2.4. Предназначение и принцип на действие на автоколиматора
Същността на автоколимацията е да комбинира колиматор и зрителна тръба в едно устройство. Автоколиматорът се използва за поставяне на плоски отразяващи повърхности перпендикулярно на оптичната му ос с висока точност.
Автоколиматорът е зрителна тръба със специален окуляр, наречен автоколиматор. В тази работа се използва автоколимиращ окуляр-куб с две решетки (фиг. 4).
Автоколиматорът се състои от обектив 2, лъчеразделителен куб3,, залепен от две правоъгълни призми, освен това в равнината на залепване една от повърхностите на хипотенузата е полупрозрачна (тънък слой алуминий). Зад куба, във фокалната равнина на окуляра, има стъклена плоча с мерник 4 (изглед B), а след това окуляр 5. Между осветителната лампа 7 и куба 3 е монтирана втора стъклена плоча, в строго фокалната равнина на лещата, върху която върху алуминиевия слой е изчертан прозрачен кръст (изглед A).
Ако плоска отразяваща повърхност 1 е монтирана пред автоколиматора, перпендикулярна на оптичната ос на автоколиматора, тогава изображението на светлинния кръст на решетката 6 ще съвпадне с кръстосаната нишка на решетката 4. Когато отразяващата равнина се отклони, изображението на светлинния кръст ще се измести.
Когато осветителят е изключен, автоколиматорът може да се използва като зрителна тръба.
3. Техника за измерване на ъгли с гониометър
3.1. Закони, лежащи в основата на оптичните измервания на ъгли.
В основата на измерването на ъгли чрез оптични методи са законите на геометричната оптика: законът за праволинейното разпространение на светлината и законът за отражението на светлината.
Законът за праволинейното разпространение на светлината е, че светлината между две точки в хомогенна среда се разпространява по права линия, свързваща тезиточки.
Закони за отразяване на светлината:
Отразеният лъч лежи в равнина, минаваща през падащия лъч и нормалата (перпендикуляра) към отразяващата повърхност, възстановена от точката, където лъчът удря повърхността. (фиг. 4).
Ъгълът на отражение е равен на ъгъла на падане, а ъглите се измерват от нормалата към повърхността.
3.2. Измерване на ъглите на призмата по отражателния метод.
От аналитичната геометрия е известно, че ориентацията на всяка равнина в пространството се определя еднозначно от нормалата към тази равнина. Това позволява, знаейки посоките на два светлинни лъча (падащи в равнината и отразени от нея), да се определи нормалата към отразяващата повърхност като ъглополовяща на ъгъла, образуван от тези лъчи.
На практика не е необходимо да се намира ъглополовящата на ъгъла между падащия и отразения лъч. Достатъчно е тази ъглополовяща винаги да съществува и да е уникална, т.е. познаването на посоките на падащия и отразения лъч е еквивалентно на познаването на посоката на нормалата към дадената равнина.
При измерване на ъгли на гониометър вместо отделен лъч се използва паралелен лъч от лъчи, който излиза от колиматора успоредно на неговата ос (виж фиг. 6).
Фиксиране на отразяващата равнина в пространството с помощта на колиматор и зрителна тръба
1-collimator,2-spotting scope,,- angles of incidence and reflection of a parallel beam of light on the surfaceР, N- normal to the surfaceР,-angle of deviation of the surfaceРfrom the initial position. Сноп лъчи, отразен от плоска повърхност, се наблюдава през телескоп. При всеки ъгъл между колиматора и телескопа има само една позиция на отразяващата равнинаP, при която изображението на процепа на колиматора ще се наблюдава вмерник на телескопа. Това ще стане, когато отразеният от равнинатаPсноп лъчи върви успоредно на оста на тръбата. Когато равнинатаРсе отклони от това положение с определен ъгъл, отразеният от равнинатаРлъч ще се завърти под ъгъл2,и поради ъгловото увеличение на телескопа, равно наγ, получаваме, че изображението на процепа ще се измести под ъгъл2γ.
Известно е, че с просто око човек може да различи две точки, наблюдавани под ъгъл1′. С помощта на телескоп с увеличениеγ=30 е възможно да се фиксира отклонението на равнината от началната позиция под ъгъл, равен на1". Освен това това е лесно да се направи, тъй като мерникът на окуляра е еталон, т.е. задава началната позиция, спрямо която се наблюдава изместването на изображението на процепа. За да се измери ъгълът между две равнини, напр. , между лицата на призмите, гониометърът има крайник (градуирана кръгла скала), свързан неподвижно с въртящата се маса, върху която е поставена призмата.
Схема за измерване на ъглите на призмата чрез отражение
1 - телескоп, 2 - колиматор, 3 - лимб, 4 - предметна маса, 5 - призма, N1, N2, N3 - нормали към стените на призмата, 12, 23, 13 - ъгли на призмата, 12,23, 31 - ъгли между нормалите към стените на призмата.
Призмата е монтирана по такъв начин, че светлинният лъч, идващ от колиматора, отразен от една от страните на призмата, дава изображение на прорез в кръстосания мерник на мрежата на окуляра (фиг. 7). След това масата се завърта заедно с призмата и крайника, така че да се получи изображение на процепа на колиматора, когато светлината се отразява от втората страна на призмата. Ъгълът на завъртане на масата в този случай ще бъде равен на ъгъла между нормалите към съответните лица на призмата и може лесно да се намери чрезформула:
където 12-ъгъл на завъртане на масата, А1,А2 - показания по крайника, съответно.
Лесно е да се покаже, че ъгълът между лицата на призмата12 е свързан с ъгъла на въртене на платформата12 по формулата
За определяне на ъглите на призмата23и13е необходимо да се използват формули, подобни на (2) и (3), със съответните стойности на индексите.
Високата точност на измерване на ъглите на гониометъра се дължи не само на голямото ъглово увеличение на телескопа, но и на качеството на ротационната система на гониометъра и способността да се вземат показания по протежение на крайника със същата точност, с която е възможно да се регистрират отклонения на равнината от фиксирана позиция (1").