Спектральная характеристика (рис. 11)	С-15	С-6	С-6	
Область спектральной чувст-	160—600	300—600	300—600	
вительности в нм				
Максимум спектральной чув-	380—420	340—440	340—440	
ствительности в нм				
Темновой ток в а не более	ыо-в	5-IO"7	10-ю	
Чувствительность фотокатода в мка/лм	50	30	30	
Напряжение питания в в	1800	1900	1800	
Наибольшая высота в мм	178	91	130	
Наибольший диаметр в мм	48,5	19	48	
Диаметр рабочей площади фотокатода в мм	34	15	15	
Вес в г	125	20	100	
Стабильность работы за 6 ч в %	±2,5	—	—	
Примечание. Приборы 15А испытываются при режиме: f = 10—30 гц
Литература: Каталоги электроламповой промышленности; ГОСТы
Продолжение табл. 17
Тип ФЭУ
28	|	31	|	32	|	33	|	35
25	18	25	34	25
	20	60	130	50
±3	±3	±3	—	±2,5
Тип ФЭУ
53	57	60	62	64	|	68
С-4	С-14	С-6	—	—	—
250-650	200-400	300-600	400-1200	300—600	300-820
400—440	230-280	340-440	650-850	360—440	360—440
МО-7	5-Ю-8	2,10"5	610-8	—	—
25	—	20	25	50	100
2500	2500	1600	1100	1000	1100
117	126	70	122	175	75
52	52	15	34,5	48,5	15
45	44	10	10	5	10
120	120	11	45	—	—
—	—	±3	±3	±2,5	±3
ускорение 2g; / = 30—80 гц, ускорение 6g; f — 80—1500 гц, ускорение 10g.
электроламповой и радиотехнической промышленности.
ГЛАВА XIX
ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ ПРИБОРАМИ
ЭЛЕМЕНТЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ПСИХОЛОГИИ
Конструкция средств и органов управления приборами, форма рабочего стола, пультов и панелей и их расположение, цвета окраски приборов должны обеспечивать наилучшие условия для восприятия информации и управления системой и наименьшую утомляемость оператора.
а)
Уровень глаз
Уродень локтей
Уродень сидения
Рис. 1. Схемы рабочих столов и пультов управления
Различные формы рабочего стола и пультов управления показаны на рис. 1. Особое внимание должно быть уделено эстетическому оформлению всех устройств.
Рациональные размеры рабочего места (пространства) оператора приведены на рис. 2 и в табл. 5. Если оператор ведет записи, то на рабочем
месте (столе) должна быть предусмотрена свободная площадка размерами 200 X 300 или 300 X 400 мм. Площадка может быть горизонтальной или еще лучше, если она наклонена на 10—15° (рис. 1, а).
Рис. 2. Схемы рабочего
пространства оператора
УСЛОВИЯ НАБЛЮДЕНИЯ
Зрительную информацию оператор получает от оптических систем, экранов, табло, шкал, счетчиков, сигнальных ламп, лент печатающих устройств. Для наилучшей передачи зрительной информации важное значение имеет выполнение следующих условий:
1) целесообразно угол обзора по горизонтали делать не более 90°, а по вертикали не более 45—60° (от горизонта не более 30—40°);
2) экраны и шкалы индикаторов следует размещать так, чтобы отклонение их от перпендикулярности к линии наблюдения не вызывало недопустимой параллактической ошибки при считывании показаний или искажения изображений; наиболее важные индикаторы должны размещаться ближе к уровню глаз и к центру.
Видимость знаков зависит от следующих факторов: видимой (угловой) величины знака; формы знака; освещенности, яркостного и цветового контраста между знаком и фоном; от создания благоприятной последовательности сигналов; пространственной организации сигналов (объединение сигналов в группы, соответствие расположения органов управления расположению сигналов).
Оптимальные размеры знаков зависят от сложности знака и его формы. Если знак имеет простую конфигурацию (круг, квадрат, треугольник и т. п.), то его восприятие и опознание возможно в том случае, когда угловая величина его наибольшей грани или диаметра не менее 17—18'. Сложный знак должен иметь угловой размер не менее 20—40'.
При наличии большого числа знаков и цифр на пульте следует иметь в виду допустимую плотность расположения этих знаков. Расстояние между соседними знаками в угловой мере должно быть не менее 40х. При плотности расположения знаков порядка 10—15' безошибочное различение их крайне затруднительно.
Освещенность и контрастность
Контрастность — важнейшая характеристика видимости (рассматриваемый объект темнее фона — прямой контраст; рассматриваемый объект светлее фона — обратный контраст). Формулы для определения яркостного контраста К см. в гл. III. Контраст до 20% считается малым, до 5О?6 — средним и свыше 50% — высоким.
Видимость зависит еще и от пороговой величины контраста, которая в свою очередь зависит от освещенности, цветовых соотношений и угловых величин рассматриваемых знаков.
Прямой и обратный контраст. При прямом контрасте острота зрения выше: не так влияет общая освещенность. При обратном контрасте отрицательно влияет явление иррадиации (см. гл. III), поэтому требуется больший контраст.
При считывании несамосветящихся шкал утомляемость наблюдателя выше при обратном контрасте, а при считывании со светящегося экрана утомляемость выше при прямом контрасте.
Прямой контраст. Оптимальная яркость фона, при которой наблюдается наилучшее различение знаков, порядка 500—600 нт. При достаточно больших яркостях пороговый контраст 0,015—0,02. При низких освещенностях пороговый контраст падает до 0,5.
На рис. 3 показана зависимость между пороговым контрастом, яркостью и угловыми величинами знаков, а на рис. 4 — зависимость работоспособности глаза от освещенности фона и контраста. Как видно из рис. 4, на работоспособность глаза эффективнее влияет повышение контрастности.
В Зависимости от угловых размеров а различаемых деталей (знаков) рекомендуется следующая формула для расчета оптимальной яркости В 610
фона для малого контраста (0,25): В = нт. На рис. 5 дана номограмма расчета освещенности.
Улучшение видимости может быть также получено за счет цветового контраста. Слепящая яркость в поле зрения нарушает наступившую приспособленность глаза к данным условиям освещения. Яркость слепящего источника Вс при яркости поля адаптации Ва определяется по формуле Вс = 8 у Ва.
Обратный контраст (светлые знаки—темный фон). Общая освещенность знаков достаточна 2 лк. При размере знаков до 35' требуемая величина контраста 65—94?6. Чем меньше размер знаков, тем больше должен быть контраст.
Если помещение должно быть освещено, контрастность проецируемого изображения снижается в следующей зависимости:
г Во + ЛВ Вф + ДВ' ’
где ДВ — приращение яркости фона.
Обычно для предохранения от внешней засветки экран защищают козырьком. Критерием качества изображения при наличии внешней
1008060201 005
засветки служит относительная величина Q= algB04" b. Величины коэффициентов а и b приведены в табл. 1.
Качество изображения характеризуется следующими значениями Q: отличное — Q > > 0,24; хорошее — 18 Q < 0,24; неудовлетворительное — 5 Q 12.
° 0,32 03232 32 3203200 нт 02 2 20 2002000 м
мин *343
50000 -f
Рис. 3. Зависимость между пороговыми величинами контраста, угловыми размерами и яркостью фона или освещенностью
Рис. 4. Относительная работоспособность глаза в зависимости от освещенности поля адаптации и контраста деталей с фоном
1-.200
'.300
-.400
05^500
20000
0,2-
0,4-“
0,8-'
10000 -7000 -5000 -3000-2000-Тооо"-.
700 1
500 : зоо: 200-
100 z
10 z
50-
30- .
20-
10--
Рис. 5. Номограмма расчета освещенности

S
3
i
1. Коэффициенты а и b
Режим освещения	а	ь
Помещение затемнено	12,45	10,8
Освещенность на рабочих местах 20 лк	11,0	7,0
Освещенность на рабочих местах 60 лк	8,8	1,5
Общее освещение 4—6 лк, освещенность на рабочих местах 20 лк	8,55	1,75
Общая освещенность 15—20 лк, освещенность на рабочих местах 60 лк	7,6	1,1
Критическая частота мельканий. Критической частотой мельканий называется минимальная частота периодических световых раздражений, необходимых для полного слияния видимого изображения. Критическая частота мельканий зависит от яркости, конфигурации знака и его углового размера (рис. 6 и 7).
Цветовой контраст. С помощью цветового контраста может быть иногда повышена «различительная чувствительность».
Наилучшее восприятие печатных знаков дает следующее сочетание цвета знака с цветом фона (в убывающем порядке): черный на желтом; синий на белом; зеленый на белом; черный на белом; желтый на черном;
критической частоты мельканий от яркости знака
углового размера:
/—для знаков сложной конфигурации; 2— для знаков средней конфигурации; 3— для простой
конфигурации
зеленый на красном; красный на желтом; красный на белом; черный на пурпуровом; красный на зеленом.
Различные по цвету поверхности при одинаковой энергетической яркости воспринимаются различно. Глаз наиболее чувствителен к желто-зеленому цвету (X = 555 нм).
Наилучшие цвета светящихся знаков: желтый, желто-зеленый и белый. Не рекомендуется освещать близкие знаки различных цветов. Глаз в этом случае будет фокусироваться на желто-зеленую часть спектра и знаки, близкие к синим и красным цветам, будут видны менее резко вследствие хроматических аберраций глаза.
При слабом освещении максимум чувствительности глаза смещается в область более коротких волн. При сумеречном освещении все цвета, кроме голубого, перестают быть видимыми, поэтому яркость поля адаптации должна быть не менее 10 w/n; наилучшей яркостью является около 170 нт. Степень различения цветов зависит также от угловых размеров объекта. При а 3' различение цвета невозможно. Синие цвета не различаются при 10х.
Выделение важных сигналов. Повышение восприятия отдельных сигналов может быть достигнуто следующими способами: световой сигнал делают мелькающим (частота 3—5 гЦ) или сочетают его со звуковым (время реакции на звук 120—180 мсек, на свет 150—222 мсек).
КОНСТРУКЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА И КОМПОНОВКА ПРИБОРОВ
При компоновке приборов следует учитывать, что сигналы в начале и в конце ряда сигналов распознаются легче. Если в середину ряда ввести хорошо выделяющиеся элементы отсчета, то количество переда-
ваемой информации может быть больше. Чтобы лучше воспринимались
группы сигналов, рекомендуются метрическое и ритмическое построения отсчетных элементов и индикаторов. При метрическом построении индикаторы группируются в наиболее удобные е • (&)• для восприятия ряды (группы; рис. 8).
'о' Основные индикаторы (сигналы) выде-
Рис. 9. Пример использования ритмического ряда, дающего направление восприятию
Рис. 8. Пример метрического ряда
ляются. Ритмическое построение позволяет .направить восприятие в. нужном направлении и в образной форме может дазать представле
30
Рис. 10. Использование ритмического ряда для указания направления возрастания или убывания отсчета по шкалам
ние об относительной величине (направлении роста или уменьшения) сигнала. На рис. 9 и 10 показаны возможные приемы передачи информации с помощью ритмического ряда.
Конструкция рабочего места
Отсчетные шкалы (участки) следует располагать по возможности перпендикулярно к линии наблюдения; лучше,когда индикаторы расположены по одну сторону от прибора. Примеры конструктивных форм рабочего места показаны выше (см. рис. 1, а, б, в).
На пультах применяются главным образом следующие органы управления: кнопки и клавиши; тумблеры; рукоятки, рычаги и педали; вращающиеся переключатели.
Кнопки (клавиши). Наиболее удобна четырехугольная форма с закругленными углами и с закругленной верхней кромкой. Редко используемые кнопки могут иметь круглую форму. Для того чтобы пальцы не соскальзывали, на кнопках следует делать выемки или насечки. Ширина (диаметр) кнопок, располагающихся рядом, 13—18 мм. Изолированные кнопки могут иметь больший размер.
Расстояние между кромками соседних кнопок не менее 5 мм^ наилучшее расстояние между осями соседних кнопок 22—25 мм. Расстояние между группами кнопок (кромками) должно быть в зависимости от размера панели и ее расположения, но не менее 15—20 мм. Усилие для нажатия часто используемых кнопок 140—600 Г, для редко используемых может быть больше, но не более 1200 Г.
Оптимальный угол наклона панели клавиатуры кнопочного пульта равен 15° (см. рис. 1). Кодирование (придание различительных признаков) кнопок и клавиш может достигаться формой, размерами, окраской и знаками на кнопках.
Рычаги, рукоятки и педали. Форма и величина рычагов, рукояток и педалей должны быть приспособлены к строению руки или ноги человека. Рукоятки должны удобно охватываться рукой и не иметь острых кромок и углов. Точность движений выше, если рукоятки двигаются с некоторым усилием, но обязательно постоянным (плавно). При установке вращающихся рукояток надо учитывать особенности правой и левой рук. Удобные направления действия правой руки симметричны удобным направлениям для левой руки.
При светлой окраске корпусов рукоятки рекомендуется окрашивать в черный цвет, а при темной окраске корпусов — хромировать.
Размещение органов управления
Наиболее важные и часто используемые органы управления нужно размещать в оптимальном рабочем пространстве с целью создания наилучших условий для наблюдения и управления. Оптимальное рабочее пространство ограничено поверхностями, которые описываются руками оператора при вращении их в локтевом суставе (см. рис. 2). Радиус дуги равен в среднем 33 см (см. табл. 5). Менее важные и редко используемые органы управления можно размещать в максимальном рабочем пространстве, которое ограничено поверхностями, описываемыми вытянутыми руками при вращении их в плечевом суставе (радиус дуги равен в среднем 55 см).
В конструкции органов управления должны быть учтены привычные направления и мнемоничность движений рук (табл. 2 и 3). Движения рук «к телу» могут быть быстрее, чем «от тела». Скорость движения рук в вертикальной плоскости больше, чем в горизонтальной, «сверху—вниз», — быстрее, чем «снизу—вверх». Для правой руки скорость движения «справа — налево» больше, чем «слева—направо», и наоборот. Вращательные движения быстрее поступательных. Скорость движения правой руки на 10—15% больше скорости движения левой руки. Разгибательные движения рук оцениваются точнее, чем сгибательные, а движения сгибания в вертикальной плоскости оцениваются точнее, чем в горизонтальной плоскости.
Необходимо учитывать функциональную асимметрию рук: сила правой руки при сгибании пальцев больше, чем левой на 10%, при сгибании предплечья — на 3—4%.
Рекомендуемые моменты и усилия на рукоятках приборов: моменты на рукоятках грубой наводки микроскопов ~1000 Гем; моменты на рукоятках микрометренной наводки микроскопов 130 ± 10 Гсм\ моменты на рукоятках визирования и наведения 1500—2500 Гсм\ максимально допустимые усилия 4—6 кГ\ допустимые усилия на ножных педалях 6—15 кГ. Величина перемещения 60—300 мм.
2. Мнемоничность управления
Положение или направление движения узла или указателя	Направление перемещения органов управления
«Включено», «пуск», «подъем», «вперед», «вправо», «вверх»	Рычагов: вверх, от себя, вправо Маховичков или рукояток: по часовой стрелке Кнопок: нажатие верхних передних или правых
«Выключено», «стоп», «назад», «влево», «вниз»	Рычагов: вниз, на себя, налево Маховичков или рукояток: против часовой стрелки Кнопок: нажатие нижних, задних или левых
3. Допустимые моменты и углы поворота рукояток
Диаметр рукоятки в мм	Допустимый момент в кГсм	Угол поворота без перехвата в град	Способ вращения
10	1,0	Более 180	
10-16	1,5	180—120	Пальцами
35—40	2,3	Не более 120	
50—80	5	Не более 90	Кистью руки
80—140	5	70	
140—180	5	60—70	
Зажимные рукоятки для вращательного движения должны иметь два или четыре выступа или должны быть круглыми.
Вращательное движение более удобно, чем возвратно-поступательное. Рукоятки для точных перемещений рекомендуется располагать под правую руку.
Максимальная скорость работы: для пальцев — 6 колебаний в секунду, для кисти — 3 колебания и для предплечья — 1 колебание в секунду. Эти скорости для регулярной работы должны уменьшаться в 3 раза. Скорость движения должна быть обратно пропорциональна нагрузке и в горизонтальной плоскости быстрее, чем в вертикальной.
Мнемоничность управления. Мнемоничность управления уменьшает ошибки, увеличивает быстроту работы и освобождает память от излишнего запоминания. Полезно согласование движения руки с движением управляемого элемента или изображения (в поле зрения, на экране).
4. Характеристика индикаторов по типу отсчетных устройств
Тип индикатора Характеристика действия	Движущийся указатель	Движущаяся шкала	Счетчик
Количественное считыва-	+	+	++
ние			
Контрольное чтение	++	—	—
Отправление информации	++	+	++
Слежение	++	-1-	—
Примечание. 4--{-удовлетворительно; 4- приемлемо; — лучше не применять.
5. Рациональные размеры рабочего места для работы с оптическим прибором
Обозначение размера (рис.2,б)	Наименование размера	Назначение рабочего места	Размеры в см	
			сидя	стоя
/	Высота рабочего места над столом	Для глаз (центр выходного зрачка окуляра) Для рук	35±?о 17±5	По условиям работы
2 1	Высота рабочего	Для глаз	113± 10	137±5
2' 1	места от пола	Для рук	95±5	115± 10
3	Высота рабочей	/ Для локтей		По усло-
	плоскости стола	{ Для рук ( (кистей)	5—15 от плоскости стола	виям работы, но не менее 90
4	Высота пространства для ног	—	Не менее 60	—
5	Глубина пространства для ног	—	Не менее 40	Не менее 15
6	Ширина пространства для ног	—	Не менее 45	Не менее 50
7	Высота стула	—	45± 10	—
Направление вращения органа управления должно определяться с лицевой стороны панели согласно ГОСТу 1630—46.При вращении органа управления по часовой стрелке рекомендуется сближение управляемых элементов; при вращении на несколько оборотов лучше применять круглые рукоятки, при поворотах на ограниченный угол — удлиненные несимметричные рукоятки или рукоятки с выступами. Быстрее объекты разыскиваются по цвету, потом по форме, размерам и яркости.
Индикаторы с цифровыми счетчиками значительно более производительны, чем движущиеся шкалы и точнее (2% ошибок против 9%). Дополнительные сведения даны в табл. 2—4.
