Білоруський державний університет ІНФОМАТІКІ І РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
Кафедра ЕТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
«Контроль оптичних характеристик приладів»
МІНСЬК, 2008
Вимірювання оптичних характеристик телескопічних систем
Телескопічна система характеризується наступними основними параметрами: збільшенням, полем зору, розмірами і розташуванням зіниці виходу, пропусканням та світлорозсіювання.
Вимірювання збільшення телескопічних систем
У телескопічною системі видиме, лінійне і кутове збільшення є постійними величинами і пов'язані один з одним наступною залежністю:
Де Г - видиме збільшення;
2
2
Рис. 1. Схема вимірювання видимого збільшення телескопічної системи за лінійним збільшення.
Існує кілька методів вимірювання збільшення, заснованих на використанні формули (1).
Вимірювання збільшення за лінійним збільшення. Схема вимірювання представлена на рис. 1. Скляну масштабну шкалу 3 поміщають поблизу об'єктиву 4 випробуваної телескопічної системи. Зображення цієї шкали виходить недалеко від зіниці виходу системи. Для визначення збільшення вимірюють величину цього зображення з допомогою дінаметра 5, що представляє собою лупу, в фокальній площині якої встановлена сітка.
При вимірі до зовнішнього торця окуляра притискають тубус дінаметра і, пересуваючи в ньому трубку з лупою і сіткою, поєднують сітку дінаметра з зображенням шкали 3. Вимірявши величину зображення, знаходять видиме збільшення телескопічної системи за формулою
де
N 2 - число поділок шкали дінаметра, укладаються в
Скляна масштабна шкала може бути замінена круглої або прямокутної діафрагмами, розміри яких заздалегідь відомі. Діафрагма або шкала повинні бути освітлені денним розсіяним світлом або електролампою 1 через молочне або матове скло 2,
При вимірі лінійного збільшення позитивних телескопічних систем використовуються дінаметри Рамсден або Чапського. При вимірі збільшення негативних систем застосовується дінаметр Чапського.
Вимірювання видимого збільшення по кутовому збільшення. Для визначення видимого або кутового збільшення можна використовувати установку, що складається з коліматора 1 і зорової: труби 2 з сіткою (рис.2). Вимірювання на установці виконують в такій послідовності. Попередньо зорову трубу 2 візують на коліматор 1 і помічають, скільки поділок
Рис.2. Схема вимірювання видимого збільшення телескопічної системи по кутовому збільшення
Ставлення
Вимірювання поля зору телескопічних систем
Вимірювання поля зору телескопічної системи можна здійснити кількома методами.
Вимірювання поля зору за допомогою ширококутного коліматора. Схема вимірювань показана на рис.3. фокальній площині об'єктива коліматора 1 розташована шкалах двома взаємно перпендикулярними рядами поділів, оцифровка поділів якої, виконана в кутовій мірі.
За об'єктивом ширококутного коліматора встановлюють контрольовану систему 2 так, щоб центр се поля зору збігся з центром перехрестя шкали коліматора. Спостерігаючи в контрольовану систему, помічають, які поділу шкали коліматора ще видно на краях поля зору контрольованої системи.
Рис.3. Вимірювання поля зору телескопічної системи за допомогою ширококутного коліматора.
Відстань між цими поділками, виражене в кутовій мірі, і визначає поле зору контрольованої системи.
При перевірці негативної телескопічної системи (труба Галілея) необхідно врахувати наступне.
1. Поле зору такої системи різко не обмежена і освітленість зображення на краю поступово падає, тому визначення краю поля, а отже, і величини поля зору такої системи кілька умовно. У цьому випадку рекомендується змінювати спеціальні пристрої, що дозволяють визначати залежність падіння освітленості від величини кута поля зору.
Рис.4. Вимірювання поля зору телескопічної системи за допомогою рейки.
2. У негативних телескопічних системах польовий діафрагмою служить в більшості випадків оправа об'єктива, тому діаметр об'єктиву коліматора повинен бути більше діаметра контрольованої системи, в іншому випадку об'єктив коліматора обмежить поле зору контрольованої системи.
Вимірювання поля зору по рейці. Схема вимірювань показана на рис.9. Перед контрольованої системою 2 встановлюють рейку 1 з поділками на такій відстані, при якому ділення рейки будуть видні в системі
2 різко і без помітного на око паралакса.
Саму систему розташовують так, щоб її візирна вісь була приблизно горизонтальна. Знаючи відстань між поділами рейки, видимими на краях поля зору контрольованої системи, і вимірявши відстань від рейки до системи 2, визначають кут поля
Де А - відстань між поділами рейки, видимими на краях
поля зору;
L - відстань між рейкою і контрольованою системою 2.
