Оптические системы контрольно-юстировочных и измерительных приборов (стр. 1 из 2)

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

РЕФЕРАТ

на тему:

«ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЬНО-ЮСТИРОВОЧНЫХ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ»

МИНСК, 2008

1. КОЛЛИМАТОРЫ

Коллиматор является одним из основных приборов для контроля сборки, юстировки и испытания качества оптико-механических приборов и применяется для получения пучка параллельных лучей, т. с. бесконечно удаленных объектов наблюдения. Он состоит из длиннофокусного объектива, тест-объекта, установленного в его фокусе, и осветительного устройства (рис. 1.1).

Рис. 1. Коллиматор. Осветительные устройства:

1-мира; 2-конденсор; 3-матовое стекло; 4-молочная лампочка; 5-точечная диафрагма; 6-коллиматор

В качестве тест-объекта применяют:

1)точечную диафрагму диаметром 0,01-0,5 мм (в зависимости от фокусных расстояний объективов коллиматора и испытуемого) для наблюдения искусственной звезды;

2)регулируемую или сменную щелевую диафрагму для спектральных и угловых измерений и для измерения аберраций;

3) сетки для измерения фокусных расстояний, увеличения угла поля зрения и др.;

4) штриховые или радиальные миры для измерения разрешающей способности и качества изображения.

Осветительное устройство состоит из источника света - электрической или дуговой лампы, или из источника света к конденсора.

Точечная или щелевая диафрагма освещаются обычной электрической лампочкой с помощью конденсора, который конденсирует пучок лучей на диафрагму. Стеклянные шкалы, сетки и миры, установленные в фокусе объектива коллиматора, освещаются матированной или молочной лампочкой через матовое стекло. Так как при этом используется незначительная часть светового потока лампочки, рационально применять конденсор, проектирующий тело накала лампы во входной зрачок объектива коллиматора.

Для наблюдения и измерения коллиматор снабжается зрительной трубой, или шкаловым микроскопом, или микроскоп-микрометром. Для установки перед объективом коллиматора испытываемых приборов и оптических систем служат различные держатели и приспособления с зажимными устройствами.

Для измерительных целей и удобства установки объектива коллиматора па бесконечность коллиматор снабжается кремальерной выдвижкой со шкалой иониусом. Кремальерная выдвижка часто применяется для определения величины расфокусировки и плоскости наилучшей установки объектива фотоаппарата.

Объектив, тест-объект и осветительное устройство монтируют в металлической пли иной трубе, исключающей движение воздуха и его резкие температурные изменения. Коллиматор вместе с сто приспособлениями устанавливают па основание.

Если коллиматоры находятся в помещении, близко расположенном от городского или железнодорожного транспорта, то для исключения тряски их приходится подвешивать па амортизаторах.

Требования к объективам коллиматоров

Фокусное расстояние объектива коллиматора должно быть примерно в 3-5 раз больше фокусного расстояния испытуемой системы. В этом случае коллиматор не так будет чувствителен к расфокусировки и погрешность установки миры, диафрагмы или шкалы в фокусе объектива коллиматора будет мало влиять на точность измерений испытуемой системы: фокусных л вершинных фокусных расстояний, увеличения, поля зрения, разрешающей способности и т. п. При этом условии мира или точечная диафрагма оказывается достаточно крупной, требует менее точного изготовления.

Расстояние между штрихами миры, установленной в коллиматоре, больше, чем расстояние между штрихами в её изображении, даваемом испытуемым объективом, в

раз, а разрешаемое расстояние - мало, некоторые объективы разрешают до 500-800 лин/мм и более.

Фокусное расстояние объектива коллиматора должно быть не менее

- фокусного расстояния испытуемого объектива.

Величина фокусного расстояния объектива коллиматора должна занимать одно из мест нормального ряда фокусных расстояний коллиматоров: 600, 1200, 1600, 2500 или 3000 мм. Относительное отверстие должно быть не менее 1:15 и лучше 1:8 – 1:10. При этих относительных отверстиях ещё не сказываются явления дифракции и сравнительно легко устраняются аберрации при расчёте объектива, а диаметр объектива оказывается достаточно большим для испытания и светосильных систем.

Угол поля зрения длиннофокусных объективов коллиматоров (600-3000 мм) составляет около

и является достаточным для расположения в его фокальной плоскости различного вида мир, сеток, диафрагм и т.п. Желательно, чтобы объект не занимал большее поле зрения, так как испытуемые объективы зрительных труб в пределах угла поля в 30’-60’ не дают заметных изменений качества изображения вследствие их аберраций. Для фотообъективов этот угол больше и может достигать .

2. АВТОКОЛЛИМАТОРЫ

Если к коллиматору или микроскопу присоединён автоколлимационный окуляр для освещения сетки и наблюдения её отражённого изображения от зеркала, рассматриваемого в плоскости сетки, то получают контрольно-юстировочный и измерительный прибор, называемый автоколлиматором. Зеркало может быть заменено любой полированной поверхностью измеряемой детали или узла. Автоколлиматор снабжается столиком или таким устройством крепления контролируемых деталей и узлов, которое может иметь лимб, микрометры, шкалы, определяющие положение стола и контролируемой детали.

Рис.2. Автоколлиматор

Автоколлиматор находит широкое применение, например, для контроля плоскопараллельности и клиновидности защитных стекол, сеток и светофильтров, для измерения углов призм и клиньев и контроля центрировки линз. Автоколлимационными трубами снабжены такие приборы, как оптиметры, спектрометры, гониометры, микроскопы и др.

Автоколлиматор имеет повышенную чувствительность по сравнению с другими измерительными приборами, в нём повороту зеркала от нормали к падающему лучу на угол α соответствует поворот луча относительно первоначального направления на двойной угол или смещение изображения в плоскости сетки на

.

Выбирая длину плеча оптического рычага, равную фокусному расстоянию объектива автоколлиматора, можно в поле зрения получить значительное смещение отражённого изображения сетки при небольшом повороте зеркала.

Автоколлиматоры различают как по конструкции применяемых измерительных устройств (шкалы с иониусом, микрометренные винты с барабанами и лимбы), так и по типу применяемых автоколлимационных окуляров.

Автоколлимационные окуляры

Окуляр с призмой-куб и двумя сетками(рис.4) получил широкое распространение в контрольно-юстировочных приборах. Поскольку призма-куб находится до первого фокуса окуляра, можно применять и короткофокусные окуляры. Все поле зрения для наблюдений свободно, сетки обычно различные: на одной индекс (крест, штрих и т. п.)

Рис. 3. Окуляр с призмой-куб и Рис.4. Окуляр с призмой-куб одной сеткой и двумя сетками

3. ДИНАМЕТРЫ И ДИОПТРИЙНАЯ ТРУБКА

Динаметр служит для измерения величины диаметра и удаления выходного зрачка зрительных труб и микроскопов. Эти измерения важны, так как квадрат диаметра выходного зрачка характеризует светосилу зрительной трубы, а выдерживание удаления выходного зрачка позволяет правильно расположить зрачок глаза и исключить срезание и виньетирование краев поля зрения.

Рис.5. Динаметр Рамсдена Рис.6. Динаметр Чапского

Динаметр Рамсдена (рис.5) состоит из двух трубок, входящих одна в другую. Во внутренней трубке находится окуляр или сложная лупа с увеличением 10-15^х. Со стороны глаза, против окуляра, трубка заканчивается глазной раковиной. Для фокусировки по глазу на резкое видение делений шкалы эта трубка от руки передвигается во второй трубке, в которой установлена шкала с ценой деления 0,1 мм. Обе трубки передвигаются для резкого видения краев выходного зрачка испытуемой трубы, к оправе окуляра которой и приставляется динаметр торцом внешней, третьей трубки. По шкале динаметра производится отсчет числа делений, укладывающихся по диметру выходного зрачка. Число делений, укладывающихся по диаметру выходного зрачка, деленное на десять, будет диаметром выходного зрачка в миллиметрах.

Удаление выходного зрачка от последней поверхности линз окуляра испытуемой трубы получается как разность отсчетов по внешней шкале второй трубки при наведении динаметра на резкое видение краев выходного зрачка и последней поверхности окуляра или края оправы.

Динаметр Чапского (рис.6.) применяется для измерения диаметра и удаления выходного зрачка труб, у которых выходной зрачок расположен внутри трубы (например, труба Галилея или фотообъективы). Чтобы применить для этих измерений динаметр Рамсдена, его усложняют линзой (или склеенным из двух линз объективом), которая устанавливается перед шкалой - динаметра на ее двойном фокусном расстоянии. Таким образом, линза (или объектив) дает обратное изображение, шкалы окуляра впереди динаметра, удаленное на ее двойное фокусное расстояние от линзы. Изображение шкалы динаметра можно совместить с выходным зрачком системы и измерить его диаметр и удаление от последней поверхности окуляра. Измерение диаметров выходных зрачков у бинокулярных приборов важно еще и потому, что таким образом можно убедиться в равенстве увеличений обеих трубок. Это важно для характеристики бинокулярной системы, так как при разности увеличений более 3-5% глаза быстрее утомляются. При еще большей разности увеличений в отдельных трубках бинокулярной системы (до 10%) могут наступить затруднения в стереоскопическом зрении.