Безопасность управления. Точность ограничения перемещения с помощью микропереключателей 0,1—0,5 мм. Для удобства работы применяются подлокотники. В крышке стола часто делается вырез на глубину 150—200 мм, что позволяет удобно располагать локти на столе.
Расстояние туловища оператора от края стола должно быть около 100 мм. Размеры рабочего места для положений «стоя» и «сидя» даны в табл. 5 и на рис. 2, б. У выпускаемых микроскопов и измерительных приборов высота рабочей плоскости столов 70—80 см, высота положения центров выходных зрачков окуляров 104—122 см. Средние значения соответственно равны 75 и 114,5 см. Средние размеры типовой фигуры взрослого человека, по данным обследования жителей СССР различных национальностей, приведены в табл. 6 (по ГОСТам 9683—61 и 9224—59).
6. Средние размеры фигуры взрослого человека
Обозначение размера (рис. 2, а)	Наименование размера	Размер в см		
		мужчины	женщины	усредненные размеры
1	Рост	167 ± 12	155± 12	161
2	Высота глаз (стоя)	155± 11	143± 11	149
3	Высота глаз (сидя)	122± 10	117±9	120
4	Высота плеч	137±5	128±5	133
5	Высота до верхнего края ноги, согнутой в колене под прямым углом	54±4	50±4	52
6	Расстояние от туловища до переднего края согнутого колена	33±3	31±3	32
7	Расстояние от края колена до конца ноги	20± 1	18± 1	20± 1
8	Длина руки от плеча	64±3	58±3	57
9	Длина руки от локтя до 1-го сустава 1-го пальца	33±2	31±2	32
10	Ширина плеч	41±5	36±3	39
11	Двойная ширина бедер	30±6	32±6	32
Литература: [1, 25, 60, 73, 83, 111].
ГЛА В A XX
ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ПРИЕМКУ ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Общие технические условия (ОПТУ) определяют требования, которым должны обязательно соответствовать оптико-механические приборы, изготовляемые на заводах оптико-механической промышленности. Данные ТУ на приборы, предназначенные для работы в условиях тропического климата, не распространяются. ОПТУ служат также общим руководством для составления частных технических условий (ЧТУ) на изготовление и приемку приборов узлов и деталей.
Организационно-технические требования
1. Совокупность требований, предъявляемых к выпускаемым приборам или их частям и деталям, а также методы и порядок испытаний определяются комплексом технической документации прибора (чертежи, общие технические условия, частные технические условия, условия договора), а также государственными стандартами, ведомственными нормалями и руководящими материалами.
2. В ЧТУ и аттестате на прибор указывается гарантийный срок исправной работы при соблюдении правил эксплуатации и гарантийный срок хранения на складах при выполнении условий хранения.
Требования к материалам
1.	Особые требования, не содержащиеся в ГОСТах или нормалях, указываются в ЧТУ.
2.	Оптические детали, подвергающиеся воздействиям влаги и наружного воздуха, должны изготовляться из стекла 1, 2 и 3-й групп по пятнаемости. Допускается при необходимости изготовление таких деталей из стекол 4 и 5-й групп по пятнаемости при обязательном применении кислотно-парафиновой защиты или другой надежной защиты поверхности стекла.
Налетоопасные стекла группы «В» должны обязательно защищаться кислотно-парафиновой защитой.
3.	Наружные поверхности деталей, легко доступные для чистки в процессе эксплуатации, не обязательно защищать.
4.	На трущихся поверхностях механических деталей (поверхности направляющих, зубьев шестерен, червяков, подшипников, цапф, ходо
вых винтов и т. п.) не допускаются пленки, раковины, трещины, задиры и тому подобные дефекты материала.
5.	Незначительные раковины, трещины, пленки и другие дефекты на поверхностях, в том числе трущихся, допускаются, если они не влияют на работу сопряжения, герметичность, прочность.
6.	На наружных поверхностях допущенные дефекты материала должны быть заделаны.
Требования к деталям и узлам
1.	Острые углы и кромки должны быть закруглены или притуплены фасками. Незначительные царапины или вмятины на трущихся поверхностях допускаются, если они не нарушают работы соединения.
2.	Все зазоры, утопленные винты и места неподвижных соединений деталей, через которые внутрь прибора может проникнуть пыль или влага, должны быть промазаны соответствующими уплотнительными замазками.
3.	Движение подвижных частей прибора должно быть плавным, без скачков и заеданий. Допустимые изменения усилий под влиянием изменений температуры должны указываться в ЧТУ.
Особенно высокие требования к плавности движения должны предъявляться к измерительным механизмам, механизмам наведения (например, механизмы перемещения предметных столиков микроскопов, визиры), отсчетным механизмам.
4.	Пайка всех соединений и электропроводки должна быть бескислотной.
1. Допустимые дефекты зеркальных покрытий
Назначение зеркала	Сквозные отверстия в виде пор	Черные точки	Несквозные царапины
Работа в сходящихся пучках лучей Работа в параллельных пучках лучей Работа в проекционных и осветительных системах 1		Диаметром не свыше 0,05 мм, не имеющие характера сплошных скоплений Указанные	в п. 1, а также отверстия диаметром до 0,1 мм не более 2 шт. на 1 см2 Указанные	в п. 2, а также отверстия диаметром до 0,2 мм не более 1 шт. на 1 см2	Диаметром до 0,5 мм не более 1 шт. на 10 см2 у алюминированных зеркал и на 50 см2 у хромированных зеркал	Суммарной длиной до 30 мм на 1 см2
5.	Внутренние поверхности и детали, которые могут дать рассеянный свет и блики, должны иметь специальные светопоглощающие покрытия (гл. VII). Допустимое значение коэффициента светорассеяния устанавливается в ЧТУ.
6.	Допущенные по ЧТУ выколки на оптических деталях должны быть заматованы.
7.	Не допускается недополировка поверхностей оптических деталей, видимая на черном фоне в проходящем или отраженном рассеянном свете через лупу шестикратного увеличения.
8.	Коэффициенты отражения или пропускания покрытий оптических деталей устанавливаются в ЧТУ.
9.	На алюминиевых и хромовых покрытиях оптических деталей не допускаются видимые в трехкратную лупу подтеки и пятна, сквозные царапины, дефекты, указывающие на слабое сцепление пленки с подложкой, — пузыри и шелушение, а также следы химического разрушения и пятна, рассеивающие свет (синева). Допустимые мелкие дефекты в алюминиевых и хромовых пленках зеркал приведены в табл. 1.
На посеребренных и алюминированных поверхностях не допускаются пожелтения, окрашенные точки и пятна и другие признаки разрушения слоя. Синеватый оттенок алюминия допускается.
Качество изготовления и отделки
1.	Цвет различных деталей и поверхностей не должен отличаться по оттенку больше, чем это установлено по эталонам.
Слои покрытий должны обладать хорошей адгезией к поверхности, соответствующими антикоррозионными свойствами, твердостью и достаточной эластичностью. Эти свойства должны сохраняться в пределах рабочих температур и не должны нарушаться в процессе заводских испытаний. На отделанных деталях не допускаются следы коррозии, подтеки, пузыри и другие дефекты,^ухудшающие внешний вид или качество работы изделия.
2.	Все врущиеся части должны быть смазаны смазкой. Нетрущиеся поверхности могут быть смазаны специальной малолетучей противоосы-почной смазкой. Не допускаются наплывы смазки и замазки на внутренних частях прибора, стружки, ворсинки ваты и т. п.
3.	На оптических деталях не допускаются следы смазки и замазки, видимые со стороны окуляра или объектива.
4.	На поверхностях оптических деталей допускается некоторое количество мелких точек — пылинок и ворсинок, не видимых через окуляр при положении глаза в зрачке выхода, но обнаруживаемых при просмотре со стороны объектива. Допустимое количество и расположение пылинок и ворсинок должны быть определены в ЧТУ.
На оптических деталях не должно быть налетов капельного вида, жировых, водяных и биологического происхождения (плесень, водоросли). Радужные пятна на оптических деталях, видимые только в отраженном свете, являющиеся результатом химического разрушения поверхности или возникающие при просветлении поверхностей, допускаются, если они не ухудшают качества изображения. Мутные пятна, являющиеся результатом химического разрушения стекла, заметные в проходящем свете, не допускаются.
5.	В клеящем слое бальзама или акрилового клея расклейка и пузыри не допускаются.
В клеящем слое бальзамина, не находящемся в плоскости действительного изображения или близко к ней, допускаются расклейки в виде пузырей, общая площадь которых не более 0,2% площади светового отверстия в данной плоскости.
Допустимые расклейки в плоскостях изображений или близко к ним определяются ЧТУ. На склеенных поверхностях допускаются бледносерые или окрашенные пятна, являющиеся следствием радужных пятен на склеиваемых поверхностях и видимые только в отраженном свете.
В слое клея допускаются одиночные соринки, размеры и количество которых не превышают размеры и количество точек, предусмотренных соответствующим классом чистоты для клея.
6.	При соединении деталей оптическим контактом не допускается нарушения контакта у краев. Количество и размеры таких участков в других частях деталей устанавливаются ЧТУ.
7.	Просветленные поверхности оптических деталей должны иметь в отраженном свете равномерную или плавно изменяющуюся интерференционную окраску, характерную для данного вида просветления.
8.	При осмотре поля зрения невооруженным глазом через окуляр в сильном проходящем свете не должны быть видны загрязнения, пятна, темные тени, дымы, свили, налеты, царапины, темные точки и пузыри, кроме допускаемых по ЧТУ.
9.	В зависимости от числа оптических деталей, находящихся в плоскостях действительных изображений или вблизи от них (не более ±10 дптр), в ЧТУ рекомендуется указывать допустимые дефекты чистоты поля согласно табл. 2; удаление детали от плоскости изображения определяется сходимостью D (в диоптриях) в выходном зрачке лучей, исходящих из какой-либо ее точки. Разграничение зон поля зрения может быть и другим (по ЧТУ).
2. Допустимые дефекты чистоты поля зрения
Число деталей, близких к фокальной плоскости	Центральная зона	Средняя зона				Краевая зона			
		точки		царапины		точки		царапины	
		диаметр	число	ширина 		общая длина 1	диаметр	о S 5*	ширина	общая длина 1
1			3		0,2		6		0,3
2	Никаких		4		0,3		9		0,4
3	дефектов	1,5'	5	40"	0,3	2'	10	40"	0,5
4	не допу-		6		0,4		12		0,6
5	скается		7		0,4		13		0,6
6			7		0,4		15		0,6
1 См. п. 9.									
Диаметры точек и ширина царапин указаны в табл. 2 в угловой мере для пространства изображений (за окуляром). Для удобства проверки приборов рекомендуется выражать размеры этих дефектов в долях ширины
штриха сетки. Общая суммарная длина царапины указана в долях диаметра поля зрения. За диаметр точки овальной формы принимается среднее арифметическое значение между наибольшим и наименьшим размерами точки.
Дефекты оптических поверхностей, расположенных в пределах ± 10 дптр от плоскостей действительных изображений, могут давать видимые нерезкие тени. Такого рода тени допускаются в пределах общего количества дефектов, указанного в таблице, при условии, что угловой размер этих дефектов не превышает Г 4- 0,5' D. Данные табл. 2 действительны для приборов с окулярным полем зрения до 70° и фокусным расстоянием системы после плоскости изображения, не превышающим 40 мм. При большем окулярном поле зрения и большем фокусном расстоянии приведенные допуски могут быть соответственно расширены.
При механических испытаниях (вибрации, толчки при перевозке, удары) обнаруженное число дефектов не должно увеличиваться, а зафиксированные дефекты (пылинки и т. п.) не должны перемещаться в поле зрения. На краях поля зрения допускаются мелкие выколки, видимые через окуляр, если их поперечные угловые размеры не превосходят 10' за окуляром.
Деления и цифры сеток, наносимые травлением, должны соответствовать данным табл. 13 и 14 гл. IV. Особые требования указываются в ЧТУ. В ЧТУ (или в чертежах) должны быть указаны внешние, а также присоединительные размеры прибора и допуски на них, подлежащие обязательной проверке, вес прибора и его отдельных частей.
Комплектация, взаимозаменяемость частей, запасные части и принадлежности
Комплект запасных частей должен быть рассчитан таким образом, чтобы обеспечивать гарантийный срок работы прибора (это не относится к таким деталям, как лампы, угли для дуги и т. п.). Все запасные части должны быть взаимозаменяемы. Степень взаимозаменяемости, если требуется регулировка или пригонка, оговаривается в ЧТУ.
ТРЕБОВАНИЯ К ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИМ ПРИБОРАМ
(табл. 3—6)
3. Требования к оптической системе полевых телескопических приборов
Характеристика	Допуск	Примечание
Угловое увеличение Г	5%	К бинокулярным приборам предъявляются особые требования. Разность увеличений правой и левой частей бинокулярного прибора не должна превышать 2%, если поле зрения окуляра 50°, и 1,5%, если поле зрения больше 50°
Продолжение табл. 3
Характеристика	Допуск	Примечание
Поле зрения 2 w	±5%	—
Диаметр выходного зрачка D	±5%	—
Удаление выходного зрачка от последней поверхности окуляра Предел разрешения:	± ю% t 120"	
для систем с £><3,5 мм	а ----- k —; 35"	—
для систем с D>3,5 мм	a = k~T ’ где k —коэффициент (см. табл. 4)	
Качество изображения	Не ниже чем у образца, принятого за эталон	
Несовпадение плоскости изображения предмета с плоскостью сетки или параллактическое смещение изображения относительно измерительной или прицельной марки сетки при перемещении глаза в плоскости выходного зрачка (параллакс изображения		Допускается разность сходимостей пучков лучей (за окуляром), исходящих обычно из центрального знака сетки и из находящегося рядом изображения точки предмета, не превосходящая значения, указанного в табл. 5
Наклон изображения (у призменных систем)	1°	Разность углов поворота изображения вокруг оптической оси у левой и правой частей бинокулярного прибора не должна быть больше 30'
Наклон (разворот) сетки Непараллельность оптических осей за окулярами (у бинокулярных приборов): в горизонтальной плоскости	1°	Указанные допуски должны выдерживаться и при изменениях расстояния между зрачками
Продолжение табл. 3
Характеристика	Допуск	Примечание
схождение	До 20'	окуляров. При из-
расхождение в перпендикулярной плоскости	До 40—60' До 15'	менениях температуры допуски могут быть удвоены
«Резание» по горизонту и вертикали		Допуск обычно устанавливается равным половине допуска на ошибку угла визирования
4. Значения коэффициента k
Виды приборов	k
Несложные приборы с малой апертурой объектива и малым Г	1,05
Малые астротрубы, геодезические приборы; дальномеры; точные измерительные приборы; другие телескопические системы без оборачивающих систем, состоящие из несветосильных и неширокоугольных компонентов	1,2
Приборы, содержащие одну линзовую оборачивающую систему	1,3
Призменные бинокли; приборы, содержащие одну призменную оборачивающую систему	1,5
Приборы с тремя линзовыми оборачивающими системами с увеличением до 6х	1,6
Панкратические приборы при большом увеличении; самые сложные приборы	2,0
Приборы с несколькими линзовыми оборачивающими системами и большим количеством призм, зеркал и защитных стекол с увеличением >15х	2,2
Примечание. Для систем, содержащих призму-куб	, значе-
ния предела разрешения штрихов испытательной таблицы (миры), парал-	
лельных отражающей грани призмы удваиваются; по наклонным штрихам проверка не производится.	
5. Допустимая разность сходимостей
Диаметр выходного зрачка в мм	Допустимая разность сходимостей D в дптр
1,0—2,0	0,7
Св. 2,0 до 3,0	0,5
» 3,0 » 4,0	0,4
» 4,0 » 5,0	0,3
Более 5,0	0,25
6. Требования к механическим свойствам полевых приборов
Вид испытания	Требования к прибору
Испытание нагревом при /=40ч-60° С 1	Не допускается вытекания смазки и замазки, заедания механизмов или значительного повышения усилий
Испытание холодом при	Усилия на рукоятках или приво-
/=—40--—60° С1	дах должны возрастать не более чем в 1,5—3 раза (по ЧТУ) Не должно быть запотевания оптических деталей внутри прибора и защитных стекол снаружи
Испытание на вибрацию 2	Не должно быть осыпки на оптические детали, ослабления винтовых и штифтовых соединений, разъюсти-ровки, увеличения ошибок, нарушения защитных покрытий. Испытания по ЧТУ могут производиться и при нагреве
1 Время и температура испытаний устанавливатся ЧТУ.	
2 Режим испытания устанавливается по частным и общим ТУ.	
Пыле,-влагозащищенность и герметичность приборов
Не допускается попадания в приборы пыли и влаги, а также коррозии деталей. К некоторым приборам предъявляется требование герметичности.
Влагозащищенность проверяется на дождевальной установке в течение 30 мин. Температура воды может быть ниже температуры воздуха не более чем на 5°. Герметичность проверяется при перепаде избыточного давления 200—80 мм рт. ст. Время перепада давления устанавливается ЧТУ.
ТРЕБОВАНИЯ К ИЗГОТОВЛЕНИЮ ПРИБОРОВ ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ ТРОПИЧЕСКОГО КЛИМАТА
По степени воздействия на изделия тропический климат разделяется на влажный тропический климат ТВ и сухой тропический климат ТС (табл. 7).
7. Характеристика влажного и сухого тропического климата (не более 1000 м над уровнем моря)
Факторы	ТВ	тс
Температура воздуха в °C: наибольшая наименьшая Среднегодовая температура Изменение температуры за 8 ч в иС Относительная влажность воздуха Максимальная температура матовой черной поверхности при воздействии на нее прямого солнечного излучения в °C Плотность теплового потока солнечной радиации в кал/си+ек	+45 +3 +27 10 95% при +35° С 75 0,0233	+ 55 —10 + 27 40 Минимальная 10% при +40° С; максимальная 80% при +20° С 85 0,0267
Влажный тропический климат характеризуется сочетанием высокой относительной влажности с повышенной температурой, сильными ливнями, воздействием биологических факторов (термитов, грызунов, плесневых грибов), солнечной радиации, росы и песчаной пыли. Температура свыше 20° С и относительная влажность свыше 80% наблюдаются не менее 12 ч в сутки в течение 2—12 месяцев в году.
