1 5. Lunety. Mikroskopy. InnePOMIARY OPTYCZNE 1 5. Lunety. Mikroskopy. Inne Damian Siedlecki

2 Podstawowa konfiguracja lunet używanych w pomiarach: KepleraPodstawowa konfiguracja lunet używanych w pomiarach: Keplera. Czasami zaopatruje się ją w układ odwracający – ale w praktyce rzadko. Lunety instrumentów geodezyjnych wyposażone są w wewnętrzne układy ogniskujące lub przesuwną poosiowo część okularową wraz z płytką ogniskową. (Po co?) Stosunkowo rzadko w przyrządach mierniczych stosuje się tzw. lunety pankratyczne o zmiennym powiększeniu. Lunety takie umożliwiają ciągłą zmianę powiększenia bez przerywania obserwacji. Lunety

3 Przyrządy kontrolno-justerskie zaopatrzone są zwykle w najprostsze lunety typu Keplera, składające się z dodatniego obiektywu i okularu oraz płytki ogniskowej. Oprawa obiektywu stanowi najczęściej źrenicę wejściową i przesłonę aperturową. Oprawa płytki ogniskowej określa z kolei kąt pola widzenia lunety (jaka to przysłona?). Zdolność rozdzielcza lunety określona jest przez kąt między promieniami, wychodzącymi z dwóch widocznych oddzielnie przez jej układ optyczny nieskończenie dalekich punktów, przechodzącymi przez środek źrenicy wejściowej. 𝜑= 140′′ 𝐷 𝜃= 60′′ 𝐺 𝜑 - fizykalna (wynikająca z falowej natury światła) zdolność rozdzielcza lunety wyrażona w sekundach; 𝐷 - średnica źrenicy wejściowej lunety w mm; 𝜃 - fizjologiczna zdolność rozdzielcza lunety (skąd te 60”?); 𝐺 - powiększenie wizualne lunety; Lunety

4 PARALAKSA – efekt niezgodności różnych obrazów tego samego obiektu obserwowanych z różnych kierunków. W szczególności paralaksa odnosi się do jednoczesnego obserwowania obiektów leżących w różnych odległościach od obserwatora lub urządzenia obserwującego, a objawia się tym, że obiekty te na obu obrazach są oddalone od siebie o odmienną odległość kątową lub też nachodzą na siebie na tych obrazach w odmiennym stopniu. Lunety

5 W metrologii paralaksa jest zjawiskiem błędnego odczytu wskazania przyrządu pomiarowego, wynikającym z nieodpowiedniego kąta patrzenia człowieka na to urządzenie, skutkiem czego linia wzroku przechodząc przez element wskazujący pada na znajdującą się za tym elementem skalę odczytu w niewłaściwym miejscu. Różnica pomiędzy odczytem rzeczywistym a wartością odczytu poprawnego nazywana jest błędem paralaksy. Lunety

6 Lunety ∆𝛼= 𝛿 𝐺 𝑇=± 0.6𝛿 𝐺𝐷 =± 0.6𝛿 𝐺 2 𝑑Przy naprowadzaniu lunety na cel (w warunkach zerowej/minimalnej paralaksy) popełnia się błąd naprowadzenia (w przestrzeni przedmiotowej) : ∆𝛼= 𝛿 𝐺 gdzie: Δα – błąd naprowadzania wyrażony w minutach; δ – błąd naprowadzenia zauważalny okiem nieuzbrojonym (0,1-1’); G - powiększenie wizualne lunety. Błąd poosiowego naprowadzenia lunety związany jest oczywiście z głębią ostrości T, która z kolei związana jest ze średnicami źrenic: wejściowej D i wyjściowej d: 𝑇=± 0.6𝛿 𝐺𝐷 =± 0.6𝛿 𝐺 2 𝑑 Lunety

7 W praktyce mierniczej i do sprawdzania oraz montażu instrumentów optycznych używa się następujących rodzajów lunet typu Keplera: 1) Lunety astronomiczne. 2) Lunetki justerskie: a) pomocnicze; b) dioptryjne; c) centrowane; d) podwójne; e) przechylne z poprzeczna poziomnicą. 3) Lunety autokolimacyjne. Lunety

8 LUNETY ASTRONOMICZNE stosuje się przy justowaniu układów bezogniskowych do ustawiania siatki (znaczników) płytki ogniskowej w płaszczyźnie ogniskowej obrazowej obiektywu. Obiektywy lunet astronomicznych mają ogniskową mm i średnicę czynną równą 1/15 do 1/10 ogniskowej. Najczęściej stosowane są lunety o powiększeniach 30-60x i polu widzenia w granicach 1°. Lunety

