Министерство образования и науки рф

_______________________________________________________________________________________

Филиал ФЕДЕРАЛЬНОГО государственного

БЮДЖЕТНОГО образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»

в г. Смоленске

ВВЕДЕНИЕ В ОПТОТЕХНИКУ

Методические указания к

лабораторным работам по дисциплине

«ВВЕДЕНИЕ В ОПТОТЕХНИКУ»

Смоленск 2012 г.

УДК 535 (0.76.5)

В-24

Утверждено учебно-методическим Советом филиала МЭИ в г. Смоленске в качестве

методических указаний для студентов, обучающихся по направлению «Оптотехника»

Подготовлено на кафедре оптико-электронных систем

Рецензент

к.т.н., доц. кафедры естественно-научных дисциплин и информатики ГОУВПО

«Смоленская государственная академия физической культуры, спорта и туризма»

С.Н. Гирко

В-24	ВВЕДЕНИЕ В ОПТОТЕХНИКУ. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Введение в оптотехнику» [Текст]: методические указания / Сост.: В.А. Гавриленков, М.В. Беляков. – Смоленск: РИО филиала МЭИ в г. Смоленске, 2012. – 44 с.
Приводятся восемь лабораторных работ, в которых рассматриваются устройство и принцип действия оптических, фотометрических и электроизмерительных приборов.
© Филиал МЭИ в г. Смоленске, 2012

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПОДГОТОВКЕ, ВЫПОЛНЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

При подготовке к лабораторной работе следует изучить соответствующие разделы лекционного курса и рекомендуемую литературу, а также задание на соответствующую лабораторную работу.

Необходимо подготовить бланк протокола стандартного формата. Бланк протокола должен содержать все необходимые таблицы с необходимым количеством строк и столбцов для записи и обработки результатов измерений. Весь материал должен быть расположен в порядке, определяемым рабочим заданием. Допуск к работе осуществляется по результатам собеседования.

При наличии допуска студент готовит лабораторный стенд к работе, собирает схемы и производит необходимые измерения. Подключение внешних источников и приборов, не предусмотренных описанием стенда, не допускается. При выполнении лабораторной работы особое внимание следует обратить на полноту и достоверность полученных результатов.

Студент оформляет отчёт по работе строго по результатам измерений, отраженных в протоколе. На титульном листе должны быть указаны: номер и название работы, группа, фамилия и инициалы студента.

Отчёт оформляется рукописно или печатается на принтере на листах бумаги формата А4 (210×297 мм) с соблюдением принятых норм оформления. Страницы нумеруются, начиная с титульного, до последнего листа. Цифра 1 на титульном листе не ставится. Нумерация страниц выполняется арабскими цифрами сверху посередине над строкой.

Для оформления текста записки используется шрифт Times New Roman, размер шрифта – 14 пунктов (в таблицах допускается 12 пунктов), межстрочный интервал – одинарный, абзацный отступ – 1,25 см. Текст печатается на одной стороне листа и имеет поля следующих размеров: верхнее и нижнее – 25 мм; правое – 10 мм; левое – 25 мм. Латинские буквы, кроме математических символов и химических формул, пишутся курсивом, греческие буквы – прямо.

При оформлении таблиц и рисунков указывается их номер и название. Названия позиционируются по левому краю страницы и отделяются от номера символом «-». Названия печатать через один интервал. Текст на рисунках и в таблицах должен свободно читаться, подстрочные и надстрочные символы должна быть не менее 2 мм высотой. Формулы печатаются на отдельной строке и нумеруются справа. Нумерация таблиц, рисунков и формул – сквозная.

Структурные, функциональные, электрические и оптические схемы должны быть оформлены с использованием общепринятых обозначений блоков и элементов схем. Приветствуется использование для их построения специализированных редакторов, например, MS Visio.

Отчёт должен содержать следующие разделы: цель работы, описание лабораторной установки, результаты работы в порядке, предусмотренном рабочим заданием, а также выводы по работе. Протокол входит в отчёт в виде обязательного приложения.

Защита лабораторной работы осуществляется в индивидуальном порядке при наличии отчета, подписанного преподавателем.

В процессе выполнения работы необходимо:

а) строго соблюдать заданный электрический режим источников света и правила работы с приборами;

б) бережно относиться к лабораторному оборудованию и оптическим деталям (не ударять и не царапать их, не класть рабочими поверхностями на стол, не брать руками за рабочие поверхности и т.п.);

в) по окончании работы на установке привести рабочее место в порядок и сдать преподавателю раздаточные материалы.

Запрещается:

а) выполнять работу в отсутствие преподавателя или лаборанта;

б) самостоятельно устранять повреждения в системе электрического питания;

в) находиться в лаборатории в верхней одежде;

г) класть одежду, портфели и сумки на лабораторные стенды и приборы.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1

ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ МИКРОСКОПА И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

Введение

Цель работы – изучение принципов построения микроскопов (включая измерительные) и приобретение навыков работы с подобными приборами, обработки и оформления результатов измерений.

