Fizika | Fénytan, Optika » Síklapú optikai elemek

2. sz Hallhatói mérés 2. SZ HALLGATÓI MÉRÉS SÍKALAPÚ OPTIKAI ELEMEK JELLEMZŐ ADATAINAK MÉRÉSE 1. 2. Lencsék jellemző adatainak mérése 1.1 A görbületi sugár mérése golyós szferométeren, 1.2 Törésmutató mérés Abbe-féle refraktométeren, 1.3 A fókusztávolság meghatározása a görbületi sugarak és a törésmutató ismeretében, 1.4 A fókusztávolság mérése Porró-módszerrel. Síklapúság vizsgálata; síkpárhuzamos lemezek és optikai ékek jellemzőinek mérése univerzális autokollimátorral, 2.1 Az univerzális autokollimátor, 2.2 Az optikai tengellyel bezárt szög mérése, 2.3 Kis ékszögek mérése, 2.4 A síklapúság vizsgálata, 2.5 Nagy görbületi sugarak mérése, 2.6 Prizmák eltérítési szögének ellenőrzése, 2.7 Az univerzális lehetőségei. 3. autokollimátor további, alkalmazási Feladatok, kérdések BME Atomfizika Tanszék 2006 1 2. sz Hallhatói mérés l. A fókusztávolság

mérése Porró-módszerrel A Porró-módszer alkalmazásával a lencse fókusztávolságát képalkotási tulajdonsága alapján mérjük meg. Pozitív (gyűjtő) lencsék esetén a vizsgált lencsével egy ismert f fókusztávolságú kollimátor ismert AB nagyságú szállemez-jelét képezzük le a lencse fókuszsíkjába. (A B ) (21 ábra) 2.1 ábra A 2.1 ábrán az ABO háromszög hasonló az A B O háromszöghöz, ezért írható, hogy AB : f = A B : f Okulár mikrométer segítségével megmérhetjük az A B képméretet, és így az ismert AB tárgyméret és ismert f fókusz alapján kiszámíthatjuk a vizsgált lencse ismeretlen f fókusztávolságát. A mérés pontossága nagymértékben függ attól, hogy az okulár mikrométer szállemezét pontosan az A B képsíkba helyeztük-e. Ha az okulár mikrométer szálkeresztjét és a kollimátor szálkeresztjének a vizsgált lencse által alkotott képét egyaránt élesnek látjuk, a beállítás helyes volt. A

beállítás hibáját csökkenthetjük a parallaxis-hiba ellenőrzésével: ha fejünket ingatva tekintünk be az okulár mikrométerbe, és a két szálkereszt-kép nem mozdul el egymáshoz képest, a beállítás helyes volt. Negatív (szóró) lencsék esetén nem keletkezik reális kép. Ekkor úgy járhatunk el, hogy egy ismert f1 gyújtótávolságú gyűjtőlencsét kapcsolunk össze a vizsgálandó f2 fókuszú szórólencsével olymódon, hogy egy hollandi távcsövet alkossanak. Egy ilyen távcső NH nagyítása: NH = legyen f1 , f2 f1 〉 f BME Atomfizika Tanszék 2006 2 2. sz Hallhatói mérés Megmérjük a távcső nagyítását, pl. olymódon, hogy először a kollimátorba egy ismert NH nagyítású mérőtávcsővel tekintünk be (2.2/a ábra) és meghatározzuk a kollimátor szállemez-osztásának méretét a mérőtávcső szállemezén. Ezután beállítjuk a vizsgált lencsével a hollandi távcsövet, ismét belenézünk a kollimátorba, most már

együttesen a hollandi távcsövön és a mérőtávcsövön (2.2/b ábra), és ismét megmérjük a szállemez-osztás méretét. A két távcső Nö össznagyítása: Nö = NM ⋅ N A szállemez-osztást első esetben NM, második esetben Nö = NM ⋅ NH nagyításban láttuk; ebből meghatározhatjuk a hollandi távcső nagyítását. Ennek alapján kiszámítható az ismeretlen fókusztávolság. f2 2.2 ábra 2. Síkpárhuzamos lemezek és optikai mérése univerzális autokollimátoron 2.1 Az univerzális autokollimátor ékek jellemzőinek Az univerzális autokollimátor síkpárhuzamos, és ékes üvegtestek, valamint különböző prizmák vizsgálatára alkalmas. A megvilágított autokollimációs szálkereszt az autokollimátor objektív fókuszsíkjába van elhelyezve. Az objektívből kilépő jel a vizsgálandó optikai test felületéről reflektálva, az okulár szállemezére érkezik vissza. Az okulár szállemezén a szögskála képe ad információt a