9 LUNETKI POMOCNICZE stosuje się w celu zwiększenia powiększenia układu obserwacyjnego. Zbudowane są z aplanatycznego obiektywu Ob, okularu Ok i płytki ogniskowej P.  Typowe powiększenia takich lunetek to 3-6x. Przesuw dioptryjny okularu w zakresie ±5 dioptrii. Pole widzenia wynosi ok. 8°. Lunety

10 LUNETEK DIOPTRYJNYCH używa się do określania zbieżności (dioptryjności) padających na jej obiektyw pęków promieni, do ustawienia „zerowego” położenia okularu, sprawdzenia działek podziałki dioptryjnej okularu oraz sprawdzenia paralaksy. Lunetki dioptryjne mają obiektywy o niewielkim powiększeniu (4-5x) i okulary o średnim powiększeniu (10-15x). Ogniskowania takiej lunetki dokonuje się poprzez przesuw obiektywu względem nieruchomej płytki ogniskowej i okularu, utrzymując w płaszczyźnie krzyża ostry obraz obserwowanego przedmiotu. Lunety

11 LUNETKI CENTROWANE używane są do ustawiania równolegle lub prostopadle do siebie płaszczyzn a także do ustawiania osi kolimatorów lub lunet równolegle lub prostopadle do bazowych płaszczyzn. Lunetki centrowane posiadają przesuwny obiektyw lub płytkę, osadzone w mimośrodowych oprawach. Przesuwając płytkę ogniskową lub obiektyw w takiej oprawie można usunąć „bicie” obrazu dalekiego punktu względem krzyża celowniczego lunetki podczas jej obracania. W rezultacie oś celowania lunetki będzie równoległa do jej obudowy Lunety

12 LUNETKI PODWÓJNE stosuje się do sprawdzania osi dwuocznych instrumentów optycznych.Lunetka taka składa się z dwóch jednakowych lunetek o niewielkim powiększeniu (4-6x), umieszczonych we wspólnej obudowie. Osie obu lunetek ustawione są równoległe z dokładnością do 30” (jak poprzednio: dzięki mimośrodowym oprawom obiektywów). W jednej z lunetek znajduje się krzyż kreskowy, zaś w drugiej podobny krzyż z naniesionym polem tolerancji na równoległość osi instrumentów dwuocznych. Lunety

13 LUNETKI PRZECHYLNE Z POPRZECZNĄ POZIOMNICĄ stosuje się do pomiaru skręcenia obrazu, wnoszonego przez układy pryzmatyczne, a także do sprawdzania usytuowania kresek celowniczych przyrządów optycznych. Płytka ogniskowa takiej lunetki jest obracana z dokładnością do 1’. Kąt pola widzenia lunetki wynosi do 40°, zakres pomiaru skręcenia obrazu ±5˚ a błąd pomiaru nie przekracza 5’. Lunety

14 LUNETA AUTOKOLIMACYJNA jest częścią składową wielu optycznych przyrządów pomiarowych (i nie tylko…). Stanowi ona zwykłą lunetę typu Keplera, która wskutek oświetlenia jej płytki ogniskowej staje się jednocześnie kolimatorem. Płytka ogniskowa z naciętym na niej krzyżem K znajduje się w płaszczyźnie ogniskowej obiektywu lunety. Między płytką ogniskową a okularem znajduje się płytka półprzepuszczalna P, nachylona pod kątem 45° do osi lunety. Płytka ta oświetlona jest przez żarówkę Z. Część promieni ulega odbiciu od płytki P i oświetla krzyż K. Lunety

15 Jeśli przed obiektywem lunety ustawimy prostopadle do jej osi zwierciadło, to osiowy pęk promieni równoległych wróci tą samą drogą i utworzy autokolimacyjny obraz w płaszczyźnie krzyża K. Autokolimacyjny obraz krzyża i sam krzyż na płytce ogniskowej pokryją się. Jeśli natomiast zwierciadło Z nachylone jest pod małym kątem α, to pęk promieni odbitych odchyli się od kierunku promieni padających o kąt 2α, czyli autokolimacyjny obraz środka krzyża znajdzie się w odległości: 𝑎≅2𝛼 𝑓 𝑜𝑏 ′ Odległość zwierciadła od lunety nie ma wpływu na położenie obrazu autokolimacyjnego (w płaszczyźnie ogniskowej obiektywu)! DLACZEGO? Lunety

16 Lunety  Zastosowanie lunet autokolimacyjnych:1) (z płaskim zwierciadłem) pomiar niewielkiego kąta obrotu różnych elementów i do określenia wielkości przesunięć liniowych powodujących te obroty; 2) do badania urządzeń, które realizują równoległe przesunięcie (np. łoża tokarek, frezarek) – przy pomocy lunety autokolimacyjnej i zwierciadła możemy ustawić szereg wzajemnie równoległych płaszczyzn (zaczynamy od najdalszej – dlaczego?); 3) stosując pryzmat pentagonalny przesłaniający połowę obiektywu lunety, można ustawić dwie płaszczyzny prostopadle względem siebie. Lunety

