Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки
Кафедра електронної техніки і технології
РЕФЕРАТ
На тему:
«Вимірювання фокусних, вершинних фокусних і робочих відстаней оптичних систем»
МІНСЬК, 2008
У процесі виготовлення ЕОС приладів здійсню ється контроль їх оптичних характеристик. Зупинимося на деяких з них, зокрема, на визначенні фокусних рас стоянь f ', вершинних фокусних відстаней S' F і робочих рас стоянь А, тобто відстаней від опорного торця оправи системи до фокальній площині.
Вершинні фокусні відстані зазвичай контролюють при виготовленні окремих і склеєних лінз.
Фокусні відстані перевіряють у більш складних оптичних системах, наприклад, в об'єктивах.
Робочі відстані вимірюють у тих випадках, коли потрібно знати розташування фокуса об'єктива щодо його опорного торця для подальшого з'єднання випробуваної системи з будь-якою іншою оптичною або механічною системою (рис.1).
На відміну від верхових фокусних відстаней робоче рас стояння об'єктива можна змінювати підрізуванням опорного торця оправи або будь-якого проміжного торця. Методику вимірювання вказаних параметрів вибирають в залежності від постав ленній в кожному конкретному випадку завдання.
При контролі виготовлення деяких оптичних деталей необхідно порівнювати виміряні і розрахункові вершинні фо кусние відстані.
У кресленнях на оптичні деталі звичайно наводяться вели чини фокусних відстаней і вершинних фокусних відстаней для параксіального променів, тобто променів, досить близьких до оп тичної осі, для монохроматичного світла для лінії нат рія D ( = 589,3 нм). Тому при вимірюванні доцільно діафрагмованою контрольовані деталі, пропускаючи крізь них вузькі центральні пучки монохроматичного світла, створюваного, наприклад, за допомогою інтерференційного фільтра. Це особливо істотно при вимірі несклеенних деталей, у яких сферична і хроматична аберації дуже великі.
При визначенні фокусної відстані і робочої відстані оптичних систем доцільно за стан фокальній пло скинув приймати площину, в якій виходить найкраще зображення, відповідне найкращому розподілу енергії в зображенні точки.
Розташування цій площині залежить від залишкових аберра ций системи і від застосовуваних при вимірах джерел світла та приймачів випромінювань.
Тому при подібних вимірах, якщо це не обумовлено спеціальними вимогами, бажано контрольовану сі стему НЕ діафрагмованою, а джерело світла і приймач випромінювання ний підбирати так, щоб їх спектральні характеристики були близькі до тих, які мають місце в реальних умовах експлуа тації, в іншому випадку необхідно враховувати відповідаю щую різницю в положеннях фокальній площині.
Наприклад, при переході від робочої відстані об'єктива, виміряного візуальним або фотоелектричним методом до фотографічного робочого відстані завжди враховується величина зсуву. Фокальній площині об'єктива.
Вимірювання вершинних фокусних відстаней
Вимірювання на оптичній лаві. Вершинні фокусні рас стояння позитивних оптичних деталей і систем вимірюють на оптичних лавах типу ОСК-2, ОСК-3, а також на лавах іноземних фірм.
При вимірі вершинного фокусної відстані мікроскоп спочатку фокусують на задню поверхню контрольованої деталі, а потім на зображення сітки, розташованої в фокалов ної площині об'єктива коліматора.
В обох положеннях ми кроскопа знімають відліки по шкалі за допомогою іоніуса. Різниця відліків визначає вершинний фокусна відстань.
Сітку коліматора висвітлюють електричною лампою через молочне або матове скло і світлофільтр.
Фокусування па поверхню лінзи здійснюють за име ющімся на ній найдрібніших подряпин. Поверхня лінзи осве ють джерелом світла, розта женним збоку.
Якщо подряпини видно погано, то на поверхню наносять не скільки пилинок лікоподію, крейди або пудри, іноді на поверхню досить подихати і потім фоку фіксованому по бульбашок води.
У більшості випадків достатню але застосовувати збільшення мікроско па порядку 20-30 х. При вимірі негативних систем або об'єктив мікроскопа замінюють дліннофокус ної позитивної лінзою, або весь мікроскоп замінюють зорової тру бій з позитивною насадкою.
У цьому випадку наглядова прилад після наведення на поверхню слід переміщати в бік коліматора, а не в протилежну сторону, як це має місце при вимірюванні позитивних систем. Похибка визначення розподілу позитивних вершинних фокусних відстаней, з перевищує 1%, що цілком достатньо для порівняння отриманих. результатів з розрахунковими даними.
Точність визначення отри цательной вершинних фокусних відстаней взагалі менше точ ності позитивних і зменшується зі збільшенням абсолютних величин вершинних відстаней.
При випробуванні добре коригованого системи точність вимірів можна значно підвищити, якщо її не діафрагми ровать. У цьому випадку вона залежить від якості корекції системи та її апертури.
При досить досконалою контрольованій системі помилку наведення можна визначити в мкм:
де і - апертурний кут випробуваної системи.
Схема вимірювань вершинних фокусних відстаней, запропонована Ю.В. Коломійцова.
