Определение размеров призм, допусков на изготовление и характеристики материалов

Огибающая поверхность пучков лучей, проходящих через призму, представляет собой коническую поверхность с окружностью в основании. Для определения размеров призмы сначала вводится эквивалентная развертке призмы воздушная пластинка толщиной l/n . Для определения толщины воздушной призмы надо найти размер D светового пучка на ее выходной грани:

где l /D = k; 2 s - угол конуса лучей.

Рис.8 К расчету призмы

Если призма с двумя или тремя отражениями имеет крышу, выходящую только на одну преломляющую грань (входную или выходную), то размер следует уточнить по следующей формуле:

где g - угол между ребром крыши и рассматриваемой гранью.
Если в призмах с одним отражением крыша выходит на две грани, как в Ак Р-90°, то

Размеры отражательных призм зависят от размеров поперечного сечения пучка и определяются при расчете оптических систем. Угловое поле любой призмы ограничено и зависит от ее конфигурации и показателя преломления стекла. Предельный угол s определяется по формуле sinS x n / (1+4k2)-1/2. Если входной зрачок расположить в середине развертки призмы, то sinS x n / (1+k2)-1/2.

Размеры сложных призм определяются по размерам составляющих простых призм. Расчетные размеры призм обычно увеличивают на 0,5-2 мм для обеспечения юстировки и крепления призм в оправах. Указанный припуск берется меньше, когда призма закрепляется в гнезде, и больше при креплении в отдельной оправе.

Следует избегать больших габаритов призм, так как в этом случае увеличивается вес прибора, возникают трудности с подбором больших кусков стекла без свилей и других дефектов, повышается стоимость изготовления и усложняется крепление призмы. При больших габаритах призм часто бывает выгоднее заменять их системой зеркал.

Погрешности углов призм и характеристики материалов вычисляются, исходя из требуемого качества изображения в оптической системе. Требования к оптическому материалу призм зависят от назначения прибора и расположения призмы в его оптической системе. Если призма работает в широком пучке лучей (например, головная призма), то для такой призмы ужесточаются требования к материалу по отклонению показателя преломления, средней дисперсии, однородности, двулучепреломлению, коэффициенту ослабления. Чем ближе оптическая деталь к плоскости изображения, тем жестче устанавливаются требования по пузырности оптического материала, классу чистоты полированных поверхностей.

Потери света на поглощение в стекле зависят от категории стекла, выбо р категории связан с назначением прибора и особенностями его конструкции. Для ответственных приборов при большой длине хода лучей в стекле применяются стекла более высоких категорий, чем для призм неответственных приборов. При конструировании сложных склеенных призм следует иметь в виду, что закреплять в оправе можно только одну из призм, так как от усилий закрепления возможна расклейка призменного блока. Поэтому призмы, удерживаемые только клеем, должны иметь небольшие размеры.

Требования к точности изготовления призмы, а также к форме и чистоте ее рабочих поверхностей определяются требованиями к качеству изображения прибора, увеличением прибора, положением призмы относительно плоскости изображения и размерами светового пучка.

Погрешности углов призм. Наибольшее влияние на качество изображения оказывают погрешности углов между отражающими и преломляющими гранями и пирамидальность призмы. Эти погрешности вызывают хроматизм изображения, так как развертка призмы обращается в клин. У подвижных призм пирамидальность вызывает, кроме того, погрешность визирования. Величины допусков на указанные углы и пирамидальность вычисляются в зависимости от допустимых величин хроматизма и требований к точности работы прибора.

Погрешности углов крыши вызывают двоение изображения, поэтому допуски на эти углы назначаются весьма жесткие - до 5 угловых секунд. Погрешности углов между преломляющими гранями неподвижных призм не влияют существенно на качество изображения, а вызываемое изменение угла отклонения пучка может быть скомпенсировано юстировкой оптической системы, поэтому допуски на эти углы назначают довольно грубые - до 5 угловых минут.

Погрешности не всех углов между преломляющими гранями влияют одинаково на клиновидность развертки (например, погрешность угла 90° у прямоугольной призмы не влияет на клиновидность, влияние оказывает разность углов 45°; у пента-призмы напротив, погрешность угла 90° оказывает вдвое большее влияние на клиновидность развертки, чем погрешность угла 45° ).

На линейные размеры призм назначают допуски по 10-12 квалитетам точности, так как погрешности этих размеров не влияют на качество изображения.

Требования к изготовлению. Требования к форме рабочих поверхностей (N и ΔN) определяются в зависимости от допустимого искажения изображения, вызываемого этими погрешностями. Требования к отражающим граням при этом в 4-6 раз выше, чем к преломляющим. При назначении класса чистоты рабочих поверхностей P следует учитывать положение призмы относительно плоскости изображения. К чистоте граней, расположенных вблизи плоскости изображения, предъявляются повышенные требования.