Вимірювання діаметра зіниці виходу телескопічної системи і його видалення
Вимірювання виконують за допомогою дінаметров Рамсден або Чапського. На рис. 5, а показаний пристрій дінаметра Рамсден. Дінаметр являє собою трубку 3, вставлену в тубус 1, В трубці 3 укріплена скляна шкала 2, всередині неї є різьблення, за якою пересувається лупа 4 в оправі для фокусування її на шкалу. На циліндричну поверхню трубки 3 нанесені поділки з інтервалом 1 мм . За е. їм розподілам відраховують відстань від опорного торця тубуса 1 до скляної шкали дінаметра.
Для вимірювання діаметру зіниці виходу телескопічної системи і видалення його від зовнішнього краю окуляра попередньо фокусують лупу дінаметра на різке зображення його шкали. Потім, освітивши об'єктив системи розсіяним світлом і притискаючи тубус дінаметра до зовнішнього краю оправи окуляра телескопічної системи, пересувають трубку 3 всередині тубуса 1 до тих пір, поки не буде різко видно в лупу зіницю виходу системи.
Зіниця виходу зазвичай має вигляд світлого повного кола або кола, кілька зрізаного з однієї або двох сторін (якщо контрольована система має призми).
Далі за шкалою дінаметра вимірюють діаметр зіниці виходу, а за шкалою, нанесеною на трубці, відраховують відстань від торця окуляра контрольованої системи до її зіниці виходу.
У дінаметре Чапського (рис. 5, б) на відміну від дінаметра Рамсден попереду шкали поміщений об'єктив. Цей об'єктив розташований так, що скляна шкала дінаметра виявляється на подвійному фокусній відстані від об'єктива. Отже, в площині скляній шкали дінаметра будуть різко видно предмети, що знаходяться на подвійному фокусній відстані від об'єктива дінаметра.
Рис. 5. Схема дінаметров Рамсден і Чапського.
Головна перевага дінаметра Чапського - це можливість вимірювань розмірів зіниці виходу, що знаходиться всередині телескопічної системи. Це має місце, наприклад, в трубі Галілея, якщо її розглядати незалежно від ока, де зіницею виходу-системи служить зображення її об'єктива через окуляр, розташоване між окуляром і об'єктивом телескопічної системи.
У задньому фокусі лупи в обох дінаметрах розташовують невелику діафрагму, яка створює телецентричну хід цучей в просторі зображень (рис. 5, в). Тому незначні помилки у фокусуванні дінаметра на різке зображення зіниці виходу контрольованої системи не позначаються на точності вимірювань.
Вимірювання пропускання
Вимірювання корисного пропускання телескопічних приладів виконують на установці, подібної універсальному фотометру типу ІФТ-15А. Схема установки представлена на рис. 6.
Під вхідний отвір досліджуваного телескопічного приладу 3 направляється паралельно його оптичній осі пучок променів, що виходять з коллиматорного об'єктива фотометра. У фокальній площині об'єктива 2 коліматора знаходиться точкове джерело світла, як правило, круглий отвір в непрозорій діафрагмі 1, освітлене лампою розжарювання. За досліджуваним приладом за допомогою додаткової короткофокусної лінзи 4 або за допомогою поздовжнього переміщення окуляра приладу отримують зображення точкового джерела світла.
Рис. 6. Схема установки для вимірювання коефіцієнта світлопропускання телескопічних систем.
Обмежувальну діафрагму 5 встановлюють так, щоб її отвір був концентрично зображенню джерела світла. Діаметр отвору вибирають так, щоб через нього вільно проходив світловий потік, який утворює зображення точкового джерела світла (у тому числі промені, що утворюють у зображенні точкового джерела дифракційні і абераційні кільця, ореоли, облямівки), а світловий потік, нерегулярно пройшов через прилад і утворює фон навколо зображення, повинен бути затриманий. Світловий потік, що пройшов через отвір обмежувальної діафрагми, сприймається світлочутливим приймачем 6, фотострум якого реєструється гальванометром. Потім фотоприймач встановлюють перед вхідним отвором контрольованого приладу і реєструють показники гальванометра, пропорційні світловому потоку, що ввійшов в контрольований прилад. Коефіцієнтом корисного пропускання
Значення коефіцієнта корисної пропускання
Вимірювання корисного пропускання телескопічних спостережних приладів, таких, як біноклі, стереотруби, далекоміри і інші, виконують за допомогою селенового фотоелемента, відносний розподіл спектральної чутливості якого наведено до середнього ока спостерігача. Корекція характеристики спектральної чутливості фотоелемента досягається за допомогою двокомпонентного світлофільтра, що складається з плоскопараллельной скляної пластини з скла марки ЖЗС18 товщиною 2 мм і скла марки ЗС8 товщиною 2 мм . Ступінь досягнутого наближення спектральної характеристики 1 селенового фотоелемента до кривої 2 спектральної чутливості ока показана на рис. 7.