vizsgálandó darabról. Az autokollimátor objektívje, a végtelen állástól mindkét irányban állítható, és az állítás mértéke az állítógyűrűn leolvasható. Az objektív előtt lévő írisz blendével az objektív nyílása folyamatosan szabályozható. BME Atomfizika Tanszék 2006 3 2. sz Hallhatói mérés 1. Autokollimátor objektív, 2. Százalékos tükör, 3. Autokollimációs szálkereszt és skála, 4. Fényforrás, 5. Görbületmérő skála, 6. Okulár szállemeze, 7. Okulár (dioptria-állítóval), 8. A mérőszemély szeme, 9. Állítható prizma-asztal, 10. Szintezhető, forgó asztal, 11. Állvány-alaplap, 12. Állvány-oszlop, 13. Vizsgált optikai test, 14. Konzolok 2.3 ábra A készülékkel az alábbi méréseket lehet elvégezni: 1. Síklapú optikai testek felületei egysíkúságának ellenőrzése, 2. Síkpárhuzamos üvegtestek párhuzamosságának ellenőrzése, 3. Optikai ékek ékszögének mérése 4. Különféle prizmák

szögmérése etalon segítségével, valamint a prizmák piramidál hibájának mérése, 5. Szabályos gömbfelületek rádiuszának mérése Méréshatár 50 mtől végtelenig, 6. Prizmák eltérítési szögének mérése, 7. Az autokollimátor kiforgatható, s így mérésre bárhová felállítható. (Pl gépen történő csiszolás közbeni ellenőrzés), 8. Az autokollimátor tengelye vízszintesre állítható, így bármilyen műszer szabályzására is alkalmas lehet. (Pl távcsövek végtelenre történő ellenőrzésére), 9. Az előtétlencse alkalmazásával, a távcső kb 50x-es mikroszkóppá alakítható, ezáltal az előtéttől kb. 120 mm-re elhelyezett tárgyat ilyen nagyítással figyelhetjük meg. BME Atomfizika Tanszék 2006 4 2. sz Hallhatói mérés 2.2 Az optikai tengellyel bezárt szög mérése Ha egy kollimátor elé síktükröt helyezünk, a kollimátor szállemezének éles képe magán a szállemezen jön létre. Ha a tükör felülete nem

merőleges az optikai tengelyre, a szálkereszt képe nem kerül fedésbe a szálkereszttel. Ha a tükör a normálisa a szöget zár be az optikai tengellyel, a tükörről visszavert nyalábok 2a szöget zárnak be azzal. Ha a kollimátor-objektív fókusza f , a szálkereszt és képe közt " a" távolság alakul ki (2.4ábra) l. 2. 3. Kollimátor objektív , Osztott szállemez, Síktükör. 2.4 ábra A 2.4 ábra alapján: a = f tg 2α Ha megmérjük az " a" távolságot és ismerjük f -et, meghatározható a tükör a hajlásszöge. 2.3 Kis ékszögek mérése Ha az autokollimátor elé optikai éket helyezünk, annak mindkét lapjáról visszaverődik néhány százalék fény, így mindkettő létrehoz egy-egy szállemez képet. A két kép távolsága alapján a fentiekhez hasonlóan meghatározható az ékszög: b = f tg 2β ahol b a két szálkereszt kép távolsága, f a kollimátor objektív fókusztávolsága, β az optikai ék szöge. BME

Atomfizika Tanszék 2006 5 2. sz Hallhatói mérés 2.4 A síklapúság vizsgálata Ha az autokollimátor elé helyezett tükröző felület nem pontosan sík, hanem hullámos, a szálkereszt képe elmosódott vagy többszörös lesz. Ha a tükröző felület enyhén cilindrikus, az életlenség csak egy irányban jelentkezik, és ugyancsak kompenzálható a kollimátorobjektív defókuszálásával, egyidejűleg azonban életlenné válik a másik irány. Ezekből a jelenségekből következtethetünk a síklapúság különböző hibáira és az autokollimátor mérőskálája segítségével meg is mérhetjük a maximális hiba nagyságát. 2.5 Nagy görbületi sugarak mérése A készülék alkalmas nagy görbületi sugarú gömbfelülettel határolt optikai test rádiuszának mérésére is. Egyaránt lehetséges domború és homorú gömbfelület rádiuszát mérni. Ha ilyen gömbfelületű optikai testet helyezünk az autokollimátor alá, az autokollimációs