Сухой тропический климат характеризуется высокой температурой (до +55°) и сильной солнечной радиацией при низкой относительной влажности. Наблюдаются большие суточные колебания температуры воздуха и большое содержание в нем песка и пыли. Биологические факторы могут воздействовать хотя и в меньшей мере, чем во влажном климате.
Общие указания по конструированию изделий
Изделия, поставляемые в страны с тропическим климатом, могут выпускаться для работы в условиях как влажного, так и сухого тропического климата (индекс Т), влажного тропического климата (ТВ), сухого тропического климата (ТС).
Изделия могут изготовляться по следующим категориям:
А — для работы в помещениях при отсутствии воздействия резких изменений температуры, солнечной радиации, дождя и пыли;
Б — для работы в открытых производственных помещениях, под навесами, на верандах, в крытых транспортных средствах, палатках и при отсутствии воздействия солнечной радиации и дождя.
Повышение стойкости изделий против воздействия тропического климата может быть достигнуто:
I)	специальными конструктивными решениями, применением эффект 1вных вентиляционных устройств, эффективным охлаждением, герметизацией ответственных узлов, исключением открытых невенти-лируемых полостей и т. д.;
2)	выбором соответствующих материалов и способов их защиты от воздействия климатических факторов;
3)	выбором оптимальной технологии изготовления;
4)	правильной консервацией и упаковкой на период транспортирования и хранения изделий;
5)	надлежащим уходом при эксплуатации и хранении.
Все стационарные изделия, работающие под напряжением свыше 12 в, должны иметь надежное заземление. При номинальном напряжении переменного или постоянного тока 250 в и выше в приборе должны быть предусмотрены два заземляющих болта, а при номинальном напряжении менее 250 в — один заземляющий болт. На малогабаритном оборудовании допускается установка одного заземляющего болта.
Болты должны изготовляться из латуни с покрытием никелем, а для алюминиевых корпусов — оловом. Они должны быть снабжены двумя латунными никелированными шайбами, а для алюминиевых корпусов — лужеными шайбами. Не допускается использовать заземляющие болты для крепления деталей.
Выбор материалов
Металлы. В условиях тропического климата металлы подвергаются усиленной коррозии, поэтому в качестве конструкционных материалов для изготовления -изделий должны применяться коррозионностойкие металлы и сплавы. Применение других металлов и сплавов допускается при условии надежной защиты их от коррозии.
Высокохромистые стали, содержащие 18% хрома и более, допускается использовать без дополнительной защиты от коррозии, но с достаточной чистотой обработки поверхностей (не ниже V6—V7).
Медь и медные сплавы, кроме коррозионностойких, должны применяться с защитными покрытиями. В отдельных конструктивно обоснованных случаях для недекоративных деталей медь и медные сплавы можно применять без защитного покрытия, но, как правило, с пассивированием.
Алюминий и алюминиевые сплавы должны применяться с защитными покрытиями. При выборе алюминиевых сплавов следует отдавать предпочтение плакированным сплавам и сплавам, не содержащим меди.
Для изготовления пружин рекомендуются бериллиевые и фосфористые бронзы, которые для сохранения товарного вида следует никелировать; такие пружины диаметром (или толщиной) менее 0,4 мм могут не иметь металлических и неметаллических (неорганических) покрытий.
Разрешается изготовление пружин и пружинных шайб из нержавеющих сталей, а также из пружинных сталей с кадмированием и последующим обезводороживанием или электрополировкой.
Некоторые виды пружин допускается защищать лакокрасочным покрытием.
Резьбовой крепеж рекомендуется изготовлять из медных сплавов или стали с металлическим защитнььм покрытием, или из нержавеющих сталей без покрытий.
При выборе конструкционных материалов и их покрытий необходимо пользоваться рекомендациями по выбору контактирующих металлов (табл. 8). Когда указанный выбор невозможен, следует разделять контак-
8. Характеристики влияния тропического влажного климата на коррозию контактирующих металлов
Контактирующие металлы	Серебро, платина, палладий	Медь, латунь, бронза	Медь никелированная	Медь луженая	Медь посеребренная	Сталь нержавеющая	Сталь хромированная	Олово (припой)	Сталь кадми-рованная	Алюминий оксидированный
Серебро, платина, палладий	0	1	0-1	1	0	0	0	1	2	1—2
Медь, латунь, бронза	1	0	0	0—1	0	0—1	1	1	2	2
Медь никелиро-	0—1	0	0	0—1	0—1	0	0—1	1	1—2	1
ванная										
Медь луженая	1	0-1	0—1	0-1	0—1	0—1	1—1	0	0-1	0-1
Медь посеребренная	0	0	0	0—1	0	0	0-1	0-1	2	2
Сталь нержаве-	0	0—1	0	0-1	0	0	0	1	2	2
ющая										
Сталь хромированная 1	0	1	0—1	1	0	0	1	1	2	2
Олово (припой)	1	1	1	0	0—1	1	0	0	0-1	0
Сталь кадмиро-	2	1—2	1—2	0—1	2	2	2	0—1	0	0
ванная										
Алюминий окси-	2	2	1	0-1	2	2	2	0	0	0
дированный										
1 Комбинированное покрытие.										
Примечание. Условные обозначения: 0 — соприкосновение не оказывает влияния на коррозию; 1 — соприкосновение оказывает незначительное влияние на коррозию (можно применять в большинстве случаев, за исключением условий непосредственной близости от моря); 2 — соприкосновение оказывает сильное влияние на коррозию и непригодно (можно пользоваться только в сухих помещениях с кондиционированием воздуха).										
тирующиеся поверхности слоем лака или прокладками из пластмасс или других электроизоляционных материалов.
Пайка должна осуществляться твердыми припоями, в частности содержащими серебро, с обязательным удалением флюса. Допускается пайка чистым оловом. Свинцовооловянистые припои могут применяться только при условии последующего з'ащитного покрытия.
Применение кислотных флюсов, кислых солей и других химически активных флюсов при пайке мест, соприкасающихся с электрической изоляцией, не допускается. В других случаях допускается применение этих флюсов при условии удаления их после пайки.
Электроизоляционные материалы. Не рекомендуется применять для электроизоляции следующие материалы: хлопчатобумажные и шелковые материалы; бумагу, картон и фибру; пресс-материалы с древесными и цел. юлозными наполнителями; слоистые пластики с хлопчатобумажной и бумажной основой или основой из натурального шелка; дерево.
Применение указанных материалов допускается для изготовления электроизоляционных деталей при условии полной заливки их термореактивными (эпоксидными, акриловыми типа МБ К и др.) или битумными заливочными компаундами. В некоторых случаях можно применять перечисленные материалы при условии обработки их специальными составами или защиты стойкими покрытиями.
Прочие материалы. Текстиль, войлок, фетр, кожа и ее заменители, картон и бумага должны быть обработаны антисептиками и другими специальными составами для защиты их от воздействия плесневых грибов, влаги, термитов и т. п. Допускается применение этих материалов без специальной обработки при условии работы их в среде, защищающей от воздействия указанных факторов.
Следует избегать контакта кожи со стальными деталями, так как при этом резко снижается ее устойчивость к воздействию тропических факторов.
Резина должна соответствовать требованиям «Резиновые изделия для машин, приборов и оборудования, поставляемых в страны с тропическим климатом».
Пластмассовые материалы рекомендуется выбирать в соответствии с требованиями «Пластические массы для изделий, поставляемых в страны с тропическим климатом» или по табл. 35, гл. XXI.
Кабели и провода должны соответствовать требованиям «Кабельные изделия (кабели, провода, шнуры) для стран с тропическим климатом».
Деревянные детали и изделия, которые могут подвергаться воздействию биологических разрушителей, должны обрабатываться в соответствии с требованиями «Способы защиты изделий из древесины и деревянных элементов изделий, поставляемых в страны с тропическим климатом».
Для оптических приборов рекомендуется применять стекло группы А по ГОСТу 3514—57. Допускается применение стекла других групп химической устойчивости при условии надлежащей его защиты методами, указанными выше (см. стр. 638).
В качестве уплотнений рекомендуется применять следующие материалы с обработкой их в необходимых случаях антисептиками: теплостойкую резину; полихлорвиниловые пластикаты; полиэтилены; фторопласты; асбест, пропитанный машинным маслом; войлок; паранит; скрученную стеклоленту и стеклолакочулок с сердцевиной из асбестового шнура.
В качестве клеящих материалов рекомендуются клеи на основе синтетических смол (в том числе эпоксидных). Не допускается
применение казеиновых, животных, растительных клеев и клеев на крахмальной основе.
Рекомендуется применять замазки с неорганическими наполнителями на основе синтетических смол и клеев. Не следует применять замазки на оснбве жидкого стекла.
Масла и консистентные смазки рекомендуется применять в соответствии с данными табл. 38, гл. XXI.
Испытания приборов
Параметры и нормы испытательных режимов устанавливаются по табл. 9.
9. Параметры и нормы испытаний приборов, работающих в условиях тропического климата
Относительная влажность в %	Температура в °C		Продолжительность испытаний	1 Выдержка | в нормаль- 1 ных усло- виях в ч
	наибольшая	наименьшая		
В л а г о у	стойчивость при в о з д е й с т в и I		д л и т е л ь I	и о м	:
95—100	| +40±2 |	| +20—35	|	7 суток	|	12—24
	Теплоустойчи		в о с т ь	
—	|	+55±2	|		10 ч |	6—12
У с т о й ч и в о с т грибков		ь к воздействию ой плесени		
95—100	+30±2	|		30 суток |	24
Приборы считаются выдержавшими данное испытание, если они сохраняют эксплуатационные качества без явно выраженного нарушения декоративного внешнего вида, а на оптических деталях не будет обнаружено плесневых грибков.
Литература: [116 ].
ГЛАВА XXI
МАТЕРИАЛЫ
ОПТИЧЕСКОЕ БЕСЦВЕТНОЕ СТЕКЛО
Оптическое стекло рассматривается при расчете оптических систем как физически однородная среда. Практически оптическим стеклом называют стекло, однородность и другие оптические константы которого находятся в пределах установленных допусков. Марки стекол и соответствующие им оптические и физико-химические характеристики приведены в табл. 1—11.
1. Допускаемые отклонения
показателя преломления nD и средней дисперсии nF—nc
Категория	nD	nF “ пС
1	±5-10-*	±5-10-6
2	±5-10"*	±7-10-’
3	±10-10-*	± 10-10~6
4	±20-10-*	±20-10-*
2. Допускаемые отклонения по однородности в партии заготовок
Класс	nD	V “ пС
А Ас	0,5-10-* 1 • ю-*	1•10“6
Б В	2-10-* В пред<	?лах до-
	пускаемого отклонения по заданной категории	
По величинам отклонений констант и других характеристик качества оптическое стекло разделяется на категории и классы. Все данные— по ГОСТу 3514—57.
Физико-химические свойства оптических стекол
Термооптическая постоянная (средняя в пределах температуры от —60 до +20° С)
Приращения показателей преломления pc, Рп и Рг при повышении температуры на 1° С —средние в пределах температуры от —60 до 4-20° С (табл. 11).
3. Допускаемые отклонения по оптической однородности
4. Двойное лучепреломление
	Наибольшее отношение
Категория	Ф Фо
1 и 2	1,0
3	1,1
4	1,2
5	1,5
Примечани я: 1. ф0 — теоретический угол разрешения коллиматорной /115" установки 1——	для прямоугольного от-	
120" верстия и ——		• для круглого отверстия
коллиматора); Ф — угол разрешения той же установки при вводе в параллельный ход проверяемой заготовки. 2. Для стекла 1-й категории дополнительно требуется, чтобы дифракционное изображение точки не имело заметного отклонения от круга, разрывов, хвостов и углов.	
Категория	Наибольшая разность хода на 1 еде в нм
1	2
2	6
3	10
4	20
5	50
5. Категории бессвильности
Категория	Характеристика бессвильности
1	Не допускаются свили, равные по оптическому действию контрольной свили 1-й категории
2	Не допускаются свили, равные по оптическому действию контрольной свили 2-й категории
6. Классы бессвильности
Класс	Направления, в которых заготовка должна удовлетворять заданной категории бессвильности
Б В	Любое направление Одно заданное направление
п скаются	римечание. Узловые свили длиной не более 12 мм допу-в количестве не более 10 шт. на каждый килограмм стекла
7. Категории пузырности
Категория	Диаметр наибольшего пузыря в мм	Категория	Диаметр наибольшего пузыря в мм
1	Пузыри	5	0,5
	не допускаются	6	0,7
1а	0,05	7	1,0
2	0,1	8	2,0
3	0,2	9	3,0
4	0,3		
8. Классы пузырности
Класс	Число пузырей диаметром свыше 0,03 мм на 1 кг не более
А	10
Б	30
В	100
Г	300
Д	1000
Е	3000
Примечание. В стекле категорий 2 — 9 (см. табл. 7) число пузырей размером не более 0,03 мм не должно превышать указанного числа пузырей.	
9. Категории по светопоглощению
Категория	Коэффициент свето-поглощения в % не более
00	0,4
0	0,6
1	0,8
2	1,0
3	1,5
По устойчивости к действию влажной атмосферы силикатные оптические стекла разделяются на три группы:
А — стекла, на полированной поверхности которых в условиях относительной влажности 85% и температуры 50° С капельно-гигроскопический налет образуется более чем через 20 ч;
П — стекла, на которых при тех же условиях испытания капельногигроскопический налет образуется за промежуток времени 5—20 ч;
В — стекла, на которых при тех же условиях испытания капельногигроскопический налет образуется за промежуток времени менее 5 ч.
По устойчивости к действию кислых растворов силикатные оптические стекла разделяются на следующие группы:
1—3-я группы — стекла, полированная поверхность которых под воздействием 0,1% раствора уксусной кислоты при 50° С разрушается на глубину 135 нм более чем за 5 ч;
4-я группа — стекла, которые при тех же условиях испытания разрушаются на глубину 135 нм за промежуток времени 5—2 ч;
5-я группа — стекла, которые при тех же условиях испытания разрушаются на глубину 135 нм менее чем за 1 ч.
10. Оптические и термооптические свойства стекол
Марка стекла	Показатель преломления nD	Средняя дисперсия (tip — пс) X 106	Коэффициент дисперсии "D - 1	и е 1 и, е	Термо-оптическая постоянная VCX 10е	Относительные частные дисперсии					
						е 1 и.	о е 1 и. с	1 и. е	о с 1	с 1 е с	<0. с 1 Ь, с
лкз	1,48740	696	70,0		— 10,7	0,699		0,452		0,553	
ЛК4	1,49030	753	65,1		2,8	0,707		0,452		0,553	
ЛК5	1,47810	729	65,6		9,7	0,698		0,451		0,553	
Л Кб	1,47040	704	66,8		-8,6	0,700		0,452		0,553	
(К!)	1,49820	765	65,1		—2,0	0,700		0,453		0,553	
К2	1,50040	758	66,0		0,6	0,700		0,452		0,555	
(КЗ)	1,51000	805	63,4		—3,3	0,702		0,454		0,560	
К5	1,51100	795	64,3		— 1,4	0,701		0,454		0,557	
К8	1,51630	806	64,1		—2,2	0,701		0,454		0,557	
К14	1,51470	849	60,6		1,5	0,703		0,455		0,562	
К15	1,53350	962	55,5		—2,6	0,706		0,459		0,572	
(К18)	1,51910	860	60,4		0,4	0,703		0,455		0,564	
К19	1,51870	841	61,7		—2,8	0,703		0,455		0,563	
К20	1,52630	875	60,1		0,2	0,704		0,456		0,565	
БК4	1,53020	877	60,5		-3,8	0,704		0,457		0,564	
Б Кб	1,53990	905	59,7		—4,4	0,704		0,457		0,567	
БК8	1,54670	871	62,8		0,6	0,702		0,454		0,560	
(БК9)	1,56460	1012	56,8		-1,3	0,705		0,459		0,572	
БКЮ	1,56880	1015	56,0		0,0	0,706		0,459		0,571	
(БКИ)	1,55240	872	63,3		—1,1	0,702		0,454		0,559	
БК12	1,56060	961	58,3		—3,0	0,705		0,457		0,568	
БК13	1,55940	915	61,1		—1,7	0,703		0,456		0,563	
(ТК1)	1,56380	928	60,8		—0,7	0,703		0,456		0,563	
ТК2	1,57240	996	57,5		—1,0	0,705		0,458		0,569	
ткз	1,58910	962	61,2		0,2	0,702		0,455		0,562	
_ТК4 __	1.61110	1095	55,8		1,7	0,707		0,459		0,572	
Продолжение табл. 10
Марка стекла	Показатель преломления nD	Средняя дисперсия — пс) X 106	' дисперсии		Термо-оптическая постоянная VCX 10е	Относительные частные дисперсии					
						с 1 с	и 1 и. с	е 1 к, с	о е 1 и, е	1 О с	и 1 и, с
			Коэффициенз "D - 1	<0 с 1							
(ТК7)	1,61370	1090	56,3		—2,3	0,705		0,458		0,570	
ТК8	1,61400	1114	55,1		0,2	0,707		0,460		0,572	
(ТК9)	1,61710	1142	54,0		— 1,4	0,707		0,460		0,575	
ТК12	1,56880	904	62,9		-0,9	0,702		0,454		0,559	
(ТК13)	1,60380	996	60,6		—2,3	0,703		0,456		0,565	
ТК14	1,61300	1012	60,6		—3,0	0,704		0,456		0,564	
ТК16	1,61260	1050	58,3		-3,5	0,704		0,457		0,569	
ТК20	1,62200	1097	56,	7	—3,4	0,705		0,459		0,571	
ТК21	1,65680	1285	51,1		—2,7	0,708		0,462		0,580	
КФ1	1,51530	946	54,5		0,1	0,705		0,459		0,574	
(КФЗ)	1,52620	1032	51,0		—2,2	0,708		0,461		0,580	
КФ4	1,51810	879	58,9		0,6	0,703		0,456		0,565	
КФ5	1,49960	805	62,1		0,5	0,702		0,455		0,562	
КФ6	1,50050	875	57,2		1,9	0,704		0,458		0,568	
КФ8	1,53320	1026	52,0		—1,7	0,707		0,460		0,579	
БФ1	1,52470	955	54,9		-0,1	0,706		0,459		0,573	
БФ4	1,54800	1016	53,9		-2,1	0,707		0,460		0,576	
БФ6	1,56960	1152	49,4		-3,2	0,709		0,463		0,584	
БФ7	1,57950	1076	53,9		0,0	0,708		0,461		0,576	
БФ8	1,58260	1254	46,5		—3,3	0,710		0,464		0,591	
БФ11	1,62220	1171	53,1		0,5	0,708		0,461		0,577	
БФ12	1,62590	1601	39,1		—4,0	0,714		0,468		0,603	
БФ13	1,63950	1325	48,3		0,7	0,710		0,463		0,586	
БФ16	1,67090	1419	47,3		—4,5	0,710		0,464		0,587	
БФ18	1,56040	1100	50,9		—1,3	0,708		0,462		0,580	
БФ19	1,58950	1153	51,1		—1,1	0,708		0,462		0,580	
Продолжение табл. 10
Марка стекла	Показатель преломления nD	Средняя дисперсия (Пр — пс)Х 10е	Коэффициент дисперсии ПР - 1	CJ с 1 к, к с	Термо-оптическая постоянная vcx 10«	Относительные частные дисперсии					
						£ 1 к е	1 к е	1 к е	1 к е	1 О е	<0 е 1
БФ21	1,61400	1534	40,0		0,3	0,713		0,467		0,601	
(БФ23)	1,54930	1048	52,4		—2,4	0,707		0,461		0,579	
(БФ24)	1,63440	1726	36,8		0,5	0,715		0,469		0,607	
БФ25	1,60760	1318	46,1		0,7	0,711		0,464		0,589	
(БФ26)	1,65040	1691	38,5		3,5	0,714		0,468		0,604	
БФ27	1,60670	1380	44,0		—1,2	0,712		0,466		0,594	
БФ28	1,66410	1874	35,4		6,3	0,716		0,470		0,611	
(ЛФ1)	1,54060	1145	47,2		—5,4	0,709		0,462		0,588	
ЛФ5	1,57490	1392	41,3		0,6	0,712		0,466		0,598	
(ЛФ7)	1,57830	1407	41,1		—0,4	0,712		0,466		0,599	
ЛФ10	1,54800	1195	45,9		-3,0	0,710		0,464		0,592	
ЛФ11	1,56080	1199	46,8		—1,2	0,710		0,463		0,588	
Ф1	1,61280	1659	36,9		0,9	0,714		0,468		0,607	
(Ф2)	1,61640	1684	36,6		0,0	0,714		0,468		0,608	
Ф4	1,62420	1738	35,9		0,7	0,715		0,469		0,608	
Ф6	1,60310	1590	37,9		—1,1	0,714		0,468		0,604	
(Ф7)	1,62320	1689	36,9		0,3	0,714		0,468		0,607	
Ф8	1,62480	1757	35,6		—8,4	0,715		0,470		0,610	
Ф13	1,61990	1706	36,3		1,0	0,714		0,469		0,608	
ТФ1	1,64750	1912	33,9		—3,8	0,716		0,471		0,613	
ТФ2	1,67250	2087	32,2		0,7	0,717		0,472		0,617	
ТФ4	1,73980	2628	28,2		1,6	0,719		0,475		0,628	
ТФ5	1,75500	2743	27,5		1,6	0,720		0,475		0,630	
ТФ7	1,72800	2570	28,3		-3,5	0,719		0,474		0,627	
ТФ8	1,68930	2215	31,1		0,6	0,717		0,472		0,619	
ТФ10	1,80600	3178	25,4		2,8	0,721		0,477		0,636	
0Ф1	1,52940	1022	51,8		0,4	0,706		0,459		0,574 '	
0Ф2	1,55380	1140	48,6		—3,0	0,708		0,461		0,582	
ОФЗ	1,61230	1389	44,1		—0,3	0,708		0,461		0,583	
Примечание. Марки стекол, помещенные в также табл. 11), по возможности не применять.								скобках		: (см.	