Рис. 7. Спектральні характеристики чутливості ока і коригованого селенового фотоелемента.
Складні телескопічні системи, що включають в себе розділові призми, дзеркала, багатолінзові об'єктиви, неминуче мають деяку вибірковість в пропущенні променів різної довжини хвилі. Вибірковість корисного пропускання телескопічного приладу призводить до забарвленості поля зору, що в ряді випадків ускладнює роботу спостерігача і може бути джерелом помилок, наприклад в далекомірних пристроях, заснованих на зіставленні зображень двох оптичних каналів, а також при реєстрації світлових потоків, що виходять з телескопічної системи, за допомогою фотоелектричних приймачів. Тому спектральну вибірковість пропускання телескопічних систем у ряді випадків нормують і. в лабораторній практиці виникає необхідність вимірювання спектрального пропущення телескопічного приладу. Як правило, спектральна характеристика пропускання телескопічної системи описується досить плавною кривою, а тому немає необхідності пред'являти високі вимоги до монохроматичности. джерел випромінювання, що застосовуються при вимірах. Чистота спектру 8-10 нм цілком задовільна для цих вимірів. Спектральний коефіцієнт корисної пропускання обчислюють за формулою
Контроль якості зображення телескопічних систем
Оцінка якості зображення телескопічних систем здійснюється більш просто в порівнянні з фотографічними системами. Пояснюється це наступними обставинами.
1. Телескопічні системи краще коригувати, ніж фотографічні системи.
2. Телескопічні системи мають значно менше поле зору
3. Телескопічні системи зазвичай працюють спільно з оком, тому при оцінці якості зображення немає необхідності застосовувати тривалі за часом і складні за використовуваної апаратури фотографічні випробування.
Якість зображення телескопічних систем оцінюють трьома методами: по виду дифракційного зображення точки; за величиною візуальної роздільної сили і за якістю зображення місцевих предметів.
По виду дифракційного зображення точки, як правило, оцінюють лише якість приладів, застосовуваних в астрономії, для основної ж маси телескопічних приладів визначають візуальну роздільну силу.
Визначення візуальної роздільної сили. Перевірку роздільної сили виконують шляхом розглядання зображення стандартної штриховий світи, встановленої у фокальній площині коліматора.
Для більшості приладів роздільну силу визначають тільки в центрі поля зору і тільки для ширококутних систем декількох точках поля зору.
У телескопічних систем вищої якості фактична роздільна сила повинна дорівнювати теоретичної.
Для всіх інших телескопічних систем, наприклад для біноклів або стереотруб, необхідно, щоб роздільна сила після окуляра дорівнювала або була меншою Г, тобто забезпечувала тільки можливість використання власної роздільної сили очі. У цих випадках роздільну силу приладу розраховують за формулою
де Г - видиме збільшення телескопічної системи.
Формула дійсна для телескопічних систем, у яких вхідний зіницю більше зіниці ока. Подальше збільшення
Рис. 8. Схема вимірювання роздільної сили телескопічної системи.
роздільної сили вважають недоцільним, оскільки око спостерігача все одно не зможе її використовувати.
Схема установки для перевірки роздільної сили показана на рис. 13.
Установка складається з коліматора 1 з Мірою, контрольованої телескопічної системи 2 і додаткової зорової труби 3 зі збільшенням 2 -
Застосування додаткової труби призводить до того, що лімітуючим чинником при визначенні роздільної сили є сама контрольована система, а не око спостерігача, роздільна сила якого у різних спостерігачів коливається в деяких межах.
При перевірці роздільної сили необхідно окуляр допоміжної трубки встановити на різке зображення її сітки, а потім фокусуванням окуляра контрольованої системи добиті різкого зображення світи коліматора. У цьому випадку контрольована система буде представляти собою телескопічну систему.
Деякі телескопічні системи мають нерухомі окуляри. Ці системи або заздалегідь юстіровать так, що є телескопічними, або окуляр у них встановлений так, що з нього виходить завідомо розбіжний пучок у 0,5-1 діоптрію. Вважається, що така юстирування забезпечує меншу стомлюваність спостерігачів.
Для перевірки систем з нерухомими окулярами фокусування на різке зображення світи здійснюють толь зі перефокусування окуляра допоміжної зорової трубки.
