Оглавление. Стр.

Влияние величины воздушных промежутков между

оптическими компонентами на фокусное расстояние объектива

и качество оптического изображения............................................................................................................... 3

Сборка зрительной трубы с линзовой оборачивающей системой……………...10

Юстировка параллельности оптических осей………………………………..….18

Юстировка оптической системы расширения и коллимации пучка лазерного излучения...................................................................................................................33

Учебно-методическое пособие.

Автор: Кахновский В.М.

Технология сборки и юстировки оптических приборов : лабораторный практикум.

Влияние величины воздушных промежутков между оптическими компонентами на фокусное расстояние объектива и качество оптического изображения.

Цель работы - изучение факторов, влияющих на качество изображения и фокусное расстояние объектива, и экспериментальная проверка влияния воздушных промежутков на указанные характеристики объектива.

1. Теоретические сведения.

Объективы в оптических приборах выполняют важнейшую задачу: они создают обусловленного качества изображение пространства предметов в пределах заданного угла поля.

Фото- и кинообъективы имеют большое поле изображения. Угол ноля изображения обычных и светосильных объективов составляет 30-60 , у широкоугольных объективов он доходит до 90-120 и более. Качество изображения точек предметов при таких полях, даже в центре поля, у фотообъективов не получается очень высоким.

Качество изображения в пределах большого поля обеспечивается довольно сложной конструкцией фото- и кинообъективов: самые простые объективы состоят из трёх линз (триплеты), объективы средней сложности - из четырёх- семи линз, а современные киносъемочные объективы с переменным фокусным расстоянием иногда имеют до 18 линз.

Вместе с усложнением оптической системы объективов усложняется их сборка. Основное требование, выполняемое при сборке объективов, заключается в том, чтобы получить необходимое качество изображения на оси и в пределах всего заданного поля изображения. При этом на качество изображения влияют качество материала и точность изготовления оптических деталей. Оптические материалы имеют отклонение показателей преломления и дисперсии от стандартных табличных величин, которые были приняты при расчёте оптической системы объектива, а также такие дефекты, как натяжение, свили и другие неоднородности. К ним добавляются погрешности изготовления: отклонение радиусов кривизны поверхностей от расчётных величин, не сферичность поверхностей, отклонение толщины линзы по оси от заданной величины, децентрировка линз. В результате погрешностей и дефектов сборки объектива линзы могут быть

деформированы, децентрированы и смещены вдоль оси из расчётного положения.

Таким образом, каждая линза может иметь до полутора десятков первичных ошибок, влияющих на качество объектива.

Складываясь, эти ошибки могут недопустимо испортить качество изображения и даже изменить оптические характеристики объектива: фокусное расстояние, вершинное фокусное расстояние и другие.

При сборке объективов возможна частичная компенсация отклоне­ний оптических характеристик материалов и некоторых погрешно­стей изготовления линз.

Для компенсации децентрировки линз используют различные приёмы. При склеивании линзы центрируют, совмещая их оптические оси взаимными сдвигами по поверхности склейки и контролируя децентрировку с помощью автоколлимационной трубки. При завальцовке линз в оправы их или. точно центрируют перед закрепле­нием (при сборке объективов свинчиваемой конструкции) или закрепляют без центрировки, после чего обрабатывают (результативно) сборочные базы оправ относительно оптической оси линзы, для обеспечения центрировки линз (при сборке объективов насыпной конструкции с промежуточными оправами).

Для компенсации отклонений толщины линз и показателей преломления материалов изменяют по расчёту один или два воздушных промежутка между линзами. Линзы объективов сложных систем подают на сборку комплектами с приложением индивидуального паспорта, где и указывают перечисленные воздушные промежутки. Для комплектации линз пользуются специальными таблицами, в которых вычислены влияния малых отклонений оптических констант стёкол и конструктивных параметров системы (толщины линз, воздушных промежутков и др.) на аберрации и на некоторые характеристики объектива (фокусное расстояние, вершинное фокусное расстояние и другие).

Допуски на децентрировку линз составляют от нескольких сотых долей миллиметра до 0,01мм и меньше. Допуски на воздушные промежутки задаются в зависимости от их величины: для больших промежутков эти допуски грубее (составляют десятые доли миллиметра), для малых - строже (не превышают сотых, а иногда и тысячных долей миллиметра).

У объективов насыпной конструкции с промежуточными оправами для центрирования можно взаимно поворачивать оправы с линзами вокруг оптической оси. Для измерения воздушных промежутков измерять толщину прокладных колеи между оправами линз.

Таким образом для получения высокого качества изображения, образованного объективом, технологический процесс сборки должен обеспечивать:

• - необходимое центрирование линз в оправе объектива;

• - точное взаимное положение линз в оправке вдоль оси, т.е. выдерживание необходимых воздушных промежутков между линзами, рассчитанных исходя из минимальных остаточных аберраций;

• - надёжное крепление линз без деформаций и натяжений.

От выполнения этих требований будет зависеть состояние аберрационной коррекции, а также отклонение геометрических параметров объектива от расчётных.

Рассмотрим влияние воздушного промежутка на эквивалентное фокусное расстояние объектива.

Фокусное расстояние является важной характеристикой объектива, поскольку оно определяет поперечное увеличение оптической системы :

=z’/f’ =f/z , где (1)

z^’- расстояние от точки заднего фокуса объектива до изображения;

z- расстояние от точки переднего фокуса объектива до предмета ;

f’- фокусное расстояние объектива .

Для двухкомпонентного объектива величина фокусного расстояния f’_экв определяется из выражения (рис.1):

1/ f’_экв = 1/ f₁’ + 1/ f₂’ - d/ f₁’*f₂^’ , где (2)

d- расстояние между главными плоскостями компонентов с фокусными расстояниями f₁’ и f₂’.

d = f₁’+ f₂’+ = k₁+ (3)

где k₁ = f₁’+ f₂’ - постоянная величина, т.е. d =

- оптический интервал.

Из уравнений 2 и 3 получим:

f’_экв = -f₁’*f₂’/ (4)

Логарифмируя и дифференцируя уравнение (4), получим

f’_экв = (f₁’*f₂’/ ) * (f₁’² * f₂’²/ ) * ( d/ f₁’*f₂’) = f’_экв²/( f₁’*f₂’)* d

Обозначив f’_экв²/( f₁’*f₂’) = k² получим зависимость f’_экв = k₂ * d или, перейдя к конечным приращениям величин f’_экв и d

f’_экв = k_2* d (5)

Т.е. отступление f’_экв от расчетного значения зависит прямо пропорционально от точности выдерживания воздушного промежутка между линзами. А последнее обеспечивается подгонкой промежуточного кольца путём его подрезки или замены. Таким образом для систем, имеющих воздушные промежутки между линзами, значение фокусного расстояния можно выдержать в требуемых пределах путём изменения этих воздушных промежутков, но варьируя величинами воздушных промежутков, необходимо контролировать качество изображения, поскольку воздушные промежутки между оптическими поверхностями рассчитываются исходя из минимума остаточных аберраций по полю изображения.

Изучение влияния величин отступления воздушных промежутков от номинальных значений на фокусное расстояние (формула 5 ) и качество изображения (вид дифракционного изображения точки и разрушающая способность) и является задачей данной лабораторной работы.

В лабораторной работе используется широкоугольный фотообъектив Руссар-29 f’_экв = 70 мм 1:6,8 (рис.2). Объектив имеет насыпанную конструкцию с промежуточными оправами .

Кроме того предполагается проверить качество центрирования объектива по "точке" и при необходимости центрировать объектив путём разворота оправы одной из наружных линз вокруг оптической оси.