11. Термические свойства, химическая устойчивость, удельный вес
Марка стекла	Приращение показателя преломления X 10е			Коэффициент линейного расширения а- 10’ в пределах температуры		Группа химической устойчивости		Удельный вес в Г/см*
	Зс			от —60 до + 20° С	от 4-20 До 4-120* С	4 > ф ж н о. Я Я 0J сг -е-CQ =сс о X S* 1	к кислым растворам	
лкз	—1,0	—0,9	-0,6	86	92	А	4	2,46
ЛК4	3,8	3,9	4,2	50	52	А	1—3	2,33
ЛК5	6,2	6,5	6,9	33	35	А	5	2,27
Л Кб	—0,3	—0,2	—	80	83	А	5	2,30
(К1)	2,1	2,2	2,5	62	65	(А)	(5)	2,36
К2	3,2	3,4	3,7	58	65	А	1—3	2,38
(КЗ)	2,1	2,2	2,5	74	84	П	1—3	2,47
К5	2,7	2,8	3,1	67	76	А	1—3	2,47
К8	2,6	2,8	3,3	72	76	А	1—3	2,52
К14	4,1	4,2	4,6	65	71	А	1—3	2,53
К15	2,9	3,1	3,7	81	94	П	1—3	2,76
(К18)	3,5	3,6	3,8	64	71	А	1—3	2,58
К19	2,4	2,6	3,1	74	80	А	1—3	2,62
К20	3,7	4,0	4,4	69	75	А	1—3	2,61
БК4	1,9	2,1	2,5	74	80	А	1—3	2,76
Б Кб	1,6	1,8	2,2	74	84	А	1—3	2,86
БК8	3,4	3,6	4,0	56	64	А	4—5	2,85
(БК9)	3,1	3,3	3,8	68	76	А	1—3	3,10
БКЮ	3,7	3,9	4,4	65	74	А	4—5	3,12
(БК11)	2,7	2,8	3,2	60	67	А	4—5	2,91
БК12	2,3	2,5	2,9	71	77	А	1—3	3,02
БК13	2,5	2,7	3,1	62	69	А	4	3',04
(ТК1)	2,9	3,0	3,4	59	61	А	1—3	3,08
ТК2	3,1	3,3	3,8	64	70	А	1—3	3,20
ТКЗ	3,3	3,5	3,8	54	60	А	5	3,29
ТК4	4,6	4,8	5,3	59	66	А	5	3,58
(ТК7)	2,7	2,9	3,4	67	73	А	5	3,60
ТК8	3,9	4,0	4,5	62	69	А	5	3,61
(ТК9)	3,5	3,7	4,3	71	77	А	5	3,62
ТК12	2,8	2,9	3,1	58	65	А	5	3,06
Продолжение табл. 11
Марка стекла	Приращение показателя преломления X 10е			Коэффициент линейного расширения а- 10’ в пределах температуры		Группа химической устойчивости		Удельный вес в Г 1см.3
	Рс			от —60 ДО 4-20° С	от 4-20 ДО 4-120® С	к влажной атмосфере	к кислым растворам	
(ТК13)	2,3	2,5	2,9	61	67	А	5	3,44
ТК14	2,0	2,1	2,3	63	69	А	5	3,51
ТК16	2,0	2,1	2,6	68	72	А	5	3,56
ТК20	2,1	2,3	2,7	68	73	А	5	3,58
ТК21	3,1	3,4	4,0	74	81	А	5	3,98
КФ1	3,3	3,5	4,0	63	66	А	1—3	2,69
(КФЗ)	3,2	3,4	3,9	83	91	В	1—3	2,71
КФ4	3,6	3,7	4,2	64	71	А	1—3	2,57
КФ5	3,2	3,3	3,7	59	62	А	1—3	2,50
КФ6	4,1	4,3	4,8	63	68	В	1—3	2,52
КФ8	3,0	3,2	3,7	73	76	А	1-3	2,68
БФ1	3,4	3,6	4,1	66	73	П	1—3	2,67
БФ4	2,7	2,9	3,4	71	74	А	1—3	2,92
БФ6	2,5	2,8	3,6	76	83	А	1-3	3,16
БФ7	3,9	4,1	4,7	68	75	А	5	3,23
БФ8	2,6	2,9	3,5	78	82	А	1—3	3,28
БФ12	2,7	3,1	3,9	83	87	А	4	3,67
БФ11	4,3	4,5	5,0	64	70	А	5	3,66
БФ13	4,3	4,6	5,3	61	68	А	5	3,82
БФ16	2,2	2,5	3,1	78	84	А	5	4,02
БФ18	3,3	3,5	4,0	72	79	А	1—3	3,07
БФ19	3,5	3,7	4,3	71	76	А	4	3,36
БФ21	4,6	4,9	5,7	72	77	А	1—3	3,56
(БФ23)	2,5	2,8	3,5	70	73	А	1—3	2,92
БФ24	5,0	5,4	6,5	74	79	А	1-3	3,67
БФ25	4,6	5,0	5,9	69	73	А	1-3	3,47
(БФ26)	6,4	6,7	7,7	64	70	А	1—3	3,86
БФ27	3,8	4,2	5,4	75	80	А	1-3	3,46
БФ28	8,1	8,6	9,9	60	66	А	1-3	3,96
(ЛФ1)	1,4	1,7	2,3	80	84	(В)	(1-3)	2,86
ЛФ5	4,1	4,4	5,1	'66	72	А	1-3	3,23
П родолжение табл. 11
Марка стекла	Приращение показателя преломления X 10е			Коэффициент линейного расширения а- 107 в пределах температуры		Группа химической устойчивости		Удельный вес в Г/смл
				от —60 до + 20° С	от 4-20 ДО 4-120° С	ж и а ГС W Q, и о X X S	к кислым растворам	
(ЛФ7)	3,9	4,3	5,2	71	74	п	1-3	3,23
ЛФ10	2,3	2,6	3,3	72	79	А	1—3	2,73
ЛФ11	3,3	3,5	4,2	71	74	А	1-3	3,02
Ф1	4,9	5,2	6,1	71	74	А	1—3	3,57
(Ф2)	4,5	4,9	5,8	74	76	А	1—3	3,60
Ф4	5,0	5,4	6,6	74	75	А	1—3	3,67
Ф6	3,6	4,1	5,2	71	74	А	1—3	3,48
(Ф7)	4,6	5,0	5,8	71	74	А	1—3	3,63
Ф8	0,7	1,2	2,3	95	101	В	4	3,61
Ф13	5,0	5,5	6,5	71	74	А	1-3	3,63
ТФ1	2,9	3,4	4,6	83	87	А	1—3	3,86
ТФ2	5,7	6,2	7,8	79	80	А	1—3	4,09
ТФЗ	5,8	6,8	9,1	78	82	А	5	4,46
ТФ4	7,0	7,9	10,1	80	82	А	5	4,65
ТФ5	7,1	8,0	10,3	79	82	А	5	4,77
ТФ7	4,2	4,9	7,0	93	96	А	5	4,52
ТФ8	5,7	6,4	7,9	77	82	А	5	4,23
ТФ10	8,7	9,7	12,8	81	83	А	5	5,19
ОФ1	3,3	3,5	3,9	59	63	А	5	2,56
ОФ2	2,3	2,6	3,3	72	74	А	5	2,71
ОФЗ	2,8	3,1	3,5	49	55	—	—	3,15
Стекло листовое беспузырное
Стекло листовое беспузырное марки СВВ предназначается для изготовления доступных чистке плоских оптических деталей, для которых оптические константы не нормируются.
Физико-химические свойства: пр = 1,515 ± 0,001; пр — пс = = 0,0088. Коэффициент линейного расширения (при температуре от 20 до 120° С) 84,5-Ю"7 ± 0,5-Ю"7. Удельный вес 2,49. Площадь листа не более 1000 см2', наибольшая из сторон листа 50 см; толщина листа от 4 до 10 мм. Поверхность обработки — огневая полировка.
Допускаются отдельные царапины шириной не более 0,15 мм. В средней зоне листа, составляющей 75% его площади, пузыри диаметром свыше
0,5 мм не допускаются (табл. 12). Свили, видимые невооруженным глазом в проходящем свете, также не допускаются. Двойное лучепреломление не должно превышать 70 нм/см при d 6 мм. Светопоглощение не должно превышать 7% на 1 см слоя стекла; допускается слабо-зеленоватая или слабо-голубая окраска.
12. Размер и наибольшее число допускаемых пузырей в заготовке
Вес	заготовк	и в г	Диаметр пузырей в мм			
			от 0,5 До 1	св. 1 ДО 2	св. 2 ДО 3	св. 3 До 5
До	30		5	2	1	—
Св.	30 до	50	8	4	2	—
»	50 »	100	12	5	2	—
»	100 »	300	20	8	4	1
»	300 »	500	30	10	5	2
»	500 »	1000	40	15	6	2
»	1000 »	3000	60	30	10	4
Примечание. Пузыри диаметром менее 0,5 мм не нормируются.
Химическая устойчивость к влажной атмосфере — группа В по ГОСТу 3514—57.
Стекло МКР-2 (полупирекс, ЛК4)
Это стекло предназначается для изготовления пробных стекол, пластин для интерференционных измерений, отражателей и других деталей весом не более 3 кг.
Физико-химические свойства (ориентировочные данные): показатель преломления по = 1,49 ± 0,01; линейный коэффициент расширения не более 55-10"7; химическая устойчивость к влажной атмосфере —группа А, к кислым растворам — группы 1—3; удельный вес 2,33.
Двойное лучепреломление для пробных стекол и точных пластин не должно превышать 2 нм/см для заготовок размером до 130 мм и 6 нм для заготовок размером свыше 130 мм.
Светорассеивающие пропускающие (молочные) стекла
В табл. 13 коэффициент дан для источника A (t = 2848° К).
Тц Тб
Отступление от нейтральности марки стекла МС13------100= ± 10%,
Тб
где Хц — коэффициент пропускания стекла для света, выделяемого из излучения источника А светофильтрами, составленными из пластинок цветного стекла марок СС-8, ЗС-2, КС-14 толщиной по 2 мм.
13. Характеристики марки стекол при толщине 2 мм
Марка стекла	Коэффициент пропускания Г в %	Качество обработки поверхности	Удельный вес	Качество глушения	Пузыри и свили
МС12 МС13	13—35 Тб не менее 50	Шлифование наждаком М20 или М28 Огневая полировка	2,45 2,54	Равномерное	Не нормируются
Светорассеивающее отражающее стекло марки МС-14 предназначается для изготовления экранов, диффузно отражающих направленный на них свет (пластины, шары, кюветы и т. д.). Коэффициент диффузного отражения от полированной поверхности стекла толщиной 7 мм при любой длине волны на участке спектра 400— 750 нм может достигать §диф~ 0,9—0,94. Разность между наибольшим §диф для 1 = 520 нм и коэффициентами q при длинах волн 400 и 750 нм равна 3% . Коэффициент'диффузного пропускания в белом свете равен 1%. Степень глушения стекла равномерная. Коэффициент линейного расширения при температуре от 20 до 400° С равен 80-10“7. Химическая устойчивость к действию кислых растворов — группы 1—3 по ГОСТу 3514—57. Удельный вес 2,67.
Органическое стекло (плексиглас)
Органическое стекло (табл. 14 и 15) представляет собой аморфный полимер метилового эфира метакриловой кислоты; обладает высокой
14. Оптические свойства органического стекла
Марка стекла	Показатели преломления при температуре в °C			Оптические искажения в мин	Светорассеяние в сб/фот
	21	45	60		
СОЛ СТ-1	1,492 1,489	1,488 1,486	1,486 1,484	3-9	0,40-10-» 0,25-10'»
15. Коэффициент светопропускания при различной длине волны в %
Марка стекла	Длина волны в нм												
СОЛ СТ-1	300	320	340	360	380	400	750	800	1000	1200	1400	1600	2000
	11	53	76	86	88	89	92	90	90	61	60	70	45—49
	0	0	11	85	89	90	80	92	92	90	60	69	42—49
прозрачностью для видимых и ультрафиолетовых лучей; хорошо формуется, обрабатывается, склеивается и отличается масло-, бензо- и водостойкостью. Выпускается прозрачное бесцветное, прозрачное цветное и непрозрачное оргстекло, а также пластифицированное оргстекло марки СОЛ и непластифицированное марки СТ-1.
ОПТИЧЕСКИЕ КРИСТАЛЛЫ
Искусственные оптические кристаллы имеют ряд ценных свойств, отсутствующих у оптического стекла: пропускание излучения в ультрафиолетовой области спектра; пропускание излучения в инфракрасной области спектра; значительная величина коэффициента дисперсии при малом показателе преломления (у фтористых соединений).
Оптические кристаллы вместе с тем имеют и недостатки, затрудняющие их применение. К ним относятся: оптическая и механическая неоднородность в различных направлениях и наличие различных вредных включений; гигроскопичность и растворимость в воде некоторых кристаллов; дороговизна и ограниченные размеры монокристаллов; малая твердость ряда кристаллов; ядовитость некоторых кристаллов.
В табл. 16 и 17 даны характеристики наиболее часто применяемых для оптических деталей искусственно выращиваемых кристаллов. Все указанные кристаллы относятся к кубической системе, обладают, следовательно, оптической изотропностью и поэтому не имеют двойного лучепреломления (при условии отсутствия в них внутренних натяжений).
Характеристика и основное назначение кристаллов
NaCl — мягкий, с высокой степенью однородности сравнительно
дешевый кристалл, хорошо растворим в воде и гигроскопичен. Пригоден для области спектра с длиной волны 0,25—15 мкм. Практически используемый интервал дисперсии в инфракрасной области спектра равен 8,5— 15 jh/gm. В основном применяется для спектральных призм в инфракрасной
Рис. 1. Спектральное пропускание
области спектра.
КО — очень мягкий, достаточно однородный и сравнительно дешевый кристалл, хорошо растворим в воде и гигроскопичен. Практически используемый интервал пропускания 0,33— 21 мкм (рис. 1). Применяется для конденсорных линз ультрафиоле-
пластинки из хлористого калия тол- товых микроскопов, призм и око-щиной 12 мм	шек спектральных приборов для
инфракрасной области спектра.