При оцінці роздільної сили звертають увагу на якість зображення світи (наявність «хвостів», двійників, забарвленості) точно так само, як це було вказано при описі методу перевірки окремих оптичних деталей і вузлів.
У разі ширококутних телескопічних систем аналогічну перевірку проводять для кількох точок поля зору, при цьому як контрольовану систему, так і додаткову зорову трубку повертають на кути, відповідні кутах поля зору.
Дослідні зразки телескопічних систем також оцінюють за якістю зображення місцевих предметів. При цьому звертають увагу на різкість зображень в центрі поля зору, відсутність спотворення масштабу і різкість зображень по поля зору, а також на відсутність забарвленості зображень як в центрі поля, так і по всьому полю зору.
Оцінка зображення по місцевих предметах є якісною і до певної міри суб'єктивною, однак вона є і остаточною.
Контроль якості зображення мікроскопічних систем
До мікроскопічним систем пред'являють дуже високі вимоги за якістю зображення.
Роздільну силу мікроскопічної системи визначають такими формулами:
при висвітленні прозорих предметів вузьким центральним пучком
світла і
.
при висвітленні прозорих предметів вузьким косим пучком з використанням всієї апертури конденсора, рівної апертурі об'єктива мікроскопа.
Тут
А - числова апертура мікрооб'ектіва. Для забезпечення роздільної сили необхідний правильний підбір загального збільшення мікроскопа. Збільшення мікроскопа розраховують з умови, щоб кутова відстань між зображеннями розглянутих об'єктів по відношенню до центру зіниці ока спостерігача перебувало у межах 2 -
Якщо взяти довжину хвилі світла, при якій відбуваються спостереження, К = 0,00055 мм і відстань до зображення рівним 250 мм, то необхідне збільшення визначається за формулою
500А <Г <1000А,
де Г-необхідне загальне збільшення мікроскопа; А - числова апертура мікрооб'ектіва.
Правильно виготовлена мікроскопічна система майже автоматично забезпечує високу роздільну силу, близьку до теоретичної.
Виходячи з цього, в практиці контролю мікроскопічних систем визначення їх роздільної сили відбувається дуже рідко, а зазвичай обмежуються перевіркою якості зображення.
Визначення якості зображення. Найбільш поширеним методом перевірки; якості зображення мікроскопічної системи є оцінка її по вигляду дифракційного зображення світної точки.
В якості об'єкта використовують скляну пластинку, покриту тонким шаром срібла. Зазвичай в цьому шарі є численні дрібні отвори. Спостерігач розглядає ці отвори за допомогою мікроскопа, для чого платівку поміщають на предметний столик мікроскопа.
Серед наявних на платівці отворів завжди можна виявити отвори таких розмірів, зображення яких представляють собою чітку дифракційну картину точки.
Оцінка якості дифракційного зображення точки, створюваного мікроскопічної системою, здійснюється аналогічно оцінці інших оптичних систем.
Рис. 9. Схема вимірювання роздільної сили мікрооб'ектівов за методом Т. І. Соколовою.
Визначення роздільної сили.
До теперішнього часу не вдалося отримати стандартних штрихових світ, придатних за своїми розмірами для перевірки мікроскопічних систем.
Автоколімаційних метод перевірки роздільної сили мікрооб'ектівов був запропонований Т. І. Соколовою. Схема вимірювань цим методом представлена на рис. 9. Світло від джерела 1 через конденсор 2 висвітлює світі 3, розташовану в площині зображення мпкрооб'ектпва 5. Далі пучки світла, відбившись від напівпрозорої гіпотенузной межі допоміжної призми-куб 4, проходять через випробуваний об'єктив 5, відбиваються від допоміжного дзеркала 6, встановленого в предметній площині об'єктива 5, знову проходять об'єктив 5, призму-куб 4 і утворюють автоколлимационной зображення світи 3 в сполученої площині зображення 7 мікрооб'ектіва. Це зображення розглядають за допомогою окуляра 8.
Розміри світи 3 визначають з урахуванням збільшення контрольованого мікрооб'ектіва. Таким чином, запропонований Т. І. Соколовою метод створює можливість застосування стандартних штрихових світ для оцінки якості зображення мікрооб'ектівов, проте слід врахувати, що за такої оцінки роздільної сили світло двічі проходить через контрольований об'єктив
ЛІТЕРАТУРА
1. Довідник технолога-машинобудівника в 2-х частинах. Під редакцією А.М. Дальського, А.Г. Косилової, Р.К. Мещерякова. Машинобудування 2001
2. Зубаков В.Г., Семибрату М.Н.. Штандель С.К. Технологія оптичних деталей. Машинобудування, 2005. - 368 с.
