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 здійснюється контроль їх оптичних характеристик. Зупинимося на деяких з них, зокрема, на визначенні фокусних відстаней f ', вершинних фокусних відстаней S' F і робочих відстаней 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 робоча відстань об'єктива можна змінювати підрізуванням опорного торця оправи або будь-якого проміжного торця. Методику вимірювання вказаних параметрів вибирають залежно від поставленої в кожному конкретному випадку завдання.
При контролі виготовлення деяких оптичних деталей необхідно порівнювати виміряні і розрахункові вершинні фокусні відстані.
У кресленнях на оптичні деталі звичайно наводяться величини фокусних відстаней і вершинних фокусних відстаней для параксіального променів, тобто променів, досить близьких до оптичної осі, для монохроматичного світла для лінії натрію D (
При визначенні фокусної відстані і робочої відстані оптичних систем доцільно за стан фокальній площині приймати площину, в якій виходить найкраще зображення, відповідне найкращому розподілу енергії в зображенні точки.
Розташування цій площині залежить від залишкових аберацій системи і від застосовуваних при вимірах джерел світла та приймачів випромінювань.
Тому при подібних вимірах, якщо це не обумовлено спеціальними вимогами, бажано контрольовану систему не діафрагмованою, а джерело світла і приймач випромінювань підбирати так, щоб їх спектральні характеристики були близькі до тих, які мають місце в реальних умовах експлуатації, в іншому випадку необхідно враховувати відповідну 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 відстані 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 фокальній площині об'єктива коліматора.
В обох положеннях мікроскопа 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 наявними на ній найдрібніших подряпин. Поверхня лінзи висвітлюють джерелом світла, розташованим збоку.
Якщо подряпини видно погано, то на поверхню наносять кілька порошин лікоподію, крейди або пудри, іноді на поверхню досить подихати і потім фокусувати по бульбашок води.
У більшості випадків достатньо застосовувати збільшення мікроскопа порядку 20-30 х. При вимірі негативних систем або об'єктив мікроскопа замінюють телефото позитивної лінзою, або весь мікроскоп замінюють зоровою трубою 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 позитивних вершинних фокусних відстаней, з перевищує 1%, що цілком достатньо для порівняння отриманих. результатів з розрахунковими даними.
Точність визначення негативних вершинних фокусних відстаней взагалі менше точності позитивних і зменшується зі збільшенням абсолютних величин вершинних відстаней.
При випробуванні добре коригованого системи точність вимірів можна значно підвищити, якщо її не діафрагмованою. 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 вершинних фокусних відстаней в умовах масового виробництва.
Пучок променів, що виходять із щілини S коліматора, освітлюваної лампою розжарювання 1, проходить об'єктив коліматора 2, додатковий об'єктив 3, контрольовану лінзу 4 і, відбившись від дзеркала 6, сходиться в фокальній площині об'єктива зорової 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 (
Додатковий об'єктив 3 є змінним і розраховується окремо для кожного типу піддослідних лінз з компенсацією їх сферичних і хроматичної аберації.
Зображення щілини
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, м ), Тоді їх можна поєднати переміщенням додаткового об'єктива 3.
Об'єктив 3 переміщається за допомогою мікрометренного механізму, за яким це зміщення відраховують.
Вершинні фокусні відстані вимірюють наступним чином. У прилад, юстіровать по еталонної лінзі, вставляють контрольовану, лінзу зазначеним вище способом, знову поєднуються зображення щілини; отримане при цьому зміщення додаткового 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 мікроскопа і вимірюють за допомогою окуляр-мікрометра.
звідси
Позначивши
Якщо фокусна відстань коллиматорного об'єктива невідомо, 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.
Фокусна відстань об'єктиву коліматора одно 750 мм . У його фокальній площині розташована сітка з шістьма паралельними штрихами; відстані, між ними від 6 до 60 мм . Вимірювальний мікроскоп 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 мікроскопа видно відразу симетрична пара штрихів колліматорної сітки, або переміщенням всього мікроскопа.
Для цієї мети мікроскоп встановлюють на спеціальній каретці, забезпеченою мікро-метренним гвинтом.
Перший спосіб застосовується для вимірювання об'єктивів з фокусними відстанями до 40 мм , Другий - для об'єктивів з великими фокусними відстанями.
Сумарна похибка вимірювання
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, сприймається 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
1. Малов О.М., Законников Обробка деталей оптичних приладів. Машинобудування, 2006. - 304 с.
2. Бардін О.М. Збірка і юстирування оптичних приладів. Вища школа, 2005. - 325с.
3. Кривов'яз Л.М., Пуряев Д.Т., Знам'янська М.А. Практика оптичної вимірювальної лабораторії. Машинобудування, 2004. - 333 с.
