28. Плоские, сферические и несферические зеркала

Плоским зеркалом называют оптическую деталь с плоской отражающей поверхностью, предназначенную для изменения направления оси оптической системы. Комбинация из плоских зеркал кроме изменения направления оптической оси обеспечивает оборачивание изображения.

От качества изготовления зеркал и точности установки зависит их действие в оптическом приборе. Зеркальное покрытие наносится либо на внешнюю плоскость (рис. 49, а), либо на тыльную сторону (рис. 49, б) плоскопараллельной пластины. В точных зеркалах отражающее покрытие наносится на внешнюю плоскость. Этим исключаются, во-первых, появление паразитных изображений, что проявляется в виде так называемого двоения изображения (см. рис. 49, б), во-вторых, влияние неточности изготовления второй плоской поверхности по отношению к первой, например клиновидности. Зеркала с внутренним отражающим покрытием при наклонном положение вносят также асимметрию в строение пучка.

Материалом для изготовления точных зеркал является оптическое стекло, например В неответственных случаях применяют техническое стекло или пластмассу. Последняя уменьшает момент инерции зеркал, вращающихся с большой угловой скоростью, например в скоростных кинокамерах. Толщина зеркала зависит от его размера, требуемой точности и способа крепления [6, 35].

Размер с плоского зеркала с внутренней отражающей поверхностью (рис. 49, в) определяют по формуле

где диаметр пучка лучей, определяющий ширину зеркала; угол, определяющий положение зеркала (угол падения луча); толщина редуцированной плоскопараллельной пластины.

Рис. 49. Плоские зеркала с отражающим покрытием: а — внешним: б - внутренним; в — схема для определения размера с

Рис. 50. Клиновидное зеркало, устраняющее двоенне изображения

В качестве отражающих покрытий используют серебро, алюминий, хром, родий и др. Слой серебра наносится на внутреннюю (тыльную) поверхность плоскопараллельной пластины и защищается от повреждений слоем меди и слоем лака.

Для полупрозрачных зеркал применяется светоделительное покрытие серебром (требует защиты от окисления), алюминием, хромом, ниобием, золотом и др. Большинство светоделительных покрытий обеспечивает любое соотношение между отраженной и прошедшей частями потока излучения.

Явление двоения изображения в зеркалах с внутренним отражением в некоторых случаях может быть исключено введением клиновидности в плоскопараллельную пластину. Например, на рис. 50 представлен случай, когда за счет введения клиновидности, определяемой углом двоение изображения отсутствует.

Сферическим зеркалом называют оптическую деталь, сферическая поверхность которой является отражательной, что обеспечивается нанесением отражающего покрытия.

Кроме сферических зеркальных поверхностей находят применение и несферические, преимущества которых такие же, как и у несферических преломляющих поверхностей (см. п. 11).

Действие сферических зеркал в системе эквивалентно действию линз. Отличительными особенностями зеркал являются: больший коэффициент пропускания; отсутствие искажений в изображении, вносимых преломляющими поверхностями за счет явления дисперсии (отсутствие хроматических аберраций); меньшие габаритные размеры и масса; возможность компоновки оптических систем с меньшей длиной, чем длина систем из линзовых элементов; в некоторых случаях, например в осветительных системах, обеспечение лучшего использования источника излучения и т. д.

Рис. 51. Сферические зеркала

Рис. 52. Контротражатель осветительной системы

Недостатками зеркал, в том числе и плоских, являются требования повышенной точности изготовления отражающей поверхности вследствие того, что при отражении дефекты поверхности учетверяют искажение фронта световой волны по сравнению с влиянием дефектов преломляющей поверхности, экранирование части световых лучей предшествующим зеркалом, например в двухзеркальной системе.

Сферические и несферические зеркала применяются в различных оптических системах: фотографических и проекционных объективах, в телескопических системах и микроскопах, в осветительных системах и т. п.

Сферическое зеркало с внутренним отражающим покрытием показано на рис. 51, а, с внешним покрытием — на рис. 51,б. Недостатком сферических зеркал с внутренним отражающим покрытием, так же как и плоских зеркал, является двоение изображений, т. е. наличие побочных изображений, например образование которых показано на рис. 51, а.

Материалом для изготовления точных сферических и несферических зеркал служит стекло При необходимости получения зеркал, не чувствительных к изменению температуры, применяется кварц, а для крупногабаритных зеркал — ситалл. Для осветительных систем в неответственных случаях основа, на которую наносится отражающее покрытие, может быть металлической (например, латунь или дюраль).

Металлические зеркала успешно применяются в качестве контротражателей осветительных систем проекционных приборов. Отражательная поверхность (рис. 52) устанавливается концентрично источнику света С, повышая его эффективную яркость на

В двухзеркальных оптических системах (см. рис. 6) первое зеркало по ходу лучей выполняется с центрально расположенным отверстием. Диаметр этого отверстия получается из расчета хода лучей. Диаметр сплошного зеркала, эквивалентного зеркалу с отверстием, находят из условия равенства площадей обоих зеркал

где внешний диаметр зеркала; диаметр отверстия в этом зеркале.

Толщина стеклянного зеркала с концентрическими поверхностями в зависимости от внешнего диаметра зеркала может быть выбрана по следующей рекомендации: Меньшая толщина берется для грубых зеркал, большая — для

особо точных зеркал, например входящих в систему зеркального или зеркально-линзового объектива.

Для облегчения точных зеркал по предложению И. И. Крыжановского тонкая стеклянная пластина спекается с титановой основой, обеспечивающей зеркалу необходимую жесткость. Затем стеклянный слой обрабатывается для получения поверхности, на которую наносится отражающее покрытие.