szálkereszt csak akkor jelenik meg élesen az okulár szállemezén, ha a távcső objektívvel a végtelen helyzetből kimozdulunk. Az elmozdítás mértéke a forgatható gyűrű skáláján Leolvasható. A skálán lévő számozás mm értékű (Pl 1,5=1,5 mm) Tehát egy fő osztás 0,1 mm-t, egy kis osztás 0,05 mm-t jelent. Az elmozdítás iránya más a domború, és más a homorú gömbfelület mérésénél. Ezért a "0" helyzettől való eltérés leolvasásának megkönnyítésére, az osztások számozását 2 sorban helyeztük el. Ezek piros és fehér színnel vannak megkülönböztetve Az elmozdítás iránya a leolvasás helyén szintén piros és fehér színnel van megjelölve. Leolvasni tehát, az elmozdítás irányát jelző színnel megegyező skála értéken kell. A domború gömbfelület mérésekor a távcső objektívet a szállemeztől távolítani kell (kifelé csavarni: piros szín). Homorú gömbfelület mérésekor a távcső objektívet a

szállemez felé kell elmozdítani (befelé csavarni: fehér szín). Az objektív állítása következtében leolvasható értéket, az alábbi képletbe helyettesítve kapjuk a gömbfelület rádiuszát: R= F2 V R = a mért gömbfelület rádiusza, F = az autokollimátor objektív fókusza (F=500 mm), V = az autokollimátor objektív elmozdításának mértéke, (a skálán leolvasható mm-ben). BME Atomfizika Tanszék 2006 6 2. sz Hallhatói mérés 2.6 Prizmák eltérítési szögének ellenőrzése Ha egy prizma eltérítési szögét akarjuk megmérni, akkor a dönthető prizmatartó asztalra fel kell csatolni a tükröt, és úgy kell a tárgyasztalra szerelni. Ezután az asztalra fel kell tenni egy etalonprizmát, amelyen az autokollimációs szálkereszt áthaladva a tükörre esik, onnan visszaverődve jut a távcső okulár szállemezére. Erre az etalonprizmára állítjuk be az autokollimátort, majd az etalon helyére a mérendő prizmát tesszük, és

ellenőrizzük annak eltérítési szögét. Az etalonra beállított helyzettől való eltérés, az-etalonprizma szögétől, + vagy irányú eltérést jelenti. Az etalon (ismert szögértékű) prizma szögértékéből levonva, vagy ahhoz hozzáadva kapjuk a mért prizma valódi szögértékét. 2.7 Az univerzális autokollimátor további alkalmazási lehetőségei Előfordulhat, hogy olyan tárgyat akarunk vizsgálni, amely valamilyen okból nem helyezhető fel a készülék tárgyasztalára. Ebben az esetben a tartóoszlop alján lévő, csillagmarkolattal ellátott orsót kell lazítani, ezután az autókollimátort a tárgyasztal felől ki lehet forgatni. Ha az autokollimátort egyéb szabályozásra akarjuk felhasználni (pl. vízszintes tengelyű távcsőre akarunk ráállni), amihez az autokollimátort vízszintesre kell állítani, akkor a tartóoszlop tetején lévő rögzítő orsót kell meglazítani, és ezután az autokollimátort vízszintesre lehet állítani. Az

autokollimátor tartozékát képező előtét objektívet az íriszblende helyére lehet beszerelni. (A ki- és beszereléshez kulcs van mellékelve). Ezzel az előtét objektívvel a távcső kb 50x-es mikroszkóppá alakítható át. Az előtét objektívtól kb 100-120 mm-re elhelyezett tárgyat ilyen nagyítással vizsgálhatjuk. Ha közben az autokollimátor lámpáját is bekapcsoljuk, akkor az előtét objektív furatán keresztül, mint autokollimátor továbbra is működik. Tehát egy időben látható a tárgy és az ellenőrizendő sík helyzete is. Ezt osztott optikai testek ragasztásánál lehet alkalmazni, ahol osztásjelet, és felületek síkhelyzetét egy időben kell vizsgálni. Irodalom: Bárány: Optikai műszerek I .V kötet BME Atomfizika Tanszék 2006 7 2. sz Hallhatói mérés 3. Feladatok, kérdések: 1. Rajzolja le az univerzális autokollimátor látómezejében látható skálát! Adja meg a mérési tartományt és a leolvasási értéket! 2.

Határozza meg az autokollimációs távcső elméleti feloldási határát a Raleigh-kritérium alapján tgα ≅ 1.22λ d ahol α[°] az a látószög, amely mellett 2 pont az autokollimációs távcsővel különállónak látszik, λ[mm] (≈ 550 nm) a látható fény közepes hullámhossza, d[mm] ] a távcső szabad belépő nyílásának átmérője, 3. Mérje meg egy kis törőszögű ék oldalainak hajlásszögét! 4. Minősítsen egy síkpárhuzamos üveglemezt! 5. Mérje meg a műszerasztal (21 ábra 9) síklapusági hibáját! 6. Vizsgálja meg egy prizma piramidál hibáját! 7. Határozza meg, milyen határok között lehet a görbületi sugarat (ill. a fókuszt) mérni az autokollimációs távcsővel BME Atomfizika Tanszék 2006 8