Кафедра електронної техніки і технології
РЕФЕРАТ
На тему:
«Вимірювання фокусних, вершинних фокусних і робочих відстаней оптичних систем»
МІНСЬК, 2008
У процесі виготовлення ЕОС приладів здійснюється контроль їх оптичних характеристик. Зупинимося на деяких з них, зокрема, на визначенні фокусних відстаней f ', вершинних фокусних відстаней S' F і робочих відстаней 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 робоча відстань об'єктива можна змінювати підрізуванням опорного торця оправи або будь-якого проміжного торця. Методику вимірювання вказаних параметрів вибирають залежно від поставленої в кожному конкретному випадку завдання.
При контролі виготовлення деяких оптичних деталей необхідно порівнювати виміряні і розрахункові вершинні фокусні відстані.
У кресленнях на оптичні деталі звичайно наводяться величини фокусних відстаней і вершинних фокусних відстаней для параксіального променів, тобто променів, досить близьких до оптичної осі, для монохроматичного світла для лінії натрію D (
При визначенні фокусної відстані і робочої відстані оптичних систем доцільно за стан фокальній площині приймати площину, в якій виходить найкраще зображення, відповідне найкращому розподілу енергії в зображенні точки.
Розташування цій площині залежить від залишкових аберацій системи і від застосовуваних при вимірах джерел світла та приймачів випромінювань.
Тому при подібних вимірах, якщо це не обумовлено спеціальними вимогами, бажано контрольовану систему не діафрагмованою, а джерело світла і приймач випромінювань підбирати так, щоб їх спектральні характеристики були близькі до тих, які мають місце в реальних умовах експлуатації, в іншому випадку необхідно враховувати відповідну 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 відстані 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 фокальній площині об'єктива коліматора.
В обох положеннях мікроскопа 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 наявними на ній найдрібніших подряпин. Поверхня лінзи висвітлюють джерелом світла, розташованим збоку.
Якщо подряпини видно погано, то на поверхню наносять кілька порошин лікоподію, крейди або пудри, іноді на поверхню досить подихати і потім фокусувати по бульбашок води.
У більшості випадків достатньо застосовувати збільшення мікроскопа порядку 20-30 х. При вимірі негативних систем або об'єктив мікроскопа замінюють телефото позитивної лінзою, або весь мікроскоп замінюють зоровою трубою 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 позитивних вершинних фокусних відстаней, з перевищує 1%, що цілком достатньо для порівняння отриманих. результатів з розрахунковими даними.
Точність визначення негативних вершинних фокусних відстаней взагалі менше точності позитивних і зменшується зі збільшенням абсолютних величин вершинних відстаней.
При випробуванні добре коригованого системи точність вимірів можна значно підвищити, якщо її не діафрагмованою. 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 вершинних фокусних відстаней в умовах масового виробництва.
Пучок променів, що виходять із щілини S коліматора, освітлюваної лампою розжарювання 1, проходить об'єктив коліматора 2, додатковий об'єктив 3, контрольовану лінзу 4 і, відбившись від дзеркала 6, сходиться в фокальній площині об'єктива зорової 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 (
Додатковий об'єктив 3 є змінним і розраховується окремо для кожного типу піддослідних лінз з компенсацією їх сферичних і хроматичної аберації.
Зображення щілини
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.
Об'єктив 3 переміщається за допомогою мікрометренного механізму, за яким це зміщення відраховують.
Вершинні фокусні відстані вимірюють наступним чином. У прилад, юстіровать по еталонної лінзі, вставляють контрольовану, лінзу зазначеним вище способом, знову поєднуються зображення щілини; отримане при цьому зміщення додаткового 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
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 мікроскопа і вимірюють за допомогою окуляр-мікрометра.
звідси
Позначивши
Якщо фокусна відстань коллиматорного об'єктива невідомо, 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.
Фокусна відстань об'єктиву коліматора одно
У залежності від величини фокусної відстані випробуваної системи вимірювання виконують або окуляр-мікрометром, якщо в полі зору мікроскопа видно відразу симетрична пара штрихів колліматорної сітки, або переміщенням всього мікроскопа.
Для цієї мети мікроскоп встановлюють на спеціальній каретці, забезпеченою мікро-метренним гвинтом.
Перший спосіб застосовується для вимірювання об'єктивів з фокусними відстанями до
Сумарна похибка вимірювання
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, сприймається 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
1. Малов О.М., Законников Обробка деталей оптичних приладів. Машинобудування, 2006. - 304 с.
2. Бардін О.М. Збірка і юстирування оптичних приладів. Вища школа, 2005. - 325с.
3. Кривов'яз Л.М., Пуряев Д.Т., Знам'янська М.А. Практика оптичної вимірювальної лабораторії. Машинобудування, 2004. - 333 с.