Рис. 34.3. Дифракционные изображения точки
34.3.2.Контроль качества изображения
спомощью штриховой миры
Врезультате тщательного визуального рассмотрения изображения штрихов миры можно выявить и оценить остаточные аберрации системы. Присутствие сферической аберрации характеризуется наличием фона в виде слабого рассеянного по всему полю света. Хроматическая аберрация вызывает цветную окраску штрихов, особенно у краев изображения.
При наличии астигматизма резко видны только штрихи одного направления, например, горизонтальные. Для того чтобы резко увидеть штрихи другого направления, необходима некоторая перефокусировка оптической системы. Наличие «хвостов» в изображении линий миры указывает на наличие аберрации комы. Дисторсия дает общее подушкообразное или бочкообразное изображение квадрата миры, особенно заметное по контурам. Двоение изображения получается из-за некачественной сборки
иплохой центрировки объектива, а при проверке крышеобразных призм – из-за ошибки угла крыши.
Схема установки для контроля качества изображения, формируемого объективами, такая же, как и для контроля разрешающей способности объективов.
380
34.4. Определение фотометрических характеристик оптических приборов
34.4.1. Измерение коэффициента светопропускания
Коэффициентом светопропускания оптического прибора называ-
ется отношение светового потока Ф , выходящего из прибора и образую-
щего изображение предмета, к световому потоку Фо от этого предмета, который входит в испытуемую систему:
Ф / Фо.
Схема установки для измерения коэффициента полезного светопропускания телескопических систем представлена на рис. 34.4. В испытуемый прибор 5 направляется пучок лучей из коллиматора 3, в фокальной плоскости которого находится точечная диафрагма 2, подсвечиваемая источником 1. Пучок лучей после коллиматора ограничивается диафрагмой 4 до размера входного отверстия системы 5.
Рис. 34.4. Схема установки для измерения коэффициента светопропускания
За исследуемой системой 5 путем продольного перемещения окуляра прибора или фокусирующей линзы 6 получают изображение отверстия диафрагмы 2 и концентрично с ним устанавливают диафрагму 7. Диаметр последней выбирают таким образом, чтобы через нее проходил световой поток, формирующий изображение точечного отверстия. Поток, рассеянный прибором 5 и образующий светлый фон вокруг изображения точки, должен быть задержан.
Световой поток Ф , прошедший через испытуемую систему 5 и отверстие диафрагмы 7, принимается светочувствительным приемником 8, фототок которого регистрируется гальванометром 9 (отсчет N1). Затем фотоприемник 8 устанавливают перед объективом контролируемой системы и по шкале гальванометра снимают второй отсчет N2, который пропорцио-
нален световому потоку Фо.
Тогда коэффициент светопропускания будет
Ф / Фо N1 / N2.
34.4.2.Измерение коэффициента светорассеяния
Коэффициентом светорассеяния оптического прибора называется отношение освещенности Е1 изображения черного предмета рассеянным излучением (фоном), созданным испытуемой оптической системой, к освещенности Е2 изображения фона (рассеянного излучения):
E1 / E2 .
Измерение осуществляется на установке с шаровым коллиматором
(рис. 34.5).
Рис. 34.5. Схема установки для измерения коэффициента светорассеяния
Испытуемая система 5 устанавливается близко к объективу 4 коллиматора. За окуляром в плоскости выходного зрачка трубы 5 установлена диафрагма 6, а за ней расположена фокусирующая линза 7. С помощью диафрагмы 8 регулируется диаметр рабочей поверхности фотоэлемента 9, соединенного с гальванометром 10. Внутренняя поверхность шара 3 окрашена белой краской и ярко освещена. Шар 3 имеет два отверстия, в одном из которых установлен коллиматорный объектив 4, а в другом – диафрагма 2 и съемная светоловушка 1, внутренние стенки которой окрашены черной матовой эмалью. Отверстие 2 вместе со светоловушкой 1 имитирует черный предмет (черное тело). Рассеянный свет, образованный в системе 5, накладывается на изображение черного предмета, поэтому оно не черное, а несколько осветленное. Отсчет N1 на шкале гальванометра будет пропорционален освещенности Е1 изображения черного предмета рассеянным светом. Затем отверстие в задней стенке шара закрывается пробкой, окрашенной той же белой краской, что и внутренняя поверхность шара. После этого второй отсчет N2 снимают по гальванометру, который будет пропорционален освещенности Е2 изображения стенок шара. Коэффициент светорассеяния вычисляется по формуле
E1 / E2 N1 / N2.
34.5. Измерение цветности объективов
Под цветностью понимается свойство объектива изменять координаты цвета прошедшего через него излучения.