3. Епштейн М.І. Вимірювання оптичного випромінювання в електроніці. Енергоіздат, 2000. - 265 с.
Кафедра ЕТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
«Контроль оптичних характеристик приладів»
МІНСЬК, 2008
Вимірювання оптичних характеристик телескопічних систем
Телескопічна система характеризується наступними основними параметрами: збільшенням, полем зору, розмірами і розташуванням зіниці виходу, пропусканням та світлорозсіювання.
Вимірювання збільшення телескопічних систем
У телескопічною системі видиме, лінійне і кутове збільшення є постійними величинами і пов'язані один з одним наступною залежністю:
Де Г - видиме збільшення;
2
2
Рис. 1. Схема вимірювання видимого збільшення телескопічної системи за лінійним збільшення.
Існує кілька методів вимірювання збільшення, заснованих на використанні формули (1).
Вимірювання збільшення за лінійним збільшення. Схема вимірювання представлена на рис. 1. Скляну масштабну шкалу 3 поміщають поблизу об'єктиву 4 випробуваної телескопічної системи. Зображення цієї шкали виходить недалеко від зіниці виходу системи. Для визначення збільшення вимірюють величину цього зображення з допомогою дінаметра 5, що представляє собою лупу, в фокальній площині якої встановлена сітка.
При вимірі до зовнішнього торця окуляра притискають тубус дінаметра і, пересуваючи в ньому трубку з лупою і сіткою, поєднують сітку дінаметра з зображенням шкали 3. Вимірявши величину зображення, знаходять видиме збільшення телескопічної системи за формулою
де
N 2 - число поділок шкали дінаметра, укладаються в
Скляна масштабна шкала може бути замінена круглої або прямокутної діафрагмами, розміри яких заздалегідь відомі. Діафрагма або шкала повинні бути освітлені денним розсіяним світлом або електролампою 1 через молочне або матове скло 2,
При вимірі лінійного збільшення позитивних телескопічних систем використовуються дінаметри Рамсден або Чапського. При вимірі збільшення негативних систем застосовується дінаметр Чапського.
Вимірювання видимого збільшення по кутовому збільшення. Для визначення видимого або кутового збільшення можна використовувати установку, що складається з коліматора 1 і зорової: труби 2 з сіткою (рис.2). Вимірювання на установці виконують в такій послідовності. Попередньо зорову трубу 2 візують на коліматор 1 і помічають, скільки поділок
Рис.2. Схема вимірювання видимого збільшення телескопічної системи по кутовому збільшення
Ставлення
Вимірювання поля зору телескопічних систем
Вимірювання поля зору телескопічної системи можна здійснити кількома методами.
Вимірювання поля зору за допомогою ширококутного коліматора. Схема вимірювань показана на рис.3. фокальній площині об'єктива коліматора 1 розташована шкалах двома взаємно перпендикулярними рядами поділів, оцифровка поділів якої, виконана в кутовій мірі.
За об'єктивом ширококутного коліматора встановлюють контрольовану систему 2 так, щоб центр се поля зору збігся з центром перехрестя шкали коліматора. Спостерігаючи в контрольовану систему, помічають, які поділу шкали коліматора ще видно на краях поля зору контрольованої системи.
Рис.3. Вимірювання поля зору телескопічної системи за допомогою ширококутного коліматора.
Відстань між цими поділками, виражене в кутовій мірі, і визначає поле зору контрольованої системи.
При перевірці негативної телескопічної системи (труба Галілея) необхідно врахувати наступне.
1. Поле зору такої системи різко не обмежена і освітленість зображення на краю поступово падає, тому визначення краю поля, а отже, і величини поля зору такої системи кілька умовно. У цьому випадку рекомендується змінювати спеціальні пристрої, що дозволяють визначати залежність падіння освітленості від величини кута поля зору.
Рис.4. Вимірювання поля зору телескопічної системи за допомогою рейки.
2. У негативних телескопічних системах польовий діафрагмою служить в більшості випадків оправа об'єктива, тому діаметр об'єктиву коліматора повинен бути більше діаметра контрольованої системи, в іншому випадку об'єктив коліматора обмежить поле зору контрольованої системи.
Вимірювання поля зору по рейці. Схема вимірювань показана на рис.9. Перед контрольованої системою 2 встановлюють рейку 1 з поділками на такій відстані, при якому ділення рейки будуть видні в системі
2 різко і без помітного на око паралакса.
