Измерение фокусных, вершинных фокусных и рабочих расстояний оптических систем

В процессе изготовления ЭОС приборов осу­ществляется контроль их оптических характеристик. Остановимся на некоторых из них, в частности, на определении фокусных рас­стояний f', вершинных фокусных расстояний S'F и рабочих рас­стояний А, т.е. расстояний от опорного торца оправы системы до фокальной плоскости.

Вершинные фокусные расстояния обычно контролируют при изготовлении отдельных и скл

еенных линз.

Фокусные расстояния проверяют в более сложных оптиче­ских системах, например, в объективах.

Рабочие расстояния измеряют в тех случаях, когда нужно знать расположение фокуса объектива относительно его опор­ного торца для последующего соединения испытуемой системы с какой-либо другой оптической или механической системой (рис.1).

В отличие от вершинных фокусных расстояний рабочее рас­стояние объектива можно изменять подрезкой опорного торца оправы или какого-либо промежуточного торца. Методику изме­рения указанных параметров выбирают в зависимости от поставленной в каждом конкретном случае задачи.

При контроле изготовления некоторых оптических деталей необходимо сравнивать измеренные и расчетные вершинные фокусные расстояния.

В чертежах на оптические детали обычно приводятся вели­чины фокусных расстояний и вершинных фокусных расстояний для параксиальных лучей, т. е. лучей, достаточно близких к оп­тической оси, для монохроматического света для линии нат­рия D (= 589,3 нм). Поэтому при измерении целесообразно диафрагмировать контролируемые детали, пропуская сквозь них узкие центральные пучки монохроматического света, создаваемого, например, с помощью интерференционного фильтра. Это особенно существенно при измерении несклеенных деталей, у которых сферическая и хроматическая аберрации весьма велики.

При определении фокусного расстояния и рабочего расстояния оптических систем целесообразно за положение фокальной пло­скости принимать плоскость, в которой получается наилучшее изображение, соответствующее наилучшему распределению энер­гии в изображении точки.

Местоположение этой плоскости зависит от остаточных аберра­ций системы и от применяемых при измерениях источников света и приемников излучений.

Поэтому при подобных измерениях, если это не обусловлено специальными требованиями, желательно контролируемую си­стему не диафрагмировать, а источник света и приемник излуче­ний подбирать так, чтобы их спектральные характеристики были близки к тем, которые имеют место в реальных условиях эксплуатации, в противном случае необходимо учитывать соответствующую разницу в положениях фокальной плоскости.

Например, при переходе от рабочего расстояния объектива, измеренного визуальным или фотоэлектрическим методом к фото­графическому рабочему расстоянию всегда учитывается величина смещения. Фокальной плоскости объектива.

Измерение вершинных фокусных расстояний

Измерение на оптической скамье. Вершинные фокусные рас­стояния положительных оптических деталей и систем измеряют на оптических скамьях типа ОСК-2, ОСК-3, а также на скамьях иностранных фирм.

При измерении вершинного фокусного расстояния микроскоп сначала фокусируют на заднюю поверхность контролируемой детали, а затем на изображение сетки, расположенной в фокаль­ной плоскости объектива коллиматора.

В обоих положениях ми­кроскопа снимают отсчеты по шкале с помощью иониуса. Разность отсчетов определяет вершинное фокусное расстояние.

Сетку коллиматора освещают электрической лампой через молочное или матовое стекло и светофильтр.

Фокусировку па поверхность линзы осуществляют по име­ющимся на ней мельчайшим царапинам. Поверхность линзы освещают источником света, располо­женным сбоку.

Если царапины видны плохо, то на поверхность наносят не­сколько пылинок ликоподия, мела или пудры; иногда на поверхность достаточно подышать и затем фоку­сировать по пузырькам воды.

В большинстве случаев достаточ­но применять увеличение микроско­па порядка 20—30х. При измерении отрицательных систем либо объектив микроскопа заменяют длиннофокус­ной положительной линзой, либо весь микроскоп заменяют зрительной тру­бой с положительной насадкой.

В этом случае наблюдательный прибор после наведения на поверхность следует перемещать в сторону коллиматора, а не в противоположную сторону, как это имеет место при измерении положительных систем. Погрешность опре­деления положительных вершинных фокусных расстояний, с превышает 1%, что вполне достаточно для сравнения полученных. результатов с расчетными данными.

Точность определения отри­цательных вершинных фокусных расстояний вообще меньше точности положительных и уменьшается с увеличением абсолютных величин вершинных расстояний.

При испытании хорошо корригированной системы точность измерений можно значительно повысить, если ее не диафрагмировать. В этом случае она зависит от качества коррекции системы и её апертуры.

При достаточно совершенной контролируемой системе ошибку наведения можно определить в мкм:

где и - апертурный угол испытуемой системы.

Схема измерений вершинных фокусных расстояний, предложенная Ю.В. Коломийцовым.

В этих случаях необходимо, чтобы апертура наблюдательного микроскопа была не меньше апертуры контролируемой системы.

Измерение по методу Ю. В. Коломийцова. Схема установки, предложенная Ю.В. Коломпйцовым, предназначена для быстрого относительного контроля положительных и отрицательных вер­шинных фокусных расстояний в условиях массового производства.

Пучок лучей, выходящих из щели S коллиматора, освещаемой лампой накаливания 1, проходит объектив коллиматора 2, допол­нительный объектив 3, контролируемую линзу 4 и, отразившись от зеркала 6, сходится в фокальной плоскости объектива зритель­ной трубы 9.

Полученное таким образом изображение S' щели коллиматора с помощью двух клиньев 7 и 8 разденется на две части, разведенные относительно друг друга по высоте (и ).

Дополнительный объектив 3 является сменным и рассчиты­вается отдельно для каждого типа испытуемых линз с компенса­цией их сферических и хроматических аберраций.

Изображения щели и будут расположены точно Друг над другом в, если фокус линзы 4 совпадает с фокусом дополнительного объектива.

В этом случае при отрицательной контролируемой линзе линза 4 и дополнительный объектив 3 образуют галилеевскую оптическую систему (а) при положительной испытуемой линзе — кеплеровскую систему (б).

Если фокусы линзы 4 и объектива 3 не совпадут, то изображения щели разойдутся (рис. 4, г), тогда их можно совме­стить перемещением дополнительного объектива 3.

Объектив 3 перемещается с помощью микрометренного меха­низма, по которому это смещение отсчитывают.

 Скачать реферат