Определение цветности основано на измерении отклонения координат цвета излучения стандартного источника типа А после прохождения излучения через испытуемый объектив.
Измерение координат цвета производится на установке, схема которой приведена на рис. 34.6.
Рис. 34.6. Схема установки для измерения координат цвета:
1 – стандартный источник света типа А; 2 – испытуемый объектив; 3 – сменные светофильтры; 4 – фотоэлектрический колориметр; 5 – фотоприемник; 6 – измерительный прибор
Порядок измерения цветности объективов следующий. Перед фотоприемником устанавливают светофильтр Y. Передвижением источника излучения и испытуемого объектива необходимо добиться такого их положения, чтобы отсчет N2 по шкале измерительного прибора при полном заполнении входного отверстия фотоэлемента колориметра испытуемым излучением был максимальным. Перед фотоприемником поочередно устанавливают светофильтры Х и Z и снимают отсчеты N1 и N3. Измерения повторяют не менее трех раз при каждом светофильтре и вычисляют среднеарифметические значения N1, N2, N3. Компоненты цвета x , y , z вычис-
ляют по формулам
x Cx (N1 1) 0,4Cy (N2 2 ) 0,2Cz (N3 3); y Cy (N2 2);
z Cz (N3 3),
где Сх, Су, Сz – постоянные коэффициенты, вычисленные при градуировке колориметра;
1, 2, 3 – поправки, снятые с корректировочного графика для отсчетов N1, N2, N3 соответственно.
Координаты цвета излучения, прошедшего через испытуемый объектив, определяются по формулам
По найденным значениям координат цвета Х и Y с помощью равноконтрастного цветового графика (рис. 34.7) определяются цветовой тон излучения эф стандартного источника света типа А, прошедшего через ис-
пытуемый объектив, и отклонение его координат цвета в порогах L. Объектив считается удовлетворительным по цветопередаче, если отклонение коор-
динат цвета не превышает 0,5 порога при цветовом тоне эф = 573–580 нм. (Одному порогу соответствует линейное расстояние по стандартному равноконтрастному цветовому графику около 67 мм).
Рис. 34.7. Равноконтрастный цветовой график
Светофильтр Х состоит из оптических стекол СЗС-18, СЗС-14 и ОС-5 толщиной по 2 мм.
Светофильтр Y состоит из стекла СС-5 толщиной 1,4 мм и ЗС-3 толщиной 0,9 мм.
Светофильтр Z состоит из стекол СС-8 и ЖС-11 толщиной по 2 мм и стекла СС-5 толщиной 9 мм.
34.6. Измерение угла поля зрения
Угол поля зрения прибора определяется наибольшим углом наклона пучков, которые еще проходят через его оптическую систему.
Схема измерения угла поля зрения 2 оптического прибора при помощи широкоугольного коллиматора представлена на рис. 34.8.
Рис. 34.8. Схема установки для измерения угла поля зрения
Перед объективом широкоугольного коллиматора 2 устанавливают испытуемый прибор 3 и добиваются совмещения сеток 1 и 4 (шкала сетки 1 широкоугольного коллиматора проградуирована в градусах, минутах и секундах). Наблюдая через окуляр испытуемого прибора 3, делают по два отсчета в горизонтальном и вертикальном направлениях от нулевого штриха шкалы 1 широкоугольного коллиматора до ее крайних делений, ограничиваемых полевой диафрагмой (оправой сетки 4) проверяемого прибора. Сумма отсчетов по каждому из двух направлений шкалы коллиматора определяет действительное поле зрения прибора.
Одновременно с измерением угла поля зрения можно измерить эксцентриситет сетки 4, т. е. определить величину смещения ее центра относительно центра поля зрения. Величина эксцентриситета сетки выражается полуразностью двух отсчетов: от центра шкалы коллиматора до края поля зрения влево и вправо (или до края вверх и вниз) при совмещенных сетках проверяемого прибора и коллиматора. Эксцентриситет определяют по формуле
e 1 2 ,
2
где 1 и 2 – отсчеты углов по сетке коллиматора, соответствующие краям поля зрения прибора.
34.7.Контроль и юстировка визирной линии
втелескопических системах
Прямую, соединяющую центр сетки прибора с задней узловой точкой его объектива называют визирной линией или осью прибора.
Под визированием или наводкой подразумевают приведение прибора в такое положение, при котором его визирная линия проходит через наблюдаемый предмет.
На положение визирной линии прибора могут оказывать влияние следующие факторы:
1. Неточность изготовления некоторых оптических деталей. Так, например, установленное перед объективом прибора клиновидное защитное стекло смещает изображение визируемой точки, расположенной на оси, относительно центра сетки на величину
fоб(n 1) ,
где – величина преломляющего угла клина защитного стекла (рис. 34.9).