LiF — достаточно твердый, однородный, дорогостоящий кристалл, практически нерастворим в воде и негигроскопичен. Применяется для
ахроматических и апохроматических систем, призм и окошек в ультрафиолетовой и инфракрасной спектроскопии. Пределы пропускания 0,18— 6 мкм. Практически используемый интервал дисперсии в инфракрасной области спектра 1—5 мкм.
NaF — достаточно твердый, однородный, дорогостоящий кристалл, мало растворим в воде и негигроскопичен. Применяется для изготовления призм и окошек в инфракрасных спектрометрах. Пределы пропускания
16. Характеристики оптических кристаллов
Наименование кристалла	Химическая формула	Показатель преломления	Коэффициент дисперсии V	Удельный вес в Г/см3	Микротвердость при нагрузке 30 Г в кГ/мм3	Растворимость в воде в Г/см3	Коэффициент расширения а» 10е
Хлористый натрий (каменная соль) 1	NaCl	1,54432	42,7	2,17	16	0,260	42
Хлористый калий (сильвин)	КС1	1,49038	43,9	1,98	9	0,256	28
Фтористый литий	LiF	1,3920	99,3	2,64	96	0,0026	41
Фтористый натрий (виллио-леит)	NaF	1,3250	85,3	2,81	50	0,043	33
Фтористый кальций (флюорит или плавиковый шпат) 1	CaF2	1,4338	95,3	3,18	168	0,017 -10-3	19,5
Бромистый калий	КВг	1,5599	33,5	2,76	—	0,394	37
»	талий (КРС-5)	TIBr и T1J	2,6316	—	7,4	4,2	0,0005	70
Алюмокалиевые квасцы	KAI (SO4)2.12Н2О	1,45620	58,5	1,75	—	0,115	—
1 Встречаются в естественном виде.							
Оптические кристаллы
17. Показатели преломления кристаллов при t = 20° С [118]
X в нм	CaF2	KJ	LiF	NaF	NaCl	KC1	KBr
1083,03	1,42839	1,6381	1,38657	1,32125	1,53116	1,47878	1,54355
768,20	1,43092	1,6494	1,38927	1,32307	1,53654	1,48349	1,55007
728,14	1,43141	1,6520	1,38978	1,32349	1,53777	1,48454	1,55160
656,28	1,43248	1,65809	1,39085	1,32436	1,54052	1,48700	1,55519
589,30	1,43383	1,66643	1,39204	1,32549	1,54416	1,49020	1,55995
587,56	1,43387	1,66654	1,39209	1,32552	1,54428	1,49028	1,56010
546,07	1,43496	1,67310	1,39300	1,32640	1,54730	1,49293	1,56405
486,13	1,43704	1,68664	1,39480	1,32818	1,55327	1,49818	1,57191
404,66	1,44151	1,71843	1,39851	1,33194	1,56660	1,50993	1,58989
366,31	1,44477	1,74416	1,40121	1,33482	1,57684	1,51889	1,60391
313,17	1,45163	1,80707	1,40669	1,34062	1,59915	1,53875	1,63607
302,15	1,45357	1,82769	1,40818	1,34232	1,60578	1,54468	1,64603
280,35	—	1,8837	1,41188	1,34645	1,62214	1,55939	1,67125
265,37	—	1,9424	1,41504	1,34999	1,63680	1,57270	1,6950
253,65	1,46597	2,0116	1,41792	1,35325	1,65112	1,58569	1,7198
248,28	—	2,0548	1,41942	1,35500	1,65878	1,59265	1,7330
239,98	—	—	1,42195	1,35793	1,6721	1,60500	1,7576
Материалы
0,2—12 мкм. Практически используемый интервал дисперсии 0,4— 11 мкм.
CaF2 — твердый, хрупкий, дорогостоящий кристалл, обладает
выраженной анизотропностью механических свойств. Применяется для изготовления деталей ультрафиолетовой и инфракрасной микроскопии,
для окошек и призм в ультрафиолетовой и инфракрасной спектроскопии. Область пропускания 0,18—10 мкм.
КВг — очень мягкий, достаточно однородный, дешевый кристалл, хорошо растворим в воде, гигроскопичен. Применяется в инфракрасной спектроскопии для изготовления призм и окошек. Диапазон пропускания 0,21 — 27 мкм. Практически используемый интервал дисперсии в инфракрасной области 15—27 мкм.
КРС-5—очень мягкий, доро-
Рис. 2. Спектральное пропускание трех различных образцов КРС-5 толщиной 8 мм
состоящий кристалл, практически
нерастворим в воде и негигроскопичен, ядовит. Диапазон пропускания приблизительно 0,5—40 мкм. Используемый интервал дисперсии 24— 40 мкм (рис. 2/.
KAI (SO4)2- 12Н2О — мягкий, однородный, дешевый кристалл, хорошо растворим в воде, гигроскопичен. Применяется в основном в качестве линз для апохроматических объективов микроскопа, предназначенных
для видимой области спектра.
Классификация и спектральная характеристика флюорита
Промышленностью выпускаются три марки флюорита (CaF2): вакуумной и ультрафиолетовой областях спектра; фк-В — для видимой области; фк-и — для инфракрасной области спектра.
На рис. 3 показана кривая пропускания для пластинки флюорита толщиной 7 мм. Спектральная кривая пропускания флюорита с покрытием «Просветл. 35/43 Р.35 РАЗ Р.» дана на рис. 4.
Тепловое расширение (в град~1) at = А • 10’в + В-10’8^ С-10"11/2.
фк-у — для использования
в
Рис. 3. Спектральное пропускание образцов флюорита толщиной 7 мм
t в *С	А	в	с
17-5—192	18,38	2,511	-21,10
43-5-637	18,51	1,481	21,52
В табл.	18—21	приведены опти-
ческие характеристики флюорита.
18. Пропускание флюорита в зависимости от Л для пластинки толщиной 5 мм
Марка флюорита	X в мкм	Коэффициент пропускания в % не менее	Марка флюорита	X в мкм	Коэффициент пропускания в % не менее
фк-у	0,160	25	фк-В	0,400	90
	0,200	75	фк-и	7,5	85
	0,300	85		9,3	50
Рис. 4. Спектральная кривая коэффициента пропускания покрытия. Просветл. 35/43Р. 35Р.43Р (ZrO2 + SiO2 + ZrO2 + SiO2)
Рис. 5. Спектральные кривые коэффициента пропускания стекла марки КУ и неотожженного стекла марки КИ в слое толщиной 1 см (потери на отражение от поверхностей исключены)
19. Категория оптической однородности флюорита (по ГОСТу 3514—57)
Марка флюорита	Размер заготовок в мм			
	до 40	св. 40 до 60	св. 60 до 100	св. 100 до 150
фк-у	1	1	3	—
фк-В	1	2	3	4
фк-и	3	3	4	4
20. Количество пузырей и их размеры
Марка флюорита	Количество пузырей и включений на 100 г веса заготовки		Размер наибольшего пузыря в мм при диаметре заготовки в мм			
	пузыри и кристаллы размером св. 0, 1 мм	непрозрачные включения размером 0,05 — 0,1 мм	до 40	св. 40 До 60	св. 60 до 100	св. 100 до 150
фк-у	10	—	0,2	0,3	0,5	—
фк-В	100	100	0,2	0,5	1	2
фк-и	200	300	0,5	1	3	4
21. Показатели преломления п\ при t — 20э С [119—121]
X в мкм		X в мкм	
0,404658	1,441509	2,6519 2,9466	1,42015 1,41825
1,092154	1,428352	3,2413 3,5359	1,41610 1,41377
1,156031	1,427902	3,8306 4,1252	1,41119 1,40854
1,441574	1,426584	4,7146 5,3036	1,40237 1,39528
1,638231	1,425650	5,8932 6,4823	1,38717 1,37817
2,034339	1,423726	7,0718 7,6612	1,36802 1,35680
2,357191	1,421971	8,2505 8,8398	1,34444 1,33079
2,575402	1,420680	9,4291	1,31612
Интерполяционная формула для X = 0,4 — 2 п2 = А +	- DZ2 - EV,			,6 мк,м
где А = 2,0388303, В = 0,00616369, D = 0,00321287. Е = = 0,00000289, С =- 0,0069932.			
ОПТИЧЕСКОЕ КВАРЦЕВОЕ СТЕКЛО (ПЛАВЛЕНОЕ) ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ НА ПРОПУСКАНИЕ
СВЕТА В ОДНОМ НАПРАВЛЕНИИ
Стекло марок КУ, КВ, КИ по пропусканию в видимой области спектра изготовляется двух категорий, характеризуемых величиной коэффициента светопоглощения стекла в слое 1 см: 1-я категория — коэффициент поглощения не более 0,2; 2-я категория — коэффициент поглощения не нормируется. Спектральные кривые даны на рис. 5.
Стекло марки КИ по пропусканию инфракрасного излучения также подразделяется на две категории, характеризуемые величиной наибольшего показателя поглощения k\ на участке спектра 2,6—2,8 мкм: 1-я'категория — 0,005; 2-я категория — 0,010.
Физико-химические свойства кварцевого стекла. Оптические постоянные при температуре 20° С:
Показатель преломления ... nD = 1.4586-i-4• 10~4 Средняя дисперсия.......~~	пС = 0-00675±3- 10”5
Коэффициент дисперсии . . .	V£> = 67,9
Термооптическая постоянная V = ---------;-а
н	пс — 1
средняя в пределах температуры от —60 до ±20° С равна 213-10 7.
Коэффициент линейного расширения а средний в пределах температур:
От —60 до 4-20° С 			 а	= 2- 10~7
>	20 >	50° С 			 а	= 4« 10”7
>	20 >	120° С			 а	= 5- Ю~7
>	120 >	420° С 			 а	= 6- 10“7
Жаропрочность.......................... 1000°	С
22. Характеристика кварцевого стекла
Марка стекла	Оптическая характеристика	Основное назначение
КУ	Стекло без заметной полосы поглощения при длине волны 240 нм	Защитные стекла, призмы спектрофотометров и другие оптические детали, работающие в вакуумной и ультрафиолетовой частях спектра
кв	Стекло, не свободное от полос поглощения при длинах волн 240 нм и около 2,7 мкм	Оптические детали, работающие в области спектра 0,25— 2,5 лиси; детали, требующие низкого коэффициента расширения или высокой термостойкости и жаропрочности
ки	Стекло без заметной полосы поглощения при длине волны около 2,7 мкм	Защитные стекла и другие оптические детали, работающие в ближней инфракрасной части спектра (до 3,5—4 мкм)
23. Показатели преломления п\ при t = 20° С
1 в нм	ЛХ	X в нм	пк	X в нм	ЛХ	X в нм	ЛХ
214,4	1,5341	766,5	1,45412	1500	1,4448	2700	1,4262
253,6	1,5053	800,0	1,45351	1600	1,4436	2800	1,4241
280,3	1,4942	863,0	1,45249	1700	1,4424	2900	1,4219
312,5	1,4847	900,0	1,45194	1800	1,4411	3000	1,4196
365,0	1,47472	950,8	1,45124	1900	1,4398	3100	1,4171
404,7	1,46980	1000	1,45061	2000	1,4384	3200	1,4146
434,1	1,46708	1050	1,44999	2100	1,4369	3300	1,4119
486,1	1,46332	1100	1,44940	2200	1,4353	3400	1,4091
546,1	1,46028	1150	1,44882	2300	1,4336	3500	1,4062
589,3	1,45860	1200	1,44825	2400	1,4319		
656,3	1,45657	1300	1,44712	2500	1,4301		
700,0	1,45550	1400	1,4460	2600	1,4282		
Интерполяционная формула при t = !					24° С		
	п\ = 2,978645 +		0,008777808		84,06224		
			X2 — 0,010609		96,0000 —	X2 ’	
24. Показатели поглощения в мм 1
X в нм			X в нм	Л	
	КУ	ки		КУ	ки
160	0,095	—	1800	0,004	0,001
170	0,019	—	2100	0,007	0,002
180	0,007	—	2400	0,004	0,002
190	0,005	—	2600	0,015	0,003
200	0,005	—	2700	0,100	0,004 i
210	0,003	0,177	2800	0,070	0,006
220	0,002	0,100	3000	0,020	0,009
230	0,002	0,020	3200	0,019	0,011
240	0,003	0,018	3400	0,019	0,012
250	0,001	0,005	3600	0,06fr	0,027
300	<0,001	<0,001	3800	0,110	0,073
400	<0,001	<0,001	4000	0,130	0,080
500	<0,001	<0,001	4200	0,170	0,140
1000	0,005	<0,001	4400	—	0,200
1500	0,003	<0,001			
25. Категории стекла марки КУ по допускаемой интенсивности люминесценции, возбуждаемой ультрафиолетовым излучением
Категория	Характеристика	Примечание
1	Люминесценция не допу-	Поставляется в заготов-
	скается	ках толщиной не свыше 15 мм
2	Интенсивность люмине-	Поставляется в заготов-
3	сценции не превышает люминесценции установленного образца Люминесценция не контролируется	ках толщиной не свыше 40 мм
26. Приращения показателей преломления при повышении температуры на 1° С
Показатель преломления	Приращение (3- 107 при температуре (в °C)							
	-100	— 70	— 50	— 20	+ 10	+ 20	+ 40	+ 60
«Д'	97	93	93	96	98	99	102	104
пс	99	95	95	98	99	100	103	107
nD	100	96	96	99	101	102	105	108
пе	101	98	98	100	102	104	107	ПО
ПЕ	104	99	100	102	104	106	109	112
nG,	106	103	102	104	107	109	112	115
27. Среднее число пузырей и других включений размером свыше 0,1 мм на 1 кг стекла
Категория пузырности заготовок	Марки стекла	
	КУ и КВ	ки
00	400		
0 и 1	1000	6000
2 и 3	4000	6000
По химической устойчивости (ГОСТ 3514—57) кварцевое стекло подразделяется на группы: группа А — устойчивость по отношении к влажной атмосфере; группы 1—3 — устойчивость по отношению к кислым растворам.
Удельный вес 2-21 Г/см3, модуль упругости 7000 кГ/ммК
В табл. 22—27 приведены характеристики кварцевого стекла.
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
28. Качественная конструкционная горячекатаная сталь, уд. вес 7,8 Г!см3 (по ГОСТу 1050—60)
Марка стали	°вр в кГ/мм2 не менее	От в кГ/мм2 не менее	6 в % не менее	HRB в кГ/мм2	Область применения
0,8кп 10	30 34	18 21	35 31	131 137	Для малонагруженных штампуемых, свариваемых и цементуемых деталей
20	42	25	25	156	Для оправ для завальцов-ки оптических деталей, оправ и резьбовых колец для оптических деталей; корпусов для шарикоподшипников. Хорошо обрабатывается
30	50	30	20	179—187	Для малонагруженных осей и валиков
35, 40	58	34	19	217	Для осей валиков, зубчатых колес, деталей муфт. Сталь 40 обрабатывается хуже, чем сталь 20 (трудно получить чистоту поверхности)
45 1	61	36	16	241	Для осей, валиков, зубчатых колес, реек, болтов
50 55 1	64 66	38 39	14 13	241 255	Для зубчатых колес, реек, муфт, осей, валиков, штифтов, винтов движения. Обрабатывается удовлетворительно
60	69	41	12	255	Для кулачков
65Г 70Г	75 80	44 46	9 8	285	Для пружинных шайб, спиральных пружин
1 Следует применять только как заменители. Примечание. Здесь и далее в таблицах: авр — предел прочности; Пт — предел текучести; 6 — относительное удлинение; HRB — твердость по Бринелю; ан — ударная вязкость.					
29. Горячекатаная конструкционная автоматная сталь (по ГОСТу 1414—54)
Марка стали	°вр в кГ/мм2	б в % не менее	HRB в кГ/мм2	Область применения
А12	42—57	22	160	Хорошо обрабатывается режущим инструментом и шлифуется
А20				Для резьбового крепежа, втулок, фланцев, мало-нагруженных валиков, трибок, мелких резьбовых оправ для оптических деталей и т. п.
АЗО	52—67	15	185	То же, но для более нагруженных валиков, деталей муфт, неотсчетных мелких шестерен и трибок
А40Г	60—75	14	207	Для нагруженных неотсчетных валиков, шестерен, деталей муфт и т. п.
Материалы
30. Стали легированные конструкционные и нержавеющие
Марки стали	овр в кГ/ммг не менее	От в кГ/мм2 не менее				6 не	в % менее		ан в кГм/см2	HRB (после отпуска) в кГ/мм2	Область применения
	Л е Г И р о В		а Н Н	ы е		конструкционные стали1					(по ГОСТу 4543—61)
15Х 40Х	75 100		60 85				14 10		8 6	179 207	Для деталей, подлежащих цементации (кольца насыпных шарикоподшипников, шестерни, валики, шариковые направляющие и др.) Для аналогичных деталей, подвергаемых закалке
	Стали л		е г и	ров		а н	н ы е	к	о н с т р у к	ц и о н н ы е	(по ГОСТу 4543—61)
ШХ15, ГОСТ 801—60	73		42				21		4,5	207	Отожженная. Для деталей, требующих высокой твердости и сопротивления истиранию, постоянства размеров (отсутствие поводок): кольца шарикоподшипников, валики и диски фрикционных механизмов, направляющие. Твердость до HRC 62—65
1 Механические свойства			даны	после		закалки и		отпуска.			
Механические свойства металлов и сплавов
Марки стали	алп в кГ/мм* &р не менее	оТ в кГ/мм* не менее	« В % не менее	ан в кГм/см*	HRB (после отпуска) в кГ/ммг	Область применения
	Нержавеющ		не стали,	, уд. вес 8,4 Г/см3 (по ГОСТу 5632—61)		
2X13	79—94	60—70	20	4—11		Вязкая, плохо обрабатывается резанием. Плохо сваривается. Применяется для деталей, работающих в тяжелых условиях (морская вода, пары кислот и т. п.), но не работающих с трением скольжения
2X1ЗЛ	—	—	—	—	—	То же
3X13	84—94	61—72	16—19	3—5		То же, но в закаленном состоянии при твердости HRC 40 с обдувкой поверхности и пассивированием может работать с трением скольжения в легких условиях, со смазкой. Применяется для колец шарикоподшипников
1Х18Н9Т	56	25	45	—	—	Хорошо сваривается. Применяется для кожухов, каркасов и т. п.