17 Jasność obrazu i zdolność rozdzielcza lunety autokolimacyjnej zależy od prawidłowego oświetlenia i dlatego stosuje się specjalne oświetlacze, złożone z żarówki i kondensora Lunety

18 Jasność obrazu i zdolność rozdzielcza lunety autokolimacyjnej zależy od prawidłowego oświetlenia i dlatego stosuje się specjalne oświetlacze, złożone z żarówki i kondensora Lunety

19 UWAGA! Często nazywa się skrótowo kolimatorami celowniki kolimatorowe, wykorzystujące skolimowaną wiązkę światła jako znacznik celu.  Ale to już zupełnie inna bajka… Lunety

20 MIKROSKOPÓW używa się do kontroli i pomiaru liniowych i kątowych wymiarów części, siatek płytek ogniskowych, podziałek, a także jako zespołów składowych przyrządów kontrolno-justerskich i mierniczych (np. do obserwacji skal pomiarowych).  Głównymi częściami mikroskopu są: obiektyw, tworzący rzeczywisty, powiększony i odwrócony obraz przedmiotu oraz okular, przez który jak przez lupę obserwujemy obraz utworzony przez obiektyw. (Jaki obraz daje okular?).  Główną cechą, charakteryzującą mikroskop, jest jego zdolność rozdzielcza, na którą decydujący wpływ ma obiektyw. Mikroskopy

21 Mikroskopy 𝛿= 𝜆 2𝐴 𝛿= 𝜆 𝐴 𝑑=500 𝐴 𝐺Graniczną zdolność rozdzielczą obiektywu mikroskopowego: wykorzystujemy przy powiększeniu mikroskopu G= 1000A, stosując skośne oświetlenie. (Co to A, λ? ) 𝛿= 𝜆 𝐴  Przy oświetleniu poosiowym: i powiększenie mikroskopu powinno wynosić G=500A. (A czemu wobec tego NIE stosuje się oświetlenia skośnego?)  Średnica d źrenicy wyjściowej mikroskopu nie powinna być mniejsza niż 0.5 mm i większa niż 1 mm. Jej wielkość wyznacza się ze wzoru: 𝑑=500 𝐴 𝐺 Mikroskopy

22 Mikroskopy 𝑡≅± 0.037𝜑 𝐺𝐴 𝑡=62.5 𝐴 𝑘 𝐺 𝑡≅ 440 𝐺 [mm] Przy pomiarach (obserwacji) mikroskopowych, związanych z ustawieniem ostrości, główną rolę gra głębia ostrości mikroskopu (w przestrzeni przedmiotowej, dla obiektywów „suchych”): 𝑡≅± 0.037𝜑 𝐺𝐴  Ważna jest też (zakres pomiarowy!) głębia akomodacji oka patrzącego przez mikroskop: 𝑡=62.5 𝐴 𝑘 𝐺 gdzie Ak oznacza zakres akomodacji oka w dioptriach – dla oka normalnego Ak=7 i wtedy: 𝑡≅ 440 𝐺 [mm] Mikroskopy

23 Do mikroskopowych przyrządów mierniczych stosuje się najczęściej okulary typu Ramsdena, Huygensa, Kellnera oraz kompensacyjne i mikrometryczne. Mikroskopy

24 MIKROSKOP AUTOKOLIMACYJNY pracuje na zasadzie podobnej jak luneta autokolimacyjna.Mikroskopy

25 Prosty mikroskop biologiczny/laboratoryjny:Mikroskopy

26 Mikroskop warsztatowy:Mikroskopy Źródło: pl.wikipedia.org

27 Mikroskop projekcyjny (lanametr):Źródło: Mikroskopy

28 Okulary mikrometryczneW mikroskopach pomiarowych stosuje się OKULARY MIKROMETRYCZNE. Cztery podstawowe typy okularów mikrometrycznych: 1) śrubowe; 2) spiralne; 3) klinowe; 4) okulary z podziałkami. Okulary mikrometryczne

29 Okulary mikrometryczneŚrubowe okulary mikrometryczne stosuje się w tych przypadkach, w których konieczne jest wykonanie pomiarów liniowych oglądanych przez mikroskop przedmiotów. W okularach tych przesuwanie płytki z naniesionym bisektorem odbywa się za pomocą śruby mikrometrycznej. Okulary mikrometryczne

