Оптическим прибором называется изделие, в котором основную функцию выполняет оптическая система. Оптический прибор может быть простым и очень сложным. Например, лупа, имеющая одну оптическую деталь и оправу, является простым ОП. Но если лупу установить на логарифмическую линейку, то последняя не станет оптическим прибором, т.к. лупа будет выполнять вспомогательную функцию. В кинопроекционной установке оптическая часть занимает небольшой объем по сравнению со всей конструкцией установки, но оптическая система выполняют основные функции - проектирование изображения и считывание звука с фотофоногpaммы. В современном перископе подводной лодки стоимость оптической системы составляет 3-5% от всей его стоимости, но он является ОП по той же причине.
Если основная функция решается только оптической системой, то такой прибор часто называется оптико-механическим; если же в приборе присутствуют и электронно-оптические элементы, и приборы, участвующие в выполнения основной его функции, то такой прибор называется оптико-электронным прибором.
Оптические приборы (ОП) выполняют многие задачи, а именно, наблюдения, измерения, регистрации каких-то явлений, управления и пр. Во всех случаях ОП дает нам возможность расширить наши познания об окружающем нас пространстве (мире), определить геометрические размеры или физические величины (температуру, яркость, плотность).
Значит, с помощью ОП можно получить информацию, которую невозможно получить без прибора. Поэтому основной функцией оптического прибора является получение качественней или количественной информации об окружающее нас мире. Полученная с помощью ОП информация может быть преобразована и использована для решения ряда задач.
Физически оптический прибор, как и оптическая система есть совокупность оптических деталей (линз, призм, зеркал и др.), предназначенных для формирования пучка световых лучей. Сложность системы определяется се назначением. Каждая оптическая деталь системы ограничивается поверхностью, на которой лучи претерпевают преломление или отражение. Поверхности могут быть плоскими, сферическими, асферическими, цилиндрическими. В большинстве ОП применяются сферические и плоские поверхности.
Оптическая система характеризуется следующими основными конструктивными параметрами:
- показателями преломления среды, расположенной между поверхностями n1, n2, n3, …, nn.
Оптическая система изображается в виде оптической схемы, которая представляет из себя схему взаимного расположения оптических деталей оптической системы. Оптическая схема является обязательным конструкторским документом при проектировании и производстве оптических приборов. В оптической схеме указываются расположение деталей, их толщины и световые диаметры, перечень и наименование всех деталей, положение плоскостей предмета и изображения, координаты осей вращения вращающихся деталей, положение и размер диафрагм и зрачков, основные характеристики оптической системы (увеличение, поле зрения, фокусное расстояние и тд).
Оптическая система прибора, для правильного восприятия информации должна обладать следующими свойствами:
- не давать ложную информацию;
- не искажать информацию;
- не приводить к потере информации
1.4 Общая структурная схема ОЭПиС.
Как уже было отмечено оптический прибор принимает информацию от объекта наблюдения (обнаружения), измерения или управления в ее первоначальном виде, преобразует ее в виды удобные для анализа и производит анализ предназначен для преобразования информации. В приборе происходит преобразование вида Y=f(X,qi),
где f - функция преобразования; qi - конструктивные параметры прибора.
Общая структурная схема функционирования ОП будет в общем случае состоять из следующих элементов:
- Объект или процесс исследования, измерения, наблюдения являющейся источником информации.
-Среда распространения это важнейший элемент функционирования ОП, который многие забывают
-Оптическая система, которая может включать помимо приёмного канала так же облучающий канал. Оптическая система может на работать, как на прямую с глазом человека, так и посредством электронного тракта.
-Электронный тракт здесь происходит преобразование вида Y=f(X,qi),
где f - функция преобразования; qi - конструктивные параметры прибора, последующая обработка, анализ полученной информации и выдача информации на выходное устройство. В автоматических системах здесь осуществляется выдача управляющих сигналов на выходные устройства.
-Выходной тракт - предназначен для представления информации в удобной для человека форме. К ним так же относят устройства управления процессами, которые контролирует ОЭП.
На рисунке 3 изображен состав современного ОП, основанного на оптических, механических и электронных (электрических) функциональных устройствах и их сочетании.
С системных позиций ФУ представляет собой подсистему ОП, которая работает автономно, но определенными отношениями связана с другими подсистемами (например, для передачи информации, энергии, вещества).
Рисунок 3. Состав современного ОП
В свою очередь, ФУ состоят из конструктивных узлов (КУ) - сборочных единиц, которые могут конструироваться (а в дальнейшем и собираться) отдельно от других составных частей ОП или всего прибора в целом и выполнять определенную функцию в ОП только (в отличие от ФУ) совместно с другими составными частями.
В КУ можно выделить соединения деталей (СД) - элементарные сборочные единицы, состоящие из двух или нескольких деталей, находящихся в непосредственном физическом контакте друг с другом. Первичными элементами СД , а следовательно и ОП, являющимися простейшими объектами конструирования, являются детали (Д) - конструктивные элементы, выполняемые из однородного материала (в результате его обработки) без соединения с другими конструктивными элементами (без применения сборочных операций).
Таким образом, структура ОП в целом может быть представлена в виде иерархических уровней перечисленных выше составных частей (подсистем), связанных друг с другом определенными соотношениями (связями) рисунок 4.
Рисунок 4. Структура ОП
Предварительно рассмотрев отдельные наиболее распространённые элементы из представленной иерархии, изучение рассматриваемых в нашем курсе приборов мы будем проводить на основе структурных и функциональных схемах.
На рисунке 3 изображен состав современного ОП, основанного на оптических, механических и электронных (электрических) функциональных устройствах и их сочетании.