Саму систему розташовують так, щоб її візирна вісь була приблизно горизонтальна. Знаючи відстань між поділами рейки, видимими на краях поля зору контрольованої системи, і вимірявши відстань від рейки до системи 2, визначають кут поля
Де А - відстань між поділами рейки, видимими на краях
поля зору;
L - відстань між рейкою і контрольованою системою 2.
Вимірювання діаметра зіниці виходу телескопічної системи і його видалення
Вимірювання виконують за допомогою дінаметров Рамсден або Чапського. На рис. 5, а показаний пристрій дінаметра Рамсден. Дінаметр являє собою трубку 3, вставлену в тубус 1, В трубці 3 укріплена скляна шкала 2, всередині неї є різьблення, за якою пересувається лупа 4 в оправі для фокусування її на шкалу. На циліндричну поверхню трубки 3 нанесені поділки з інтервалом
Для вимірювання діаметру зіниці виходу телескопічної системи і видалення його від зовнішнього краю окуляра попередньо фокусують лупу дінаметра на різке зображення його шкали. Потім, освітивши об'єктив системи розсіяним світлом і притискаючи тубус дінаметра до зовнішнього краю оправи окуляра телескопічної системи, пересувають трубку 3 всередині тубуса 1 до тих пір, поки не буде різко видно в лупу зіницю виходу системи.
Зіниця виходу зазвичай має вигляд світлого повного кола або кола, кілька зрізаного з однієї або двох сторін (якщо контрольована система має призми).
Далі за шкалою дінаметра вимірюють діаметр зіниці виходу, а за шкалою, нанесеною на трубці, відраховують відстань від торця окуляра контрольованої системи до її зіниці виходу.
У дінаметре Чапського (рис. 5, б) на відміну від дінаметра Рамсден попереду шкали поміщений об'єктив. Цей об'єктив розташований так, що скляна шкала дінаметра виявляється на подвійному фокусній відстані від об'єктива. Отже, в площині скляній шкали дінаметра будуть різко видно предмети, що знаходяться на подвійному фокусній відстані від об'єктива дінаметра.
Рис. 5. Схема дінаметров Рамсден і Чапського.
Головна перевага дінаметра Чапського - це можливість вимірювань розмірів зіниці виходу, що знаходиться всередині телескопічної системи. Це має місце, наприклад, в трубі Галілея, якщо її розглядати незалежно від ока, де зіницею виходу-системи служить зображення її об'єктива через окуляр, розташоване між окуляром і об'єктивом телескопічної системи.
У задньому фокусі лупи в обох дінаметрах розташовують невелику діафрагму, яка створює телецентричну хід цучей в просторі зображень (рис. 5, в). Тому незначні помилки у фокусуванні дінаметра на різке зображення зіниці виходу контрольованої системи не позначаються на точності вимірювань.
Вимірювання пропускання
Вимірювання корисного пропускання телескопічних приладів виконують на установці, подібної універсальному фотометру типу ІФТ-15А. Схема установки представлена на рис. 6.
Під вхідний отвір досліджуваного телескопічного приладу 3 направляється паралельно його оптичній осі пучок променів, що виходять з коллиматорного об'єктива фотометра. У фокальній площині об'єктива 2 коліматора знаходиться точкове джерело світла, як правило, круглий отвір в непрозорій діафрагмі 1, освітлене лампою розжарювання. За досліджуваним приладом за допомогою додаткової короткофокусної лінзи 4 або за допомогою поздовжнього переміщення окуляра приладу отримують зображення точкового джерела світла.
Рис. 6. Схема установки для вимірювання коефіцієнта світлопропускання телескопічних систем.
Обмежувальну діафрагму 5 встановлюють так, щоб її отвір був концентрично зображенню джерела світла. Діаметр отвору вибирають так, щоб через нього вільно проходив світловий потік, який утворює зображення точкового джерела світла (у тому числі промені, що утворюють у зображенні точкового джерела дифракційні і абераційні кільця, ореоли, облямівки), а світловий потік, нерегулярно пройшов через прилад і утворює фон навколо зображення, повинен бути затриманий. Світловий потік, що пройшов через отвір обмежувальної діафрагми, сприймається світлочутливим приймачем 6, фотострум якого реєструється гальванометром. Потім фотоприймач встановлюють перед вхідним отвором контрольованого приладу і реєструють показники гальванометра, пропорційні світловому потоку, що ввійшов в контрольований прилад. Коефіцієнтом корисного пропускання
Значення коефіцієнта корисної пропускання
Вимірювання корисного пропускання телескопічних спостережних приладів, таких, як біноклі, стереотруби, далекоміри і інші, виконують за допомогою селенового фотоелемента, відносний розподіл спектральної чутливості якого наведено до середнього ока спостерігача. Корекція характеристики спектральної чутливості фотоелемента досягається за допомогою двокомпонентного світлофільтра, що складається з плоскопараллельной скляної пластини з скла марки ЖЗС18 товщиною
Рис. 7. Спектральні характеристики чутливості ока і коригованого селенового фотоелемента.