30 Okulary mikrometryczneSpiralny okular mikrometryczny posiada wewnątrz obudowy dwie płytki: obrotową i nieruchomą. Na płytce obrotowej naniesiona jest metodą fotograficzną spirala Archimedesa oraz tarczka mikronowa podzielona na 100 działek elementarnych. Okulary mikrometryczne

31 Okulary mikrometryczneKlinowy okular precyzyjny: Okulary mikrometryczne

32 Okulary mikrometryczne

33 Okulary mikrometryczne

34 Okulary mikrometrycznePłytka ogniskowa z naniesioną skalą/krzyżem „wydłuża” instrument optyczny o wielkość ∆: ∆= 𝑛−1 𝑛 𝑑 Okulary mikrometryczne

35 Szerokość kresek g maleje wg postępu geometrycznego o ilorazie:𝑞= ≅0.94 Kątowa odległość 𝛿′′ sąsiednich kresek dla ogniskowej obiektywu 𝑓′: 𝛿′′= 𝑒 𝑓 ′ [sek] Ilość linii na milimetr: 𝑁= 60 𝐾 𝑣 𝐵 𝐵 – odl. między liniami testu [mm] 𝐾 𝑣 = 1.06 𝑣−1 - wsp., którego wartość zależy od numeru 𝑣 testu. Test zdolności rozdz.

36 Test zdolności rozdz.

37 Goniometr służy do pomiaru kątów dwuściennych pryzmatów i kryształów, do pomiaru kątowej odległości linii widmowych itp. Goniometr

38 Urządzenie odczytowe kręgu (dwa mikroskopy) jest sztywno związane z ramieniem lunety. Stosuje się dwa przeciwległe układy odczytowe, które eliminują błędy niecentryczności podziału względem osi obrotu kręgu. Goniometr

39 Goniometr z 1912 r. Źródło: Goniometr

40 Goniometr Źródło:

41 Pomocnicze przyrządy kontrolnePoziomnice: Pomocnicze przyrządy kontrolne

42 Pomocnicze przyrządy kontrolnePoziomnice elektroniczne: Pomocnicze przyrządy kontrolne

43 Pomocnicze przyrządy kontrolnePoziomnice laserowe: Ale takich się nie stosuje w przyrządach optycznych… Pomocnicze przyrządy kontrolne

44 Pomocnicze przyrządy kontrolnePryzmaty pentagonalne: pryzmat pięciokątny. Wpadające światło, odbija się od 2 płaszczyzn, nachylonych do siebie pod kątem 45 stopni, dzięki czemu obraz jest prosty. W pryzmacie tym, ze względu na niewielki kąt padania światła, nie zachodzi całkowite wewnętrzne odbicie. Zamiast tego ścianki pokryte są powłoką odbijającą światło. Pomocnicze przyrządy kontrolne

45 Pomocnicze przyrządy kontrolnePryzmat rombowy – służy do równoległego przesunięcia pęku promieni (w przekroju romb, złożenie dwóch pryzmatów prostokątnych). Pomocnicze przyrządy kontrolne

46 Pomocnicze przyrządy kontrolnePłytka płasko-równoległa – stosowana najczęściej przy pracach z lunetami autokolimacyjnymi. Szkła okularowe – w zakresie od ±0,25 do ±5 dioptrii – stosuje się przy sprawdzaniu podziałki dioptryjnej okularów. Soczewki długoogniskowe – służące do oglądania przez lunety blisko położonych przedmiotów. Soczewki takie wykonuje się jako płasko-wypukłe o ogniskowej 2,5 i 10 m. Lupy – używane do oglądania małych części, przy urządzeniach odczytowych w noniuszem itp. Najczęściej stosowane są lupy achromatyczne, o powiększeniu 5-6x. Pomocnicze przyrządy kontrolne

47 Pomocnicze przyrządy kontrolneDYNAMETRY są to przyrządy stosowane przy pomiarach źrenic wyjściowych instrumentów optycznych, odległości źrenic od ostatniej powierzchni układu optycznego okularu, a także pośrednio do pomiaru powiększenia lunet. Dynametr Ramsdena – składa się z achromatycznej lupy o powiększeniu 10x umieszczonej w przesuwnej obudowie, na końcu której umieszczona jest diafragma z otworkiem. W stałej części obudowy umieszczona jest płytka ogniskowa z podziałką. Pomocnicze przyrządy kontrolne

48 Pomocnicze przyrządy kontrolneŹródło: en.wikipedia.org Pomocnicze przyrządy kontrolne

49 Pomocnicze przyrządy kontrolneŁawa optyczna: służy do zestawiania potrzebnych układów optycznych. Pomocnicze przyrządy kontrolne

50 Pomocnicze przyrządy kontrolneStół optyczny: Pomocnicze przyrządy kontrolne