У цих випадках необхідно, щоб апертура наглядової мікроскопа була не менше апертури контрольованої системи.
Вимірювання методом Ю. В. Коломійцова. Схема установки, запропонована Ю.В. Коломпйцовим, призначена для швидкого відносного контролю позитивних і негативних вер шинних фокусних відстаней в умовах масового виробництва.
Пучок променів, що виходять із щілини S коліматора, освітлюваної лампою розжарювання 1, проходить об'єктив коліматора 2, додат ковий об'єктив 3, контрольовану лінзу 4 і, відбившись від дзеркала 6, сходиться в фокальній площині об'єктива глядач ної труби 9.
Отримане таким чином зображення S 'щілини коліматора за допомогою двох клинів 7 і 8 роздягнеться на дві частини, розведені відносно один одного по висоті ( і
).
Додатковий об'єктив 3 є змінним і роз ється окремо для кожного типу піддослідних лінз з компенса цією їх сферичних і хроматичної аберації.
Зображення щілини і
будуть розташовані точно Друг над одним у, якщо фокус лінзи 4 збігається з фокусом додаткового об'єктива.
У цьому випадку при негативній контрольованої лінзі лінза 4 і додатковий об'єктив 3 утворюють галілеївські оптичну систему (а) при позитивній випробуваної лінзі - кеплеровском систему (б).
Якщо фокуси лінзи 4 і об'єктива 3 не співпадуть, то зображення щілини розійдуться (рис. 4, г), тоді їх можна сполу стить переміщенням додаткового об'єктива 3.
Об'єктив 3 переміщається за допомогою мікрометренного хутра низма, за яким це зміщення відраховують.
Вершинні фокусні відстані вимірюють таким обра зом. У прилад, юстіровать по еталонної лінзі, вставляють контрольовану, лінзу зазначеним вище способом, знову сполу щаются зображення щілини; отримане при цьому зміщення додат даткового об'єктива 3, виміряний за шкалою мікрометренного механізму, дорівнює величині відступу вершинного фокусної відстані контрольованої лінзи від еталонної.
Точність вимірювання на приладі вельми велика. Так, за експериментальними даними, максимальна похибка при вершинному фокусній відрізку лінзи, рівному 25 мм, склала 0,04%.
Вимірювання фокусних відстаней
Метод збільшення на коліматорі.
Візуальне визначення фокусних відстаней виконують за схемою. У фокальній площині коллиматорного об'єктива 2 розташована сітка 1 з декількома вертикальними штрихами. Її зображення виходить у фокальній площині випробуваного об'єктива 3. Це зображення розглядають за допомогою мікро скопа і вимірюють за допомогою окуляр-мікрометра.
,
звідси (1)
Позначивши = С = const, одержимо
Якщо фокусна відстань коллиматорного об'єктива неиз Вестн, то можна відразу визначити постійну С.
Для цього необхідно виміряти з допомогою теодоліта кут, під яким видно відстань між штрихами сітки з боку об'єктива коліматора.
Фокус стань об'єктива коліматора дорівнює 750 мм. У його фокальний ої площині розташована сітка з шістьма паралельними штри хами; відстані, між ними від 6 до 60 мм. Вимірювальний ми кроскоп установки має два змінних об'єктива із збільшенням 3 та 6 х і окуляр-мікрометр зі збільшенням 10 х.
У залежності від величини фокусної відстані випробуваної системи вимірювання виконують або окуляр-мікрометром, якщо в полі зору мікро скопа видно відразу симетрична пара штрихів колліматорної сітки, або переміщенням всього мікроскопа.
Для цієї мети мікро скоп встановлюють на спеціальній каретці, забезпеченою мікро-метренним гвинтом.
Перший спосіб застосовується для вимірювання об'єктивів з фо куснимі відстанями до 40 мм, другий - для об'єктивів з біль шими фокусними відстанями.
Сумарна похибка вимірювання зазвичай становить 0,2-0,3%. вимірюваної величини.
Крім зазначених помилок на точність вимірювань може впливати неточність установки сітки в фокальній площині об'єктива коліматора, проте ця помилка зменшується пропорційно відношенню квадратів фокусних відстаней контрольованого і коллиматорного об'єктивів.
Таким чином, відносна похибка при вимірюванні фокусної відстані складе 0,3-0,6%.
Фотографічне визначення фокусних відстаней відрізняється від візуального тільки тим, що зображення сітки коліматора, отриманий в фокальній площині випробуваного об'єктива, вос приймається фоточутливим шаром, а потім вимірюється па компараторі.
Таким методом звичайно визначають фокусні відстані фотографічних об'єктивів, причому фокусна відстань вимірюють одночасно з визначенням фотографічної роздільної сили.
ЛІТЕРАТУРА
Малов О.М., Законников Обробка деталей оптичних приладів. Машинобудування, 2006. - 304 с.
Бардін О.М. Збірка і юстирування оптичних приладів. Вища школа, 2005. - 325с.
Кривов'яз Л.М., Пуряев Д.Т., Знам'янська М.А. Практика оптичної вимірювальної лабораторії. Машинобудування, 2004. - 333 с.