1Х18Н9	60	25	45	—	—	Хорошо сваривается. Применяется для кожухов, каркасов и пружин
ОХ18Н9	56 .	22	45	—	—	То же
ЭИ-474	70—100	—	10—15	4	207—285	Автоматная сталь, допускает трение скольжения
ЧМТУ ЦНИИЧМ 1 224—59	160 (закаленная)	—	1	1	HRC 50—54	Для ответственных деталей
Материалы
31. Сплавы алюминия для холодной обработки (уд. вес 2,7—2,8 Псм*)
Марка сплава	к я о О и а) ч 6x5	* * О. У о И	От в кГ/мм*	6 в % не менее	HRB в кГ/ммг	Область применения
АМЦ	п м	16 13	13 5	10 20	40 30	Листовой материал. Хорошо сваривается. Применяется для коробок, футляров
АМГ	п м	25 20	21 10	6 23	60 48	
Д1	т м	42 21	24 11	18 18	100 45	Для различных деталей приборов. Марка Т лучше обрабатывается резанием Заменяют латунь, однако гальванические покрытия наносить труднее и они менее прочны. Значительно хуже работают на трение, чем латунь. Завальцовка линз труднее
Д6	т м	46 22	30 11	15 15	105	
Д16	т м	47 21	33 11	17 18	105 42	
АК2	т	42	28	13	100	—
АК4	т	44	29	10	110	
АК8	т	49	38	13	130	
В95	т м	60 26	55 13	12 13	150	Высокопрочный сплав. Хорошо обрабатывается ковкой и резанием. Применяется для среднена-груженных шестерен и других деталей
Примечание. М — отожженный сплав, П — полунагарто-ванный, Т — закаленный и прошедший старение.						
24 1902
32. Литейные стали (уд. вес 7,8—7,85 Г[см3)
Марка стали	* а? и? СХк 40 _ © я	, б в % не менее	ан в кГ/см2	Область применения
18ХГТЛ	90	6—8	2,5—4	Для цементуемых деталей, изготовляемых по выплавляемым моделям
35ХГСЛ	65	20	4	Обладает хорошей жидкотекучестью. Применяется для среднегабаритных отливок (200—300 мм) с толщиной стенок до 4 мм. Обрабатываемость резанием хорошая
27ХГСНЛ	70	12	—	Для тонкостенного фасонного литья в землю, в кокиль и по выплавляемым моделям
Ст-50Л	58	И	2,5	Для тонкостенного литья по выплавляемым моделям с минимальной толщиной стенок в зависимости от конфигурации 2—4 мм
ЗХ13Л	84—94	16—19	3-5	Для тонкостенного литья по выплавляемым моделям. Минимальная толщина стенок 2,5— 4 мм
Прим состояния.	е ч а н	и е . Механические свойства даны для отожженного		
Нейзильбер
33. Латуни для холодной обработки (по ГОСТу 1019—47)
Марка латуни	°вр в кГ/мм2	б В %
ЛС59-1	37—40	18—12
Л-62	30—38	30—15
Нейзильбер (МНЦ 15-20, ГОСТ 492—52) применяется для изготовления особо точных шкал с тонкими штрихами; обладает высокой коррозионной стойкостью.
Механические свойства нейзильбера
Твердость по Бринелю: мягкого металла ....	70 кГ/мм2
твердого металла с наклепом ...................165	»
Титан и сплавы титана
Титановые сплавы по сравнению с другими конструкционными материалами дают лучшие сочетания прочности, термостойкости, коррозионной стойкости, малого удельного веса и немагнитности. К недостат-
34. Цветные литейные сплавы
Марка и состав	Способ ЛИТЬЯ	Термообработка	Обрабатываемость	Свариваемость	Склонность к усадочным трещинам, микро-рыхлотам	О.п в кГ/мм*	б В %	HRB в кГ/мм*	Область применения
				Цинковые сплавы					
ЦАМ4-3 (3% Си, 0,1% Mg, 4% Al)	д	—	Удовлетворительная	—	—	32—38	0,8—1,1	90—100	Для ненагру-женных деталей массового производства (небольшие оправы для светофильтров, небольшие стойки, рукоятки, корпуса малых диафрагм, подшипников и т. п.). Отделка — хромирование, окраска. Непригодны для тропиков
ЦАМ4-1 (1% Си, 0,03% Mg, 4% Al), уд. вес 6,68 Г/см3	д	—	Удовлетворительная	—	—	27—32	2—6	—	
ЦАМ10-5 (5% Си, 10% А1), уд. вес 6,3 Г/см3	д	—	Удовлетворительная	—	—	28—30	0,5—1,5	95—100	
Механические свойства металлов и сплавов
Марка и состав	Способ литья	Термообработка	Обрабатываемость	Свариваемость	Склонность к усадочным трещинам, микро-рыхлотам	д к! СС СХ о”	б в %	HRB в кГ/ммг	Область применения
Алюминиевые сплавы									
АЛ-2 (алюминиевокремнистый сплав, или силумин 10— 13,0% Si), УД. вес 2,65 Г/см9	з, к		Удовлетворительная	Хорошая	Малая	15—16	2—4	50	Для корпусов, кронштейнов. Плохо обрабатываются мелкие резьбы. Крепежные резьбы меньше М3 не применять (непрочны)
АЛ-3 (4,0— 6,0% Si и 1,5— 3,5% Си)	з. к	Т5, Т7, Т8	Удовлетворительная	Удов-летво-ритель-ная	Малая	21 20 18	1 2	75 70 65	—
М ате риалы
Марка и состав	Способ литья	Термообработка	Обрабатываемость	Свариваемость	Склонность к усадочным трещинам, микро-рыхлотам	и? * ео СХ «5 О	а В %	HRB в кГ/мм*	Область применения
АЛ-9 (6,0— 8,0% Si), уд. вес 2,66 Г/см3	з, к	Т4, Т5	Удовлетворительная	Хорошая	К усадочным трещинам не склонен	—	—	—	Чисто обрабатывается. Хорошо работает иа истирание; хорошо оксидируется. Применяется для корпусов, оправ, кронштейнов, направляющих с легким трением и т. п.
АЛ-13 (алюми-ниевома-гниевый, 4,5— 5,5% Mg), уд. вес 2,55 Г/см3	3, к	—	Хорошая	Хорошая	Склонен к усадочной пористости	15	9	55	
Механические свойства металлов и сплавов
Марка сплава	Способ литья	Термообработка	°вр в кГ!мм*	jirar/jj/ я	б В %	HRB в кГ/мм*	Область применения
МЛ-4	3	Т4	М а г f 24 16	[ и е В 1 9 9	j е с г 8 3	[ л а в ы 50 55	Корродируют во влажной атмосфере и при высокой температуре. Требуют защиты оксидированием и покрытия лаком. Хорошо обрабатываются. Со сталью антифрик-ционны. Легко воспламеняются. Применяются для корпусов, кронштейнов. Сплав МЛ-5 применяется для более нагруженных деталей
МЛ-5	3	Т4	26 15	8 8	5 3	55 55	
МЛ-6	3, к, д	Т4, Тб	21 21	8 12	3 1	60 65	
МА-2 МА-3 МА-4	3 3 3	Т4 Т4	26 30 30	16 19 22	8 14 8	55 60 75	Для малонагруженных деталей, для лабораторных приборов
Бр.ОЦС-5-5-5 (уд. вес 8,7 Г /см3) Бр.ОЦС-6-6-3 (уд. вес 8,9 Г/см3)	з, к з, к	0	' Л О В J 18 15	1 Н ИС	т ы е ( 4 8	5 р о н з ы 60 60	Для арматуры и корпусов, работающих под давлением до 25 ат в пресной воде Для деталей, работающих на трение, для подшипников, червячных колес, кронштейнов
М ате риалы
Марка сплава	Способ литья	Термообработка	| °вр в кГ/ммг	С О CQ	б в %	HRB в кГ/мм2	Область применения
Бр.АЖ-9-4 Бр.АМЦ-9-2Л	з, к з, к	А	Л ЮМ 40 40	и н и е	в ы е 15—20 20—35	бронзы НО 80—100	Хорошо отливаются. Заменяют оловянистые бронзы. Применяются для фасонного литья, подшипниковых втулок* червячных колес
Бр.КМЦ-3-1	к 3	р е м н	е м а р 25	га н l 22	1 О В И ( 30	: т а я б р о	н з а Применяется для тех же деталей, что и Бр>АЯ£-£)-4
ЛК80-ЗЛ	м з, к	L е д н с	) ц и н 25—30	ковы 10—15	е с п	лавы (лат) 100—110	гни) Антифрикционный сплав. Заменяет оловянистые бронзы. Стоек к морской воде. Применяется для фасонного литья, для шестерен
Механические свойства металлов и сплавов
Продолжение табл. 31
Марка сплава	Способ литья	2 • «я * « * о. о. f- О Н О О	* О во	<тт в кГ/мм.1	б В %	HRB в кГ/мн*	Область применения
ЛКС80-3-3 ЛС-59-1Л	з, к 3, к	—	25—30 20	7—15 20	—	90—100 80	То же для более нагруженных деталей Для малонагруженных деталей несложной конфигурации
Бр.Б2 мягкий (закаленный облагороженный) Бр.БНТ1,9 мягкий (закаленный облагороженный)	—	Б	ери; 40—60 115 40—60 115	1111 в (Т>	в ы е ( 30 2 30 2	5 р о н з ы 120—130 HV 320 HV 120—130 HV 320 HV	Применяются для плоских пружин и пружинных шайб
Примечание. Д — литье под давлением; 3 — литье в землю; К — литье в кокиль; Т4 — закалка; Т5 — закалка и частичное старение; Тб — закалка и полное старение до максимальной твердости; Т7 — закалка и стабилизирующий отпуск; Т8 — закалка и смягчающий отпуск.							
Материалы

ПЛАСТМАССЫ
35. Общая характеристика и область применения
с ~С £	Наименование, марка	Наполнитель	Цвет	ГОСТ (ТУ), общая характеристика	Основные свойства и область применения	Способ переработки
1	Фенопласты: К-15-2; К-17-2; К-18-2; К-19-2; К-20-2; К-1Ю-2	Литье Древесная или минеральная мука	в ы е и пр Черный или темносерый	ессовочные м ГОСТ 5689—60, К, э, П	атериалы Повышенное водопо-глощение. Применяются для деталей с металлической арматурой и без нее. Для кнопок, маховичков, патронов, столиков микроскопов, корпусов	кп, ЛП
2	Фенопласты: К-21-22; К-211-2; К-220-23	—	Светло-коричневый	ГОСТ 5689—60, К, Э1	То же и для деталей, требующих повышенной водостойкости (платы, корпуса патронов, колодки и др.)	кп, ЛП
3	Монолит 1 Монолит 7 Монолит фф	Органический или минеральный	Темно-коричневый или черный	ГОСТ 5689—60, К, Э, П	Для деталей, требующих повышенной прочности и хорошего внешнего вида (корпуса, крышки, кронштейны, кнопки, рукоятки, гайки И др.)	кп, ЛП
Пластмассы.
№ п/п	Наименование, марка	Наполнитель	Цвет	ГОСТ (ТУ), общая характеристика	Основные свойства и область применения	Способ переработки
4	Пресс-порошки К-211-3; К-211-4	Органический или минеральный	Коричневожелтый	ТУ МХП 1386—47, К, Т, ТР, Э1 (только для К-211-3)	Для деталей, требующих повышенной теплостойкости	КП, ЛП
5	Пресс-материал К-П4-35	—	Темно-коричневый	ТУ МХП 3462—52, К, Э2, ТР	Быстрый износ пресс-формы. Применяется для деталей приборов, требующих стабильности размеров и работающих в условиях повышенной влажности. Морозостоек	КП, ЛП
6	Пресс-материал	—	—	ВТУ гхп М-218—53, К	Для деталей, требующих повышенной механической прочности на удар	КП, ЛП
7	Фенолиты 1, 2: К-18-23; К-17-23	—	—	ВТУ МХП М-226—57, К, АК, ТР	Для изделий с повышенной кислото- и водостойкостью. Материал для тропиков	КП, ЛП
М атериалы
8	Пресс-материал КМК-9	Кварцевая мука	—	ТУ МХП П-39—55, Э2, Tl, АК, ТР	Высокая влаго- и теплостойкость. Свойства мало изменяются при влажности до 98% и температуре +50° С. Выдерживает нагрев до 200° С	ГП
9	Пресс-материал КФ-3	Асборезол К-6	Коричневый	ТУ ГХП 37—57, К, Т1, Ф	Коэффициент трения при удельном давлении 10 кПсм2, не менее 0,33. Применяется для фрикционных деталей, требующих высокой теплостойкости и механической прочности	гп, лд, лп
10	Пресс-материал К-41-5	Асбест	—	ВТУ МХП 4386—55, К, Э, Т2, ТР	Теплостойкий (200— 800° С), водостойкий, механически прочный конструкционный материал. Применяется в листе толщиной не более 2 мм	гп
11	Пресс-материал волокнит	Очесы хлопка	Коричневый или черный	ТУ МХП 459—51, К, П, ТР	Для деталей, требующих повышенной прочности на удар, изгиб и кручение (основания, фланцы, рукоятки, корпуса фотоаппаратов, шестерни)	КП
Пластмассы
Продолжение табл. 35
№ п/п	Наименование, марка	Наполнитель	Цвет	ГОСТ (ТУ), общая характеристика	Основные свойства и область применения	Способ переработки
12	Метилметакрилатные порошки Л-1, Л-2 (оргстекло)	—	Бесцветные	ТУ МХП 1311—49, Э, П, ТР	Л-2 имеет повышенную химическую стойкость, прозрачен в ультрафиолетовом свете; Л-1 устойчив к ультрафиолетовым лучам. При +70° С размягчаются. Применяются для колпачков, индексов, шкал	кп, ЛП, лд
13	Аминопласты А и Б		Различный	ГОСТ 9359—60, п	Хрупкость больше, чем у фенопластов. Применяется для деталей несложной конфигурации, преимущественно тонкостенных и неармирован-ных (шкалы, индексы, таблички, кнопки, упоры). Марка А применяется для прозрачных, марка Б — для непрозрачных изделий	кп, ЛП
Материалы
14	Пресс-материал АГ-4 марок Б и С	Стекловолокно	Коричневожелтый	ОМТУ 431—57, К, Э2, Т2, ТР	Повышенные электроизоляционные свойства и высокая механическая прочность в условиях высоких температур (около 200° С) и кратковременных перегревов до 250—300° С. Хорошо армируется	КП
15	Полиэтилены: ПЭ-500; ПЭ-450; ПЭ-300; ПЭ-150; НД (число в марке показывает относительное удлинение в %). Полиэтилен НД марки П применяется с характеристической вязкостью 5—6 единиц	—	Бесцветный	ВТУ МХП 4138—55, К, Э2, АФ, П, АК	Ничтожное влагопоглощен ие, гибкость при низких температурах, высокая температура теплового разрушения, стойкость к действию концентрированных кислот, щелочей, масел и растворителей. а. Нетоксичны; свариваются. Марка П имеет очень малый коэффициент трения (около 0,04) и рекомендуется для подшипников, ходовых гаек. Применяются для бесшумных шестерен (с малой нагрузкой)	КП, ЛД, формование, ШТ, СВ горячим воздухом при темпе- Пламенное напыление, МО
Пластмассы
Продолжение табл. 3*
№ п/п	Наименование, марка	Наполнитель	Цвет	ГОСТ (ТУ), общая характеристика	Основные свойства и область применения	Способ переработки
16	Фторопласт-4 (полимер тетрафторэтилена)		Белый	ТУ МХП М-162—64; ТУ МХП М-135—57; Э2, Т1, П, АК, ПР, ТР	Самые высокие диэлектрические свойства. Термопластичный материал. Не смачивается водой и не набухает. Превосходит по стойкости к агрессивным средам золото и платину; обладает большим коэффициентом линейного расширения и хладоустойчивостью. Нельзя нагружать даже при нормальной температуре свыше 30 кГ/см*. Большая тепло- и морозостойкость. Применяется для прокладок, втулок, шайб	МО, ПР (в холодные формы)
Материалы

17	Фторопласт-3 (полимер трифтор хлорэти лена)	—	—	ТУ М-323—57, К, Э2, Т	Текучесть на холоде отсутствует. С повышением температуры прочность падает. Выдерживает нагрев без нагрузки до 100° С; негорюч, по теплостойкости уступает фторопласту-4. Применяется для уплотнительных деталей для самых высоких давлений при температуре до 70°	лд, кп, ГП, ЛП
18	Блочные полистиролы Д и Т, эмульсионные — А и Б	—	А — прозрачный, Б и Т — окрашенный в массе	ГОСТ 9440—60, К, Э2, П, АК, ТР	Слабые кислоты и щелочи не действуют, сильные кислоты разрушают. Разрушаются в бензине и других нефтепродуктах; хрупки и теряют прочность при старении, не терпят нагрузок. Применяются для электроизоляционных деталей (марка А), футляров	Шприцевание, выдувание, ЛД, КП
Пластмассы	143
№ п/п	1 Наименование, марка	Наполнитель	Цвет	ГОСТ (ТУ), общая характеристика	Основные свойства и область применения	Способ переработки
19	Полиамид № 68 (термопластический материал)	—	От желтого до светло-коричневого	ВТУ М-617—57, К, Э2, АФ, АК, ТР	Прочные, стойкие к истиранию детали с малым коэффициентом трения и хорошим сцеплением с металлами. Применяется для подшипников, винтов, шестерен (хорошо	поглощают ударные нагрузки, долговечны, бесшумны и работают в условиях плохой смазки)	лд, св, склейка
20 		Полиуретан ПУ-1	—	—	ТУ МХП 216—52, Т, А, К, ПР, Э1, ТР	Термопластичный материал; применяется для деталей, работающих во влажных условиях при температурах 100—110° С длительное время	лд
Материалы
I № п/п	Наименование, марка	ГОСТ (ТУ), общая характаристика	Свойства и область применения	Способ обработки
21	Текстолит листовой электротехнический А, Б, В, Г и СТ	ГОСТ 2910—54, К, Э1, П	Выдерживает температуру от —60 до +105° С, а для марки СТ — до + 130° С. Обладает высокими диэлектрическими и антифрикционными свойствами. Применяется для вкладышей подшипников, клеммных плат и др.	МО
22	Текстолиты поделочные ПТК, ПТ и ПТ-1 (ткань, пропитанная фенолофор-мальдегидной смолой)	ГОСТ 5—52, К, АФ, П	Для электроизоляционных деталей для частоты 50 гц (с пропиткой бакелитом), для шестерен, роликов и т. п. Текстолит марки ПТ применяется для изготовления рукояток и прокладок, марки ПТ-1 — для деталей, работающих при низких нагрузках. Обладает повышенной влагопоглощаемостью	КП, ЛП
23	Текстолит 2	ТУ МХП 398—41, К, АФ, П	То же и более высокие антифрикционные свойства	КП, ЛП
24	Текстолитовые стержни диаметром 8, 13, 18, 25, 40 и 60 мм	ГОСТ 5385—50, К, Э1, АФ, П	Для колодок (с пропиткой), стоек, изоляционных втулок, антифрикционных деталей и др.	КП, ЛП
25	Ткань стеклянная, пропитанная, в рулонах ТБФЭ-2	ВТУ 044.503; 052—54, 31, Т1, ТР	Для термостойких деталей и деталей электрорадиоустройств	ГП
Пластмассы
с г= £	Наименование, марка	ГОСТ (ТУ), общая характеристика	Свойства и область применения	Способ обработки
26	Стеклотекстолит КАСТ и КСТ	ТУ МХП М-682—55, К, Т2, П, Э, ТР	Высокая тепло- и влагостойкость. Превосходит металлы по удельной весовой прочности	ГП
27	Асботекстолит А и Б (плиты)	ТУ МХП 2548—41, К, Т2, Ф, П, ПР	Повышенная вод ©поглощаемость по сравнению со стеклотекстолитом. Применяется для тормозных колодок и прокладок, работающих при повышенной температуре	ГП
28	Гетинакс листовой электротехнический для нормальной частоты А, Б, Бс, Г, Д; для высокой частоты — Ав, Бв, Гв, Дв. Бумажные листы, пропитанные фенолоформальде-гидными смолами	ГОСТ 2718—54, Э2, Т, П, ПР	Для панелей, распределительных устройств, деталей крепления токопроводящих частей, работающих при температурах от —60 до +105° С. А — для работы в трансформаторном масле; Б — для работы в трансформаторном масле, но с повышенной электропрочностью вдоль слоев; Вс — для светопрочных деталей; Г — для условий повышенной влажности; Д — для работы на воздухе	ГП
Примечание. Материалы: К — конструкционные; Э — электроизоляционные с низкими диэлектрическими свойствами; Э1 — электроизоляционные с повышенными диэлектрическими свойствами; Э2 — электроизоляционные высокочастотные; Т — теплостойкие в интервале температур 120 —150° С; Т1 —теплостойкие в интервале температур 150—200° С; Т2 — теплостойкие при температуре свыше 200° С; Ф — фрикционные; АФ — антифрикционные; А К — антикоррозионные; П — поделочные; ПР — прокладочные; ТР — тропикостойкие. Способы переработки: ЛП — литьевое прессование; ГП —горячее прессование; ЛД — литье под давлением; ШТ — штамповка; СВ —сварка; МО — механическая обработка.				