Микроскопом называют оптическую систему (ОС), предназначенную для наблюдения близко расположенных микрообъектов с большим увеличением. Основными компонентами микроскопа (рис.1.1) являются объектив и окуляр. Принцип действия микроскопа определяется следующими факторами.

Рисунок 1.1 – Оптическая схема микроскопа:

1 – объектив; 2 – окуляр

Исследуемый предмет y находится на малом расстоянии от переднего фокуса объектива 1, который строит действительное, увеличенное и перевернутое изображение предмета y' в плоскости, совпадающей с передней фокальной плоскостью окуляра 2. Окуляр строит вторичное увеличенное, мнимое изображение предмета на большом расстоянии от глаза (от 250 мм до ). Это означает, что предмет находится вблизи переднего фокуса микроскопа (или совмещен с ним).

К основным характеристикам микроскопа относятся: видимое увеличение Г_м, линейное поле 2y, диаметр D' и вынос а_р' выходного зрачка, числовая апертура NA, разрешающая способность R, глубина изображаемого пространства и др.

▪ Фокусное расстояние микроскопа согласно теории идеальной ОС может быть вычислено по формуле

f '_м = -(f '₁·f '₂)/Δ, (1.1)

где отрезок Δ – называют оптической длиной тубуса микроскопа.

Видимое увеличение микроскопа вычисляют по формуле:

Г_м = 250/f '_м, (1.2)

откуда, подставляя f '_м из (1.1), находим:

Г_м = 250Δ/(f '₁·f '₂) = β_об·Г_ок . (1.3)

Наряду с основными компонентами (объективом и окуляром) ОС микроскопа, как правило, включает апертурную (АД) и полевую (ПД) диафрагмы.

▪ Апертурная диафрагма определяет входной и выходной зрачки, апертурный угол σ_А и числовую апертуру NA микроскопа:

NA = n·sin _А, (1.4)

где n – показатель преломления среды в пространстве предметов.

В микроскопе АД устанавливают обычно между последней поверхностью и задним фокусом объектива. Иногда (в измерительных микроскопах для уменьшения параллакса) АД устанавливают в задней фокальной плоскости объектива. В этом случае входной зрачок микроскопа расположен на бесконечности и в пространстве предметов обеспечивается телоцентрический ход главного полевого луча.

Выходной зрачок микроскопа расположен вблизи заднего фокуса окуляра и для него можем записать:

D'= 2n·f '_м· tg _А . (1.5)

▪ Полевая диафрагма, установленная в плоскости промежуточного действительного изображения (в передней фокальной плоскости окуляра), определяет линейное поле микроскопа 2y:

2y = D_пд/β_об . (1.6)

При решении практических задач наряду с информационными широкое применение находят измерительные микроскопы. Отличается измерительный микроскоп от наблюдательного наличием отсчетного устройства, выполненного в виде плоскопараллельной пластинки со шкалой или отсчетного устройства с микрометром.

▪ Отдельную группу измерительных микроскопов составляют отсчет-ные микроскопы, применяемые в сложных оптических измерительных приборах для считывания показаний по шкалам с относительно большими делениями и имеющие отсчетное устройство, позволяющее оценивать долю деления основной шкалы грубого отсчета с высокой точностью.

К основным характеристикам измерительного микроскопа (кроме названных выше) относятся также метрологические характеристики отсчетного устройства: цена деления шкалы, диапазон показаний, диапазон измерений, инструментальная погрешность и др.

Видимое увеличение измерительных микроскопов не велико и лежит в пределах 50...100^×, тогда как у наблюдательных микроскопов видимое увеличение может достигать 1000^× и более.

▪ При решении измерительных задач также находят применение автоколлимационные микроскопы. Автоколлимационный микроскоп может быть получен из двухкомпонентного микроскопа заменой второго компонента автоколлимационным окуляром. Схема автоколлимационного микроскопа с окуляром – кубиком приведена на рис. 1.2.

Здесь объектив 4 и поворотное зеркало (диагональная грань кубика 3) строят изображение марки 2 на зеркале 5, установленном в предметной плоскости микроскопа. Отраженные лучи снова попадают в объектив 4, который строит автоколлимационное изображение марки 2 в плоскости сетки 6, установленной в плоскости полевой диафрагмы микроскопа. Полевая диафрагма совмещена с передней фокальной плоскостью окуляра 7, и наблюдатель будет видеть совмещенными сетку 6 (шкалу или марку) и изображение марки 2 (рис. 1.2, б).

Рисунок 1.2 - Схема автоколлимационного микроскопа (а) и вид поля (б):

1 – источник света; 2 – марка; 3 – призма-куб; 4 – объектив; 5 – зеркало; 6 – шкала; 7 – окуляр

В последнее время широкое распространение находят фотоэлектрические микроскопы с матричными приемниками излучения, которые выполняют функцию анализа изображения подобно глазу.

Для расширения спектрального диапазона в область ультрафиолетовых и инфракрасных излучений применяют специальные ультрафиолетовые и инфракрасные микроскопы.