Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Измерение характеристик оптических деталей и приборов

Екатеринбург 2011

Составители Е.М.Гоголева, Е.П. Фарафонтова

Научный редактор: проф., д-р техн. наук В.А. Дерябин

ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ И ПРИБОРОВ: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Прикладная оптика». Екатеринбург: УрФУ, 2011. 36 с.

Даны методики аттестации коллиматора и зрительной трубы, методики измерения толщины плоскопараллельной пластины, углов отражательных призм, основных параметров объектива и измерение оптических характеристик телескопических систем. Изложены теоретические основы используемых методов, а также приведены сведения о приборах, применяемых при измерениях.

Библиогр.: 6 назв. Рис. 21. Табл. 2.

Подготовлено кафедрой «Технология стекла»

© Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2011

Лабораторные работы являются важнейшим этапом освоения дисциплины «Прикладная оптика». В результате проведения работ студент знакомится с большим количеством контрольно-измерительной аппаратуры и приобретает опыт работы с ней, осваивает основные методы контроля оптических характеристик деталей и приборов.

Лабораторная работа 1. Установка коллиматора на «бесконечность»

Целью работы является установка тест-объекта в фокальную плоскость объектива коллиматора и определение отсчета по шкале кремальерного механизма, соответствующего положению «бесконечность».

Коллиматор – это один из основных контрольно-юстировочных приборов, применяемых при сборке и контроле качества изображения оптических приборов; его используют для искус­ственного создания бесконечно удаленной точки визирования [6].

Коллиматор входит составной частью в целый ряд контроль­ных и измерительных приборов (гониометр, оптиметр, оптическая скамья и др.). Размеры фокусных расстояний объективов коллиматоров колеблются от сотни миллиметров до нескольких метров.

Оптическая схема коллиматора (рис. 1) состоит из длиннофокусного объектива 3, в фокальной плоскости которого помещен тест-объект 2, и осветительной системы 1. Тест-объекты – это измерительные элементы в виде точечных или щелевых диафрагм, различных сеток и мир.

1 – осветительная система, 2 – тест-объект, 3 – длиннофокусный объектив

Рис. 1. Оптическая схема коллиматора

Осветительная система коллиматора служит для освещения тест-объектов. Оптическая схема осветительного устройства коллиматора состоит из источника излучения, конденсора, матового стекла и комплекта светофильтров.

Конденсор проецирует изображение источника света непосредственно в плоскость точечной диафрагмы, так как в этом случае энергия источника излучения используется наиболее полно. При освещении сеток и мир проецируют изображение источника излучения при помощи конденсора во входной зрачок объектива коллиматора.

В коллиматорных системах применяют одно-, двух-, трех- и четырехлинзовые конденсоры с асферическими поверхностями и зеркально-линзовые. Для равномерного освещения мир и сеток между источником излучения и сеткой устанавливают молочное или матовое стекло.

Сетка представляет собой плоскопараллельную пластину из оптического стекла. На сетках наносят перекрестие, линейные или угловые шкалы, штрихи, цифры и т. п.

Для измерений и установки на «бесконечность» коллиматор снабжен кремальерным механизмом с отсчетной шкалой и нониусом, позволяющим перемещать тест-объект 2 вдоль оптической оси. Перемещение тест-объекта отсчитывают по шкале в линейной или диоптрийной мере.

Объектив 3 коллиматора представляет собой двухлинзовый (склеенный или несклеенный) объектив с хорошей коррекцией на хроматическую, сферическую и другие аберрации. Кома, астигматизм и дисторсия также исправляются в пределах углового поля объектива.

Угловое поле длиннофокусных объективов коллиматора составляет 1...30 градусов, что является достаточным для установки в фокальной плоскости объектива измерительных элементов.

Относительное отверстие объективов коллиматора находится в пределах от 1:4 до 1:15.

Измерительными элементами или тест-объектами контрольных оптических систем коллиматорного типа являются:

• точечные диафрагмы диаметром 0,01...0,5 мм для контроля качества изображения оптических систем, центрирования линз и линзовых сборочных единиц и т. п.;

• щелевые диафрагмы (сменные или регулируемые) для угловых и спектральных измерений, для измерения аберраций;

• сетки с различными шкалами для измерения оптических характеристик – фокусных расстояний, увеличения, углового поля и др.;

• миры – штриховые, радиальные, комбинированные для измерения разрешающей способности и оценки качества изображения оптических систем.

Зрительная труба

Коллиматор из оптической скамьи оформлен так, что он одновременно может служить и зрительной трубой. Для этого на подвижную часть трубы коллиматора, которая перемещается внутри неподвижной при помощи кремальерного механизма и фиксируется винтом, устанавливают сетку и окуляр (рис. 2).

1 – объектив; 2 – сетка; 3 – окуляр

Рис. 2. Оптическая схема зрительной трубы

Установка коллиматора на «бесконечность» производится по зрительной трубе, сетка которой предварительно установлена на «бесконечность», то есть находится в фокальной плоскости объектива зрительной трубы. Фокусное расстояние объектива зрительной трубы должно быть в 3-5 раз больше объектива выставляемого коллиматора.

Внимание! Коллиматор устанавливается на «бесконечность» для конкретного тест-объекта и для определенной длины волны спектра; при смене тест-объекта аттестация коллиматора на «бесконечность» производится заново.

Если в чертеже не указана длина волны – имеется ввиду сплошной спектр.