Материалы
36. Механические свойства пластмасс
(Номера по порядку в таблице соответствуют порядковым номерам материалов, указанных в табл. 35)
№ п/п	Предел прочности		в кГ/см* при		HR.B в кГ/мм*	Удлинение при растяжении в %	Модуль упругости при растяжении
	растяжении	сжатии	изгибе	ударе			
1	300	1600	550	4	30—40	0,69	70 000
2	300	1500	600	4,2	30—40	0,67	63 000
	280	—	—	—	20	—	—
3	300	1500	650	4,5	30—40	0,2	70 000
4	238	1100	500	3—4	20	—	—
5	300	—	850	4,5—5,0	4,5	—	—
6	240	—	500	8	—	—	—
			400	5	—	—	—
7	250	—	550	4,2	30—35	—	—
8	150	— "	300	3	21	—	—
9	260	1000	700	21	30	0,8	160 000
10	230	1325	500	18	30	—	—
11	300	1200	500	9	25	0,38	—
12	420	840	910	3,5	10,0	5	21 000
13	370	1000	600	5	35—50	0,2—0,5	7 500
14	800	1300	1000	25—100	120	—	—
15 1	102	210	119	16	13	150—600	—
16	200	120	410	21—76	3,5—4,0	300—400	’—
1 Данные не относятся к		; марке П.					
Пластмассы
Продолжение табл. 36
№ п/п	Предел прочности в кГ/смг при				HRB в кГ/ммг	Удлинение при растяжении в %	Модуль упругости при растяжении
	растяжении	сжатии	изгибе	ударе			
17	300	250	600	20—30	10—13	Незакаленный материал 20—40; закаленный 100—200	—
18	350	1000	800	12—15	14—15				
	350	1000	900	15	20	1,5—3,5			
19	450	700	800	100	10—13	100		
20	500	800	700	20	10—12	—		
21	450 2 600 3	—	900	25	30	—	—
22	1000	2500	1200	35	—				
23		1500	1200	25	—	—		
24	400	—	1000	—	—	—	—
25	По основе — 2700; по утку — 1500	—	1200	60	30	—	—
27	—	—	850	20	30	—		
28 1 Пе » Па	800 рпендикулярно воле раллельно волокнам	жнам.	1000	13	25	—	—
Материалы
37. Физические свойства пластмасс
№ п/п	Удельный вес в Г/см9	Коэффициент линейного расширения на 1* С X X 10~5	Теплостойкость в *С	Водопоглощен не за 24 ч в г/дм9	Пробивное напряжение в кв/мм
1	1,4	5,3	110	0,12	10
2	1,4	5,3	100	0,10	13
3	1,5	5,3	110	0,12	7
4	1,9	2,5	140	0,08	12
51	1,75—1,9	—	115	—	16
6	1,4	—	110	0,19	10
7	1,6	—	НО	0,06	—
8	1,8—2,1	—	200	0,31	13
9	1,7—1,85	2,5	200	1,0	0,15
10	1,9	—	350	0,25	2
11	1,35—1,45	3,5	ПО	0,18	2
12	1,5—3,5	12	—	0,5	12
13	1,4—1,5	5,3	100	0,67	14
14	1,7—1,8	—	280	0,05	13
15	0,92—0,95	10-80	120	0,01	40
16	2,2—2,4	5,5-11	—.	—	25
17	2,11—2,16	—	70	—	15
18	1,1	10	80	0,01—0,03	20
19	1,13	—	60	0,5	15
20	1,21	—	—	0,1	20
21	1,3—1,45	—	135	0,3—0,6	2,5
22	1,3-1,4	—	125	0,35-0,65	2
23	1,3—1,4	—	—	1,5	—
24	1,25—1,35	—	—	—	—
26	1,4—2	—	225	0,15	11
			(для КСТ)		
27	1,6	—	—	—	—
28	1,3-1,4		150	0,6	15
1 Водостойкий материал.					
кам титана и его сплавов относятся высокий коэффициент трения и более трудная обрабатываемость резанием.
Важнейшие легирующие элементы в титановых сплавах: А1, Мо, V, Сг, Sn, Fe, Zr, Nb.
Коррозионная стойкость титана исключительно высока. В морской воде титан даже не тускнеет в течение многих лет. Гальваническое воздействие на титан других металлов, находящихся с ним в контакте, ничтожно, однако сам титан во многих случаях оказывает ускоряющее действие на коррозию контактирующего с ним металла.
При скольжении титана по титану коэффициент трения колеблется от 0,45 до 0,55. Обычные смазки в этом случае не изменяют существенно коэффициента трения, так как не адсорбируются поверхностью титана. При скольжении титана и особенно титановых сплавов по стали, бронзе или латуни коэффициент трения уменьшается. В резьбовых соединениях, изготовленных из титана, эффективный коэффициент трения составляет 0,35—0,45.
Трущиеся поверхности из титана при удельных давлениях свыше 50 кПсм* могут дать задиры. Наилучшим сплавом для пары с титаном в трущихся деталях является латунь. Коэффициент трения в этом случае не превышает 0,2. С целью улучшения фрикционных свойств титана применяется химико-термическая обработка различного вида (окисление поверхности на воздухе при высоких температурах, азотирование, электролитическое оксидирование и др.).
Основные физические константы титана
Удельный вес в Г/см* при 20° С.......... 4,5
Температура плавления в ®С.............. 1670
Коэффициент линейного расширения ах 10е жж/мм *С......................... 8,5
Удельное электросопротивление в мком^см . .	55,0
Удельная магнитная восприимчивость......3,4х	10“вСГСМ
Модуль упругости Е в кГ/мм2............. 10 800
Модуль сдвига G в кГ/мм2 ..........	3 900
Коэффициент Пуассона.................... 0,34
Титан допускает самую широкую возможность обработки давлением. Его можно соединять при помощи пайки со всеми сталями и цветными металлами. Твердая пайка припоем на основе серебра надежнее, чем пайка чистым серебром с флюсом. При мягкой пайке поверхность облужи-вается с помощью флюса — хлорного олова. Поверхность перед облужи-ванием нагревают до температуры 400—450° С.
Обрабатываемость титана и его сплавов резанием близка к обрабатываемости нержавеющих сталей. Нарезание внутренних резьб на высокопрочных титановых сплавах — чрезвычайно трудная задача. Глухие резьбовые отверстия делать не следует.
Усталостная прочность титана высока. При повышении температуры прочность титана снижается сильнее, чем у конструкционных сталей, но значительно меньше, чем у алюминиевых и медных сплавов.
КЛЕИ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Пихтовый бальзам
Пихтовый бальзам (ГОСТ 2290—43) изготовляется двух видов — обычный и пластифицированный. По внешнему виду бальзам совершенно прозрачная масса желтоватого цвета. Показатель преломления при 20° С: по = 1,52—1,54. Коэффициент линейного расширения в интервале температур 0—25° С: а= 1,5- 10’4-ь2,0-10’4.
Бальзамин (бальзаминовый клей)
Бальзамин представляет собой (до полимеризации) прозрачную жидкость светло-желтого цвета. В 5 см3 клея допускается не свыше 10 пылинок или мелких ворсинок. Требования к чистоте могут быть повышены для деталей, находящихся в плоскостях изображений.
Характеристика бальзамина после полимеризации
Внешний вид .....................Твердая,	стеклообразная
масса желтого цвета
Показатель преломления при	1,519
4-20® С ......................
Средняя дисперсия .............. 0,0116
Максимум светопоглощения в видимой части спектра ........... 450 нм
Предел пропускания в ультрафиолетовой части спектра в толщине 0,01 мм................... До 300 — 330 нм
Удельный вес при 20° С............. 1,02—1,03	Г/см*
Коэффициент линейного расширения ........................... 1,3* 10“4
Уменьшение в объеме при застывании .................................. 14%
Термостойкость...................±60®	С. Выдерживает
кратковременно ±80® С
Клей обладает высокой механической прочностью, устойчив к воздействию бензина, керосина и масел. Неводостоек: под действием воды появляются расклейки.
Акриловый клей
Акриловый клей представляет собой раствор полимеризованной акриловой смолы в ксилоле; он применяется для склейки поляризационных призм из кальцита, для склейки светофильтров с желатиновыми и поливиниловыми пленками, деталей из квасцов, зеркальных объективов, стеклянных шкал, а также в тех случаях, когда требуется получить очень тонкий эластичный склеивающий слой. Клей может применяться для склеивания стекла с металлом.
Акриловый клей рекомендуется для склеивания оптических деталей размерами до 30 мм. Для склеивания деталей большего размера он может применяться в тех случаях, если не требуется полного высыхания клеящего слоя. Установлены две марки клея:
1) клей 80, полимеризующийся при 78—82° G для склеивания различных оптических деталей; обладает повышенной прочностью и относительно большой скоростью высыхания;
2) клей 130, полимеризующийся при 128—132° С, в основном для склеивания поляризационных призм.
Сушка склеенных оптических деталей размерами до 30 мм длится около 3—4 суток. Склеенные детали можно расклеить погружением в ксилол.
Характеристика акрилового клея
Клей 80	Клей 130
Внешний вид............Прозрачная, бесцветная (или
слабо-желтая) жидкость
Вязкость по Митчелю . .	80"	80"
Показатель преломления п& 1,4820 — 1,4910	1,4850—1,4865
Светопропускание в % при толщине слоя клея
0,015 мм'.
для	X	—	280 нм	.	.	10
>	X	=	290 >	,	.	60
»	X	=	300 »	.	.	95
>	Х	=	300-ь 1100 нм	98
>	X	=	1200 нм	.	.	80
Термостойкость склеенных деталей ................................ ±60°	О
Клей О К-50
Клей ОК-50 представляет собой раствор отвердителя фракции полиамина в жидкой модификации диановой эпоксидной смолы, получаемый их смешением непосредственно перед склеиванием. Клей предназначен для склеивания всех оптических деталей, в том числе работающих в тропических условиях и соприкасающихся с морской водой. Он применяется также в тех случаях, когда требуется получить очень тонкий эластичный слой. Пригоден для склеивания оптических деталей с металлическими (кроме деталей из инвара, ковара, олова, хрома).
Клей твердеет при комнатной температуре без деформации склеенных деталей. Отвердевший слой клея, прогретый при температуре 60° С в течение 3—5 ч, обеспечивает достаточную механическую прочность, морозостойкость до —70° С, теплостойкость до 4428° С, водо- и влагостойкость, нерастворимость в растворителях. Расклейка деталей производится нагревом при температуре 220—240° С.
Работа с клеем ОК-50 ввиду его ядовитости требует соблюдения специальных мер техники безопасности.
Физические свойства клея ОК-50
Внешний вид...............Прозрачная	жидкость сла-
бо-желтого цвета
Количество пылинок на 5 слс3 Не более 2—5 пылинок, видимых при 6-кратном увеличении на темном фоне
Содержание воды................... Отсутствует
Показатель преломления при
20е С:
жидкой модификации смолы (10 вес. ч.) ....	1,5505 — 1,5520
фракции полиаминов (1 вес. ч.).................. 1,4612	— 1,4880
Клей УФ-235
Клей УФ-235 представляет собой бесцветный раствор полимера в растворителе. Состав клея: моновинилацетат— 50%; циклогексанол — 30% (или 50%); растворитель №3 — 20%. Клей предназначен для склеивания деталей из стекла, кварца, флюорита, фтористого лития, фтористого натрия и других минералов, от которых требуется повышенная прозрачность в ультрафиолетовой области спектра.
Клей обеспечивает следующие свойства склейки: прозрачность в видимой, а при толщине слоя в 25 мкм и в ультрафиолетовой области спектра до 235 нм\ морозостойкость до —60° С; термостойкость до +50° G.
Физические свойства клея УФ-235
Вязкость при 20® С в пуазах ....	3,5
Показатель преломления:
в жидком состоянии при 20® С 1,4555 — 1,4560
высушенной пленки при 20® С 1,4631 — 1,4644
Прозрачность (в %) при толщине пленки не более 20 мкм и длине волны:
от 235 до 250 нм....................... 80
> 250 > 1200 » ............... 95
СМАЗКИ И ЗАМАЗКИ
ДЛЯ ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
К смазкам, применяемым в оптико-механических приборах, предъявляются следующие требования: смазка должна быть химически неактивной и не вызывать коррозии деталей; смазка должна быть работоспособной во всех условиях эксплуатации (не загустевать и не вытекать из соединений при рабочем диапазоне температур); смазка для деталей, расположенных в полостях, где находятся оптические детали, не должна быть летучей (не вызывать налетов на оптике) и не разбрызгиваться при ударах и вибрации прибора; смазка не должна высыхать и должна сохранять свои свойства в течение достаточно длительного периода времени (не менее 1—2 лет). Особое место занимают противоосыпочные смазки, применяемые для смазки нетрущихся поверхностей деталей, находящихся вблизи оптических деталей. Замазки (уплотнители) предназначены для заполнения стыков между деталями с целью герметизации.
Характеристики смазок и замазок приведены в табл 38 и 39.
38. Смазки
Группа	Марка. ГОСТ	Рабочая температура в °C	Область применения
I	ГОИ-54, ГОСТ 3276—54 18—4	От +50 ДО —45	Гладкие и резьбовые подвижные соединения Проварка сальников
II	№ 40	От +50 до —45	Окулярные резьбы
П родолжение табл. 3g
Группа	Марка, ГОСТ	Рабочая температура в °C	Область применения
III	ЦИАТИМ-201 ГОСТ 6267—52 ЦИАТИМ-221, ГОСТ 9433—60	От +50 до —45 > +120 » —60	Подвижные механические узлы приборов, удаленные от оптики и имеющие зазоры от 0,020 до 0,100 мм То же
IV	90-ВА (жидкая)	До —60	Шарикоподшипники и микровинты
V	11-1 (противо-осыпочная)	От +70 до —60	Внутренние поверхности приборов с целью предупреждения осыпки на оптические детали
Для тропиков применяются смазки групп I и V (обозначаются также добавлением буквы Т).			
39. Замазки
Условный номер замазки	Цвет	Рабочая температура в ®С	Область применения
10 15 20 35 105 125 135 3 225 240 250	Защитный Желтый » Черный Черный » » Черный » Защитный Черный	Мягкие ±50 ±60 ±50 От +50 до —40 Полутвердые ±60 От +60 до —50 » +60 » —50 Твердые От +70 до —10 | » +70 » —60 |	Заполнение зазоров шириной до 0,5 мм, соединение больших поверхностей, уплотнение резьбовых соединений Заполнение зазоров шириной более 0,5 мм, постановка на замазку защитных стекол, заливка головок винтов и т. д. Для тропиков Тоже, что и полутвердые
Для тропиков, тропической влажности, резкого перепада температур, вибрации и ударов применяется герметик У.Т-32, который состоит из трех компонентов, смешиваемых перед употреблением: пасты У-34 — 100 вес. ч.; пасты П 9—7 вес. ч.; дифенилгуанидина — 0,7 вес. ч.
Длительность вулканизации при температуре 20° С — 24 ч, при 70° С — 4 ч.
