2.4. Призначення та принцип роботи автоколіматора
Сутність автоколімації полягає в об'єднанні в одному приладі коліматора та зорової труби. Автоколіматор використовується для того, щоб з високою точністю встановлювати плоскі поверхні, що відбивають перпендикулярно його оптичної осі.
Автоколіматор є зоровою трубою зі спеціальним окуляром, який називається автоколімаційним. У роботі використовується автоколімаційний окуляр-куб із двома сітками (рис.4).
Автоколіматор складається з об'єктива 2, світлодільного кубика3,склеєного з двох прямокутних призм, причому, в площині склеювання одна з гіпотенузних граней напівпрозора (тонкий шар алюмінію). За кубиком у фокальній площині окуляра встановлена скляна пластинка з перехрестям 4 (Вигляд Б), а далі окуляр 5. Між освітлювальною лампою 7 і кубиком 3 встановлена, в строго фокальної площині об'єктива, друга скляна пластинка, на якій на шарі алюмінію Вид А).
Якщо перед автоколіматором встановити плоску поверхню, що відбиває 1 перпендикулярно оптичної осі автоколіматора, то зображення світиться хреста сітки 6 збігається з перехрестям сітки 4. При відхиленні відбиває площини зображення світиться хреста буде зміщуватися.
При вимкненому освітлювачі автоколіматор можна використовувати як зорову трубу.
3. Методика виміру кутів на гоніометрі
3.1. Закони, що лежать в основі оптичних вимірів кутів.
В основі виміру кутів оптичними методами лежать закони геометричної оптики: закон прямолінійного поширення світла та закон відображення світла.
Закон прямолінійного поширення світла полягає в тому, що світло між двома точками в однорідному середовищі поширюється по прямій, що з'єднує ціточки.
Закони відбиття світла:
Відбитий промінь лежить у площині, що проходить через падаючий промінь і нормаль (перпендикуляр) до поверхні, що відбиває, відновлений з точки падіння променя на поверхню. (Мал. 4).
Кут відображення дорівнює куту падіння, причому кути відраховуються від нормалі до поверхні.
3.2. Вимірювання кутів призми шляхом відображення.
З аналітичної геометрії відомо, що орієнтація будь-якої площини у просторі задається однозначно нормаллю до цієї площини. Це дозволяє, знаючи напрями двох світлових променів (падаючого на площину і відбитого від неї), визначити нормаль до поверхні, що відбиває, як бісектрису, утвореного цими променями кута.
На практиці немає необхідності знаходити бісектрису кута між падаючим та відбитим променями. Достатньо того, що ця бісектриса завжди існує і єдина, тобто знання напрямків падаючого та відбитого променів еквівалентно знанню напряму нормалі до даної площини.
При вимірі кутів на гоніометрі замість окремого променя використовується паралельний пучок променів, що виходить з коліматора паралельно до його осі (див. рис. 6).
Фіксація площини, що відбиває, в просторі за допомогою коліматора і зорової труби
1-коліматор,2-зорова труба,,- кути падіння та відображення паралельного пучка світла на поверхнюР , N- нормаль до поверхніР,-кут відхилення поверхніРвід первісного положення. Відбитий від плоскої поверхні пучок променів спостерігають через зорову трубу. При будь-якому вугіллі між коліматором і зорової трубою існує тільки одне положення площини, що відбиваєР, при якому зображення щілини коліматора буде спостерігатися вперехрестя зорової труби. Це буде тоді, коли відбитий від площиниРпучок променів йтиме паралельно осі труби. При відхиленні площиниРвід такого положення на деякий кут, відбитий від площиниРпромінь повернеться на кут2,а завдяки кутовому збільшення зорової труби рівномуγ, отримаємо, що зображення щілини зміститься на кут2γ.
Відомо, що неозброєним оком людина може розрізнити дві точки, що спостерігаються під кутом1′. За допомогою зорової труби при збільшенніγ=30 можна зафіксувати відхилення площини від початкового положення на кут рівний1". До того ж це легко зробити, тому що перехрестя окуляра є репером , тобто визначає початкове положення, щодо якого спостерігається зміщення зображення щілини.Для того щоб виміряти кут між двома площинами, наприклад, між гранями призм, гоніометр є лімб (проградуйована кругова шкала) жорстко пов'язаний з поворотним столиком, на який поміщається призма.
Схема виміру кутів призми методом відображення
1 - зорова труба, 2 - коліматор, 3 - лімб, 4 - предметний столик, 5 - призма, N1, N2, N3 - нормалі до граней призми, 12, 23, 13 кути призми, 12, ,31- кути між нормалями до граней призми.
Призму встановлюють таким чином, щоб пучок світла, що йде з коліматора, відбиваючись від однієї з граней призми, давав перехресті сітки окуляра зображення щілини (Рис.7). Потім повертають столик разом із призмою та лімбом так, щоб отримати зображення щілини коліматора при відображенні світла від другої грані призми. Кут повороту столика при цьому дорівнюватиме куту між нормалями до відповідних меж призми і легко може бути знайдений поформулі:
де 12-кут повороту столика, А1,А2 - відліки по лімбу відповідно.
Легко показати, що кут між гранями призми12 пов'язаний із кутом повороту столика12 формулою
Для визначення кутів призми23та13необхідно користуватися аналогічними формулами (2) і (3), при відповідних значеннях індексів.
Висока точність вимірювання кутів на гоніометрі обумовлена не тільки великим кутовим збільшенням зорової труби, але також якістю поворотної системи гоніометра і можливістю знімати відліки по лімбу з такою самою точністю, з якою можна реєструвати відхилення площини від фіксованого положення (1").