Измерение фокусных расстояний и нахождение положения кардинальных точек.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

Фокусное расстояние и фокальный отрезок являются главными параметрами объектива или простой линзы. В соответствии с ГОСТ 7427-76 переднее (заднее) фокусное расстояние - это расстояние от передней (задней) главной точки до переднего (заднего) фокуса , а передний (задний) фокальный отрезок S_F ( S ’ _F _’ ) - расстояние от вершины передней (задней) преломляющей поверхности до переднего (заднего) фокуса . Положение точек фокусов и вершин преломляющих поверхностей определяются достаточно легко, поэтому измерения фокальных отрезков с высокой точностью могут быть выполнены прямыми методами. Поскольку главные точки, как правило, являются мнимыми, то определить их положение значительно сложнее и , поэтому, большинство методов измерений фокусных расстояний являются косвенными.

Проводя измерение фокусных расстояний, всегда следует иметь в виду следующие правила.

1. Перед началом измерений надо знать, с какой точностью их следует провести. Не следует применять точные методы, когда достаточна невысокая точность.

2. Из ряда методов следует выбрать такие, условия измерений в которых соответствовали бы тем, в которых будет эксплуатироваться исследуемая система. Например, для объективов зрительных труб следует применять методы, в которых предмет находится в бесконечности, а для микрообъективов следует воспользоваться методом линейного увеличения или методом Аббе.

3. При измерениях на оптической скамье, снабженной делениями, по которым отсчитываются положения рейторов, необходимо следить, чтобы они были хорошо закреплены.

4. При установке на резкость необходимо добиваться, чтобы изображения и шкалы были видны без параллакса.