Техническая характеристика «Герметик УТ-32»
Удельный вес....................... 1.8 Г/см*
Предел прочности при растяжении	18 кГ/см*
Относительное удлинение.................. 250%
Остаточное удлинение ...................... 5%
Температура хрупкости .................... —42°	С
Пределы рабочей температуры ... от +100 до —60° С
Твердость по Шору ......................... 65
Адгезия к металлу.................. 14 кГ/см*
»	» стеклу .................. 15	»
ОСУШИТЕЛЬ П-40
Осушитель П-40 применяется для заполнения патронов осушки и представляет собой крупнопористый гранулированный или кусковой силикагель марки ШСК (ГОСТ 3956—54), пропитанный хлорнокислым магнием Mg (С1Ол)2 по ВТУ МХП 3139—52 или по ВТУ МХП 3138—52 [40% Mg(C104)j. П-40 обладает более высокой влагопоглотительной способностью при низких значениях относительной влажности (ниже 10%), чем другие осушители. Осушитель П-40 рекомендуется применять в хорошо герметизированных приборах, требующих надежной осушки до малых значений относительной влажности.
Осушитель П-40 должен удовлетворять следующим требованиям:
1)	внешний вид и форма: непрозрачные воскообразные белые с желтизной зерна овальной или сферической формы; допустимы крупные осколки;
2)	насыпной вес высушенного при температуре 205—210° С осушителя — не менее 550—700 г/л;
3)	влагопоглотительная способность по водяным парам в % от веса сухого осушителя при 18—20° С и относительной влажности ф должна быть:
при	ф	= 3%	не	менее	10%
>	Ф	= 10%	»	»	11,5%
»	Ф	= 20%	»	»	14%
»	ф	= 35%	»	»	23%
»	ф	= 50%	»	»	28%
Осушитель П-40 не меняет при поглощении влаги свой цвет. Поэтому при заполнении патронов осушки сверху под смотровым окном следует поместить силикагель-индикатор по ТУ МХП 1800—50 слоем в два-три зерна, который изменяет свой цвет при 30—40% относительной влажности воздуха.
Силикагель-индикатор представляет собой силикагель, пропитанный хлористым кобальтом, благодаря чему он меняет свой цвет по мере насыщения влагой. По цвету индикатора судят о степени насыщения осушителя влагой и необходимости его замены и регенерации.
Литература: [116, 1171.
ЛИТЕРАТУРА
1.	Ашкенази Г. И. Цвет в природе и технике. М.—Л., Гос-энергоиздат, 1959.
2.	Афанасьев В. А. Оптические измерения. М., Геодезиз-дат, 1961.
3.	Б а б а е в а Н. Ф. и др. Детали и элементы гироскопических приборов. М.—Л., Судпромгиз, 1962.
4.	Бабушкин С. Г. и др. Оптико-механические приборы. М.—Л., изд-во «Машиностроение», 1965.
5.	Б е г у н о в Б. Н. Геометрическая оптика. М., МГУ, 1961.
6.	Б е г у н о в Б. Н. Трансформирование оптических изображений. М., изд-во «Искусство», 1965.
7.	Б е р е к М. О. Основы практической оптики. ГТТИ, 1933.
8.	Бородачев Н. А. Обоснование методики расчета допусков и ошибок кинематических цепей. Ч. I. М.—Л., АН СССР, 1943.
9.	Бородачев Н. А. Обоснование методики расчета допусков и ошибок размерных и кинематических цепей. Ч. II. М.—Л., АН СССР, 1946.
10.	Бородачев Н.А. Анализ качества и точности производства. М., Машгиз, 1946.
11.	Бородачев Н. А. Основные вопросы теории точности производства. М.—Л., АН СССР, 1950.
12.	Б р у е в и ч Н. Г. Точность механизмов. М., Гостехтеорет-издат, 1946.
13.	Бруевич Н. Г. и Доступов Б. Г. Счетно-решающие устройства. Изд. ВВКА им. проф. Н. Е. Жуковского, 1954.
14.	Большая советская энциклопедия. Изд. 2-е. Т. 34.
15.	Воронкова Е. М., Г р е ч н и к о в Б. Н. и др. Оптические материалы для инфракрасной техники. М., изд-во «Наука», 1965.
16.	В о л о с о в Д. С., Ц и в к и н М. В. Теория и расчет светооптических систем. М., изд-во «Искусство», I960.
17.	В о л о с о в Д. С. «Оптика и спектроскопия», 1958, №5, 6, 7.
18.	Г а л ь п е р н Д. Ю. Дифференциальные законы геометрической оптики как следствие теории эйконала. ЖТФ, 14, 375 (1945).
19.	Гальперн Д. Ю. О приложении теории аберраций высших порядков к расчету оптических систем. «Оптика и спектроскопия», 1957, 3, 514.
20.	Г а л ь п е р н Д. Ю., Полтырева Е. С. Способы исправления сферохроматических аберраций телескопических систем. «Оптикомеханическая промышленность». 1957, 2, 29.
21.	Тассовский Л. Н. Глаз на войне. Оптика в военном деле. Сборник статей под ред. акад. С. И. Вавилова и проф. М. В. Севастьяновой. Изд. 3-е, Т. I. М.— Л., АН СССР, 1945.
22.	Герцбергер М. Современная геометрическая оптика. М., ИЛ, 1962.
23.	Г е р ш у н А. А. Принципы и приемы световой маскировки. М.—Л., АН СОЗР, 1942.
24.	Г р а м м а т и и А. П. О расчете допусков на конструктивные параметры объективов для микроскопов. «Оптико-механическая промышленность», 1965, № 4.
25.	Г о л д о в с к и й Е. М. Глаз и кино. М., изд-во «Искусство», 1962.
26.	Гр е й м И. А. Оптические отсчетные системы в приборостроении. М.—Л., Машгиз, 1963.
27.	Г р и ш и н Б. С. Высокоточные оптические теодолиты. М., Геодезиздат, 1964.
28.	Г у б е л ь Н. Н. Вычисление аберраций децентрированных систем. — Труды ГОИ 25, 1, 1956.
29.	Губель Н. Н. Формулы для вычисления частных производных от коэффициентов аберраций третьего порядка. «Оптика и спектроскопия» 195о, 1, 783.
30.	Д и т ч б е р н Р. Физическая оптика. М., изд-во «Наука», 1965.
31.	Д н е п р о в с к и й Н. И. и др. Введение в практическую астрономию. М.—Л., ОНТИ, 1936.
32.	Д р у д е П. Оптика.М.—Л., ОНТИ, 1935.
33.	Д р у к к е р С. А. Металлизированный растровый экран НИКФИ. М., «Киномеханик», 1956.
34.	Д р у к к е р С. А. Методика расчетов растров отражательных кинопроекционных экранов. — Труды НИКФИ. 1957 Вып. 13 (23)
35.	Д у б о в Б. С., Ж а в о р о н к о в М. С. Упругие опоры весоизмерительных приборов. М., Машгиз, 1954.
36.	Захарьевский А. Н. Интерферометры. М., Оббронгиз, 1952.
37.	Захарьевский А. Н. Контроль оптических систем и приборов. Вып. 2. Л., ЛИТМО, 1946.
38.	Захарьевский А. Н., Кузнецова А. Ф. Цитология. Т. 2. М.—Л., АН СССР, 1961.
39.	И л ь и н Р. С., Ф е д о т о в Г. И. и Федин Л. А. «Лабораторные оптические приборы. М., изд-во «Машиностроение», 1966.
40.	Кемпинский М. М. Проектирование механизмов измерительных приборов. М., Машгиз, 1961.
41.	Кобринский А. Е. Механизмы с упругими связями. М., изд-во «Наука», 1964.
42.	Коротков В.П. и Тайц Б. А. Основы метрологии и точности механизмов приборов. М., Машгиз, 1961.
43.	К р а в к о в С. В. Глаз и его работа. М.—Л., АН СССР, 1950.
44.	К р а в к о в С. В. Цветовое зрение. М.—Л., АН СССР, 1951.
45.	К о з л о в М. П. Зубчатые передачи точного приборостроения. Оборонгиз, 1958.
46.	К о л о м и й ц о в Ю. В. и др. Оптические приборы для измерения линейных и угловых величин в машиностроении. М.—Л., изд-во «Машиностроение», 1964.
47.	Королев Ф. А. Спектроскопия высокой разрешающей силы. М., Гостехиздат, 1953.
48.	Королев Ф. А. Теоретическая оптика. М., изд-во «Высшая школа», 1966.
49.	К р у г е р М. Я. и К у л и ж н о в Б. М. Конструирование оптико-механических приборов. М.—Л., Машгиз, 1948.
50.	К р у п п Н. Я. Оптико-механические измерительные приборы. М., Машгиз, 1962.
51.	К о р а б л е в П. А. Точность обработки на металлорежущих станках в приборостроении. М., Машгиз, 1962.
52.	Л а н д с б е р г Г. С. Оптика. М., ГТТИ, 1957.
53.	Л а п а у р и А. А. Фотографическая оптика. М., изд-во «Искусство», 1955.
54.	Лебедев И.В.О некоторых свойствах систем плоских зеркал. Труды ИФМ. Вып. 1. Минск, АН БССР, 1956.
55.	Л ю б а т о в Ю. В. К исследованию методических ошибок в визирных системах с подвижными зеркалами. Труды ИМАШ АН СССР. Вып. 13. М., АН СССР, 1959.
56.	М а р т и н Л. Техническая оптика. М., ГИФМЛ, 1960.
57.	М а к с у т о в Д. Д. Астрономическая оптика. М.—Л., Гостех-издат, 1946.
58.	М а к с у т о в Д. Д. Изготовление и исследование астрономической оптики. М.—Л., ГИТТЛ, 1948.
59.	Марешаль А., Франсон М. Структура оптического изображения. М., изд-во «Мир», 1964.
60.	М е ш к о в В. В. Основы светотехники. М., Госэнергоиздат, 1961.
61.	М и х е л ь К. Основы теории микроскопа. М., Физматгиз, 1955.
62.	М и х а й л о в Е. А. О повышении точности счетно-решающих приборов методом регулировки. М., Оборонгиз, 1958.
63.	М и ш а р и н А. М. Коррекция зубчатых колес. М.—Л., Угле-техиздат, 1948.
64.	Нагибина И. М. и Прокофьев В. К- Спектральные приборы и техника спектроскопии. М.—Л., Машгиз, 1963.
65.	Нефедов Б. Л. Методы решения задач по вычислительной оптике. М.—Л., изд-во «Машиностроение», 1966.
66.	Оптика в военном деле. Сборник статей под ред. С. И. Вавилова и М. В. Севастьяновой. Изд. 3-е. М.—Л., АН СССР, 1945.
67.	П о г а р е в Г. В. «Известия вузов». — Приборостроение, 1959, 1960, 1962, 1963, 1964.
68.	П о г а р е в Г. В. «Оптико-механическая промышленность», 1964, № 7, 10, 12.
69.	П о г а р е в Г. В. Сборка и регулировка угломерных приборов. Л., ЛИТМО, 1960.
70.	П о ш е х о н о в Б. Л. Графоаналитическая геометрия в применении к оптическим задачам. М.—Л., изд-во «Машиностроение», 1967.
71.	П л а н к М. Введение в теоретическую физику. Оптика. Ч. IV. М.—Л., Научно-техническое издательство, 1934.
72.	П о л ь Р. В. Введение в оптику. М.—Л., Изд-во техникотеоретической литературы. 1947.
73.	Проблемы инженерной психологии. Вып. 2. Материалы конференции. Ленинград, 1965.
74.	Прокофьев В. К. Фотографические методы количественного спектрального анализа металлов и сплавов. Ч. 1. М.—Л., изд-во техникотеоретической литературы, 1951.
75.	Рабинович Г. Д. Труды ГОИ. Т. XIV. Вып. 112—120. М., Оборонгиз, 1948.
76.	Рабинович Г. Д. Исследование аберраций оптических систем на основании теории эйконала. — ЖТФ 16. 161, 1946.
77.	Р а у т и а н С. Г. Реальные спектральные приборы УФН, 66. Вып. 3, 1958.
78.	Русинов М. М. Фотограмметрическая оптика. М., Гео-дезиздат, 1962.
79.	Р у с и н о в М. М. Несферические поверхности в оптике. М., изд-во «Недра», 1965.
80.	Р у с и н о в М. М. Техническая оптика. М.—Л., Машгиз, 1961.
81.	Русинов М. М. Габаритный расчет оптических систем. М., Госгеолтехиздат, 1963.
82.	С а н н и к о в К. А. Расчет усилий и моментов в счетно-решаю щих механизмах. М., Оборонгиз, 1948.
83.	С и д о р о в О. А. Физиологические факторы человека, определяющие компоновку поста управления машиной. М., Оборонгиз, 1961.
84.	С к в о р ц о в Г. Е. О влиянии некоторых ошибок юстировки панорамических систем на точность измерения углов. Сборник статей. ЛИТМО. Вып. 19, 1956.
85.	С л ю с а р е в Г. Г. Методы расчета оптических систем. М.—Л., ОНТИ, 1937.
86.	С л ю с а р е в Г. Г. Геометрическая оптика. М., АН СССР, 1946.
87.	Сл юс а рев Г. Г. Кома и закон синусов. Труды ГОИ. 18, 212, 1942.
88.	С л ю с а р е в Г. Г. и Ежова Е. И. Разрешающая сила оптических систем и аберрации 3-го порядка. Труды ГОИ, 1935.
89.	Слюсарева-Ильина А. Н. Формулы для расчета тройного склеенного объектива. «Оптико-механическая промышленность», 1958, № 4.
90.	С о б о л е в Н. А., Б а р к о в с к и й А. Г. и др. Фотоэлектронные приборы. М., изд-во «Наука», 1965.
91.	Справочная книга по светотехнике. М., АН СССР, 1956.
92.	Справочник конструктора точных приборов. Под ред. И. Я. Левина. М., Оборонгиз, 1962.
93.	Справочник конструктора оптико-механических приборов. Под ред. М. Я. Кругера и В. А. Панова. М.—Л., Машгиз, 1963.
94.	Справочник конструктора точного приборостроенияПод ред. Ф. Л. Литвина. М.—Л., изд-во «Машиностроение», 1964.
95.	Т и х о д е е в П. М. Световые измерения в светотехнике. Гос-энергоиздат, 1962.
96.	Т о п о р е ц А. С. «Монохроматоры». М., Гостехиздат, 1955.
97.	Т у д о р о в с к и й А. И. Теория оптических приборов. Т. I, II. М.—Л., АН СССР, 1952.
98.	Т у д о р о в с к и й А. И. Влияние ошибок изготовления отражательных призм на ход лучей в них. — ЖТФ 4, 719, 1934.
99.	Т у р ы г и н И. А. Прикладная оптика. М.—Л., Машгиз, 1965 (ч. I), 1966. (ч. II).
100.	Турыгин И. А. Оптические части приборов. Справочная книга оптико-механика. Ч. 2. Под ред. Л. Г. Титова. М.—Л., ОНТИ, 1937.
101.	У р м а х е р Л. С. Оптика фотографических и аэрофотограм-метрических приборов. Геодезиздат, 1962.
102.	Фабри Ш. Общее введение в фотометрию. М.—Л., ОНТИ, 1934.
103.	Федин Л. А. Микроскопы, принадлежности к ним и лупы. М., Оборонгиз, 1961.
104.	Фриш С. Э. Техника спектроскопии. Л., 1936.
105.	Фриш С. Э. и Тимофеева А. В. Курс общей физики. Т. III. М., Физматгиз, 1961.
106.	Френель О. Избранные труды по оптике. М., Издательство технико-теоретической литературы, 1955.
107.	Цуккерман С. Т. Точные механизмы. М., Оборонгиз, 1941.
108.	Чуриловский В. Н. Расчет призменных систем. Ленинградский сектор технической пропаганды ВООМПА, 1933.
109.	Чуриловский В. Н. Инварианта пирамидальное™.— «Оптико-механическая промышленность». 1932, № 11.
110.	Ч у р и л о в с к и й В. Н. Теория оптических приборов. М.—Л., изд-во «Машиностроение», 1966.
111.	Шаронов В. В. Свет и цвет. М., Физматгиз, 1961.
112.	Ш е р к л и ф ф. Поляризованный свет. М., изд-во «Мир», 1965.
113.	Ш и ш л о в с к и й А. А. Прикладная физическая оптика. М., Физматгиз, 1961.
114.	Ш о ш и н И. А. Выверка и сборка фотографических объективов. Справочная книга оптико-механика. Т. 2. Под ред. Л. Г. Титова. М.—Л., ОНТИ, 1937.
115.	Ш у б н и к о в А. В. Оптическая кристаллография. М.—Л., АН СССР, 1950.
116.	ГОСТы и нормали по оптическому приборостроению.
117.	Н а г t i n g H. lener Zeissjahrbuch, 1950.
118.	Schonrock O. Zeit. f. Instrumenten-kunde, 40, 94, 1920 u. 41, 104, 1921.
119.	Pascher F. Ann. d. Phys., 53, 301, 1894.
120.	L a n d о 1 t — Bomstein. Tables H. W., Bd. 11, S. 912, 1923.
Марк Яковлевич КРУГЕР, Виктор Алексеевич ПАНОВ, Василий Васильевич КУЛАГИН, Георгий Васильевич ПОГАРЕВ, Яков Маркович КРУГЕР, Александр Матвеевич ЛЕВИНЗОН
СПРАВОЧНИК КОНСТРУКТОРА ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
Редактор издательства Т. Л. Лейкина Переплет художника В. А. Громова Технический редактор Л. В. Щетинина Корректоры Л. И. Никитина и Р. Г. Солодкина
Сдано в производство 18/1II 1967 г. Подписано к печати 8/1 1968 г. М-16007. Формат бумаги 84х108,/32. Бумага типографская Ns 3. Прив. печ. л. 39,9.
Уч.-изд. л. 45,6. Тираж 30 000 ( 2-й завод 15 001—30 000) экз. Заказ 1902. Цена 2 р. 48 к.
Ленинградское отделение издательства «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
Ленинград, Д-65, ул. Дзержинского, 10
Ленинградская типография № 6 Главполиграфпрома Комитета по печати при Совете Министров СССР, Ленинград, ул. Моисеенко, 10