Складні телескопічні системи, що включають в себе розділові призми, дзеркала, багатолінзові об'єктиви, неминуче мають деяку вибірковість в пропущенні променів різної довжини хвилі. Вибірковість корисного пропускання телескопічного приладу призводить до забарвленості поля зору, що в ряді випадків ускладнює роботу спостерігача і може бути джерелом помилок, наприклад в далекомірних пристроях, заснованих на зіставленні зображень двох оптичних каналів, а також при реєстрації світлових потоків, що виходять з телескопічної системи, за допомогою фотоелектричних приймачів. Тому спектральну вибірковість пропускання телескопічних систем у ряді випадків нормують і. в лабораторній практиці виникає необхідність вимірювання спектрального пропущення телескопічного приладу. Як правило, спектральна характеристика пропускання телескопічної системи описується досить плавною кривою, а тому немає необхідності пред'являти високі вимоги до монохроматичности. джерел випромінювання, що застосовуються при вимірах. Чистота спектру 8-10 нм цілком задовільна для цих вимірів. Спектральний коефіцієнт корисної пропускання обчислюють за формулою
Контроль якості зображення телескопічних систем
Оцінка якості зображення телескопічних систем здійснюється більш просто в порівнянні з фотографічними системами. Пояснюється це наступними обставинами.
1. Телескопічні системи краще коригувати, ніж фотографічні системи.
2. Телескопічні системи мають значно менше поле зору
3. Телескопічні системи зазвичай працюють спільно з оком, тому при оцінці якості зображення немає необхідності застосовувати тривалі за часом і складні за використовуваної апаратури фотографічні випробування.
Якість зображення телескопічних систем оцінюють трьома методами: по виду дифракційного зображення точки; за величиною візуальної роздільної сили і за якістю зображення місцевих предметів.
По виду дифракційного зображення точки, як правило, оцінюють лише якість приладів, застосовуваних в астрономії, для основної ж маси телескопічних приладів визначають візуальну роздільну силу.
Визначення візуальної роздільної сили. Перевірку роздільної сили виконують шляхом розглядання зображення стандартної штриховий світи, встановленої у фокальній площині коліматора.
Для більшості приладів роздільну силу визначають тільки в центрі поля зору і тільки для ширококутних систем декількох точках поля зору.
У телескопічних систем вищої якості фактична роздільна сила повинна дорівнювати теоретичної.
Для всіх інших телескопічних систем, наприклад для біноклів або стереотруб, необхідно, щоб роздільна сила після окуляра дорівнювала або була меншою Г, тобто забезпечувала тільки можливість використання власної роздільної сили очі. У цих випадках роздільну силу приладу розраховують за формулою
де Г - видиме збільшення телескопічної системи.
Формула дійсна для телескопічних систем, у яких вхідний зіницю більше зіниці ока. Подальше збільшення
Рис. 8. Схема вимірювання роздільної сили телескопічної системи.
роздільної сили вважають недоцільним, оскільки око спостерігача все одно не зможе її використовувати.
Схема установки для перевірки роздільної сили показана на рис. 13.
Установка складається з коліматора 1 з Мірою, контрольованої телескопічної системи 2 і додаткової зорової труби 3 зі збільшенням 2 -
Застосування додаткової труби призводить до того, що лімітуючим чинником при визначенні роздільної сили є сама контрольована система, а не око спостерігача, роздільна сила якого у різних спостерігачів коливається в деяких межах.
При перевірці роздільної сили необхідно окуляр допоміжної трубки встановити на різке зображення її сітки, а потім фокусуванням окуляра контрольованої системи добиті різкого зображення світи коліматора. У цьому випадку контрольована система буде представляти собою телескопічну систему.
Деякі телескопічні системи мають нерухомі окуляри. Ці системи або заздалегідь юстіровать так, що є телескопічними, або окуляр у них встановлений так, що з нього виходить завідомо розбіжний пучок у 0,5-1 діоптрію. Вважається, що така юстирування забезпечує меншу стомлюваність спостерігачів.
Для перевірки систем з нерухомими окулярами фокусування на різке зображення світи здійснюють толь зі перефокусування окуляра допоміжної зорової трубки.
При оцінці роздільної сили звертають увагу на якість зображення світи (наявність «хвостів», двійників, забарвленості) точно так само, як це було вказано при описі методу перевірки окремих оптичних деталей і вузлів.
У разі ширококутних телескопічних систем аналогічну перевірку проводять для кількох точок поля зору, при цьому як контрольовану систему, так і додаткову зорову трубку повертають на кути, відповідні кутах поля зору.
Дослідні зразки телескопічних систем також оцінюють за якістю зображення місцевих предметів. При цьому звертають увагу на різкість зображень в центрі поля зору, відсутність спотворення масштабу і різкість зображень по поля зору, а також на відсутність забарвленості зображень як в центрі поля, так і по всьому полю зору.
Оцінка зображення по місцевих предметах є якісною і до певної міри суб'єктивною, однак вона є і остаточною.
Контроль якості зображення мікроскопічних систем
До мікроскопічним систем пред'являють дуже високі вимоги за якістю зображення.
Роздільну силу мікроскопічної системи визначають такими формулами:
при висвітленні прозорих предметів вузьким центральним пучком
світла і
при висвітленні прозорих предметів вузьким косим пучком з використанням всієї апертури конденсора, рівної апертурі об'єктива мікроскопа.
Тут
А - числова апертура мікрооб'ектіва. Для забезпечення роздільної сили необхідний правильний підбір загального збільшення мікроскопа. Збільшення мікроскопа розраховують з умови, щоб кутова відстань між зображеннями розглянутих об'єктів по відношенню до центру зіниці ока спостерігача перебувало у межах 2 -
Якщо взяти довжину хвилі світла, при якій відбуваються спостереження, К = 0,00055 мм і відстань до зображення рівним 250 мм, то необхідне збільшення визначається за формулою
500А <Г <1000А,
де Г-необхідне загальне збільшення мікроскопа; А - числова апертура мікрооб'ектіва.
Правильно виготовлена мікроскопічна система майже автоматично забезпечує високу роздільну силу, близьку до теоретичної.
Виходячи з цього, в практиці контролю мікроскопічних систем визначення їх роздільної сили відбувається дуже рідко, а зазвичай обмежуються перевіркою якості зображення.
Визначення якості зображення. Найбільш поширеним методом перевірки; якості зображення мікроскопічної системи є оцінка її по вигляду дифракційного зображення світної точки.
В якості об'єкта використовують скляну пластинку, покриту тонким шаром срібла. Зазвичай в цьому шарі є численні дрібні отвори. Спостерігач розглядає ці отвори за допомогою мікроскопа, для чого платівку поміщають на предметний столик мікроскопа.
Серед наявних на платівці отворів завжди можна виявити отвори таких розмірів, зображення яких представляють собою чітку дифракційну картину точки.
Оцінка якості дифракційного зображення точки, створюваного мікроскопічної системою, здійснюється аналогічно оцінці інших оптичних систем.
Рис. 9. Схема вимірювання роздільної сили мікрооб'ектівов за методом Т. І. Соколовою.
Визначення роздільної сили.
До теперішнього часу не вдалося отримати стандартних штрихових світ, придатних за своїми розмірами для перевірки мікроскопічних систем.
Автоколімаційних метод перевірки роздільної сили мікрооб'ектівов був запропонований Т. І. Соколовою. Схема вимірювань цим методом представлена на рис. 9. Світло від джерела 1 через конденсор 2 висвітлює світі 3, розташовану в площині зображення мпкрооб'ектпва 5. Далі пучки світла, відбившись від напівпрозорої гіпотенузной межі допоміжної призми-куб 4, проходять через випробуваний об'єктив 5, відбиваються від допоміжного дзеркала 6, встановленого в предметній площині об'єктива 5, знову проходять об'єктив 5, призму-куб 4 і утворюють автоколлимационной зображення світи 3 в сполученої площині зображення 7 мікрооб'ектіва. Це зображення розглядають за допомогою окуляра 8.
Розміри світи 3 визначають з урахуванням збільшення контрольованого мікрооб'ектіва. Таким чином, запропонований Т. І. Соколовою метод створює можливість застосування стандартних штрихових світ для оцінки якості зображення мікрооб'ектівов, проте слід врахувати, що за такої оцінки роздільної сили світло двічі проходить через контрольований об'єктив
ЛІТЕРАТУРА
1. Довідник технолога-машинобудівника в 2-х частинах. Під редакцією А.М. Дальського, А.Г. Косилової, Р.К. Мещерякова. Машинобудування 2001
2. Зубаков В.Г., Семибрату М.Н.. Штандель С.К. Технологія оптичних деталей. Машинобудування, 2005. - 368 с.
3. Епштейн М.І. Вимірювання оптичного випромінювання в електроніці. Енергоіздат, 2000. - 265 с.