Рис. 34.9. Смещение луча клиновидным защитным стеклом
2.Наклоны и смещения зеркал, установленных между объективом 1
исеткой 3 (рис. 34.10).
Рис. 34.10. Смещение луча зеркалом
Из рис. 34.10, а следует, что поворот зеркала 2 на угол α приводит
ксмещению луча в плоскости сетки 3 на величину
l2 ,
где l – расстояние от оси объектива до сетки 3.
При этом, как видно из выпрямленной схемы (рис. 34.10, б), происходит наклон визирной оси на угол
.
fоб
Поступательное перемещение зеркала 2 по горизонтали в положение 2 (рис. 34.10, в) на величину приводит к изменению направления визирной линии также на угол / fоб и вызывает, кроме того, децентри-
ровку и параллактическое смещение изображения бесконечно удаленного предмета относительно сетки на величину .
3. Смещение линз оборачивающих систем (рис. 34.11).
Рис. 34.11. Оптическая схема оборачивающей системы
Смещение линзовой оборачивающей системы 2 перпендикулярно оптической оси объектива 1 прибора на величину вызывает смещение луча в плоскости сетки 3 на величину l, которая наблюдается через окуляр 4 и, как видно из рис. 34.11, будет
l ( Sоб.с Sоб.с) .
Sоб.с
Контроль и юстировку ориентации визирных линий осуществляют при помощи контрольно-юстировочого прибора, включающего в себя коллиматор 2 (рис. 34.12) и кронштейн 3 для установки испытуемого прибора.
Рис. 34.12. Схема контрольно-юстировочого прибора для контроля ориентации визирной оси
Коллиматор и кронштейн жестко закрепляют на плите 4 и выставляют их относительно друг друга.
Испытуемый прибор устанавливают базовой поверхностью на посадочную поверхность кронштейна 3 и, наблюдая в окуляр прибора, определяют положение его сетки относительно изображения сетки 1 коллиматора 2.
Ошибку положения визирной линии контролируемого прибора относительно его конструктивных элементов исправляют различными методами. В телескопических приборах эти ошибки устраняют центрированием оптической системы путем перемещения оптических деталей (объектива, сеток, призм и т. д.) перпендикулярно их оси.
Для юстировки визирной линии в некоторых приборах применяют эксцентриковые оправы и кольца. Как видно из рис. 34.13, при встречном вращении эксцентриковой (разнотолщинной) оправы 2 совместно с объективом 1
иэксцентрикового кольца 3 оптическая ось объектива будет перемещаться по кругу, радиус которого равен величине эксцентриситета оправы 2
икольца 3.
Максимальная величина перемещения оптической оси объектива будет равна двойной ве-
Рис. 34.13. Эксцентриковая личине эксцентриситета. При этом максимальное оправа объектива смещение визирной линии определяется углом
2e 3438,
fоб
где e – величина эксцентриситета оправы 2 и кольца 3; fоб – фокусное расстояние объектива.
При юстировке визирной линии прибора путем перемещения сетки используют четыре юстировочных винта, с помощью которых сетку перемещают перпендикулярно оси.
388
34.8.Параллакс в оптических приборах
34.8.1.Понятие о параллаксе и фокусировке
Рассмотрим зрительную трубу, оптическая схема которой приведена на рис. 34.14. Бесконечно удаленный предмет y (например, сетка коллиматора, установленного объективом к объективу 1 испытуемой зрительной трубы) изображается объективом 1 в его фокальной плоскости Р (изображение y на рис. 34.14).
Рис. 34.14. К определению параллакса
В общем случае сетка 2 не совпадает с фокальной плоскостью Р (смещена, например, в сторону окуляра на величину ). Это явление несовпадений двух одновременно наблюдаемых плоскостей принято называть параллаксом, который проявляется в трех измерениях: продольном , поперечном t и угловом α (см. рис. 34.14).
При поперечном смещении глаза в пределах выходного зрачка будет наблюдаться поперечное смещение сетки 2 на величину t как более близкого предмета относительно изображения y . Это смещение принято назы-
вать поперечным параллаксом.
Поперечный параллакс наблюдается за окуляром под углом α, который служит мерой углового параллакса. Угол α образован двумя лучами, идущими от изображения y предмета y и от неправильно установленной сетки.
Технологический прием, выполняемый в процессе сборки приборов для устранения в них параллакса, принято называть фокусировкой.
34.8.2. Измерение параллакса
А. Измерение параллакса диоптрийной трубкой
Перед объективом испытуемого прибора 3 (рис. 34.15) устанавливают коллиматор 2 с сеткой 1, а за окуляром прибора 3 – диоптрийную трубку 7.
