Процесс создания оптики

Историки утверждают, что Галилео Галилей был первым среди европейцев, кто построил зрительную трубу — прообраз современных телескопов, зрительных труб и оптических прицелов. Для того чтобы построить первую зрительную трубу, Галилею потребовались всего две линзы — объектив и окуляр, а расстояние между ними, необходимое для получения резкого изображения, было найдено опытным путем. Для того чтобы разработать конструкцию и собрать оптический прицел сегодня, требуется совместная работа конструкторов и специалистов — оптиков, сборщиков, механиков. О том, какие этапы проходят элементы конструкции оптического прицела, прежде чем стать готовым изделием, и пойдет речь в данной статье.
Оптический прицел представляет собой зрительную трубу, предназначенную для наблюдения удаленных предметов.
Внутри трубы расположена оптическая система, состоящая из нескольких оптически соосных линз. Объектив, обращенный в сторону цели, строит в своей фокальной плоскости изображение цели. Оно получается перевернутым вокруг горизонтальной и вертикальной оси, поэтому частью оптической конструкции прицела является оборачивающая система, возвращающая изображение к нормальному виду. Изображение цели, пройдя через оборачивающую систему, формируется в фокальной плоскости окуляра. Окуляр, подобно лупе, дает возможность рассмотреть увеличенное изображение.
В оптическом прицеле присутствует прицельная марка или сетка. Размещение прицельной марки возможно в фокальной плоскости объектива или окуляра. Размещение прицельной марки в фокальной плоскости объектива характерно для оптических прицелов европейского производства, в фокальной плоскости окуляра — для американских.
Для прицелов с переменной кратностью существенно, в какой из фокальных плоскостей находится прицельная марка. По мнению конструкторов «ВОМЗ», правильнее располагать прицельную сетку в фокальной плоскости объектива, в этом случае при изменении кратности сетка также будет менять свой угловой размер.
Превращение оптического стекла в линзу
Оптическое стекло для всех видов оптической продукции в бывшем Советском Союзе лили на четырех заводах: в г. Лида (Белоруссия), в г. Изюм (Украина) и на двух заводах в России (в Московской и Пензенской областях). Оптическое стекло поступает на завод в форме штучных заготовок, так называемых «прессовок», готовых к дальнейшей обработке. Форма штучных заготовок может быть любая, в зависимости от будущего изделия. Ведь в оптическом производстве нужны не только линзы, но и призмы и т.д.
Оптический цех производит шлифовку и полировку линз. В цех поступает заготовка, предварительно прошедшая грубую обработку алмазным инструментом, то есть поверхность будущей детали обработана «начерно» и ее геометрические размеры заданы с припуском. В оптическом цехе заготовке придают требуемые размеры и форму. Точность обработки измеряется в десятых долях микрона. Такую высокую точность обеспечивают не только станки и приборы, но и люди, работающие в цехе. Подготовить оптика высокого класса непросто. Говорят, если взять десять человек, то через шесть-семь лет подготовки из них, возможно, удастся подготовить одного хорошего специалиста.
На каждом этапе изготовления линзы проводится постоянный контроль качества. Если на этапе шлифовки и полировки линза не приобрела требуемых размеров и формы, она проходит этот этап обработки повторно.
Далее следует операция центрирования, т.е. совмещения геометрической оси линзы с оптической. Эту операцию осуществляют там же, в оптическом цехе. Центрирование линзы имеет большое значение для качества готового изделия в целом. Только представьте на миг, что эти две оси не совпадают. Какого качества изображение вы увидите в окуляр оптического прицела или бинокля? И в течение какого времени вы сможете смотреть в этот оптический прибор, прежде чем у вас начнется резь в глазах?
Даже к производству охотничьих оптических прицелов, которые по заводской документации числятся «оптическими приборами средней точности», руководство «ВОМЗ» относится очень и очень серьезно. А иначе и не может быть: на предприятии, выпускающем оптические приборы военного назначения, не может быть двух стандартов качества.
Оптическое производство является категорийным. Это значит, что строго нормируются содержание пыли в воздухе, уровень влажности, температура. Температура в цехах в любое время года должна быть 21оС ? 3 градуса, а влажность — 50 ? 5%. А в производственных помещениях, где на линзы наносится просветляющее покрытие, допуск еще жестче. Там температурные колебания не могут превышать одного градуса.
Подобные жесткие требования объясняются особенностями технологического процесса. Если бы температура в цехе опустилась вдруг до 15оС, то имеющееся полировальное оборудование не могло бы обеспечить заготовкам нужной формы из-за необходимости подбора смолы соответствующей твердости: при холоде делать ее мягче, при жаре — наоборот.
Нанесение просветляющего покрытия
Процесс создания оптики
Известно, что на границе воздух-стекло-воздух потери света могут достигать 4%. Представьте себе, что в современном оптическом прицеле может быть до 9—12 линз, сгруппированных в объектив, коллектив, оборачивающую систему и окуляр. Таким образом, суммарная потеря света, прошедшего через оптический прицел, может достигать 36—48%. Для уменьшения потерь света на линзы наносят специальное покрытие, так называемое «просветление». Нанесение просветления существенно улучшает оптические характеристики.
В современном оптическом производстве используют два метода нанесения просветления на линзы — химический и физический.
Физический способ предусматривает нанесение на оптику различных соединений, улучшающих оптические свойства линзы, в вакуумной установке. Процесс нанесения покрытия контролируется компьютером.
Раньше этот способ был распространен гораздо меньше, поскольку на предприятиях не было вакуумных установок. А они позволяют наносить многослойные покрытия, отличающиеся повышенной прочностью. Кроме того, физический способ дает высокую производительность. В зависимости от диаметра детали в вакуумную установку может быть загружено до трехсот деталей, в то время как при химическом способе нанесения покрытия каждая обрабатывается отдельно.
При химическом способе нанесения просветляющего покрытия на вращающуюся линзу (скорость вращения может достигать шести тысяч оборотов в минуту) наносится капля раствора. Под действием центробежной силы она растекается ровным слоем нужной толщины.
Несмотря на явное технологическое преимущество физического способа, завод не отказывается и от применения химического. Дело в том, что в технических условиях ряда изделий, выпускаемых заводом, определено, что просветляющее покрытие на линзу должно наноситься именно химическим способом. Следует отметить, что ТУ на изделия, запущенные в производство за последние семь-восемь лет, предусматривают применение только физического способа.
После нанесения покрытия на поверхность линзы производят замеры таких показателей, как коэффициент пропускания и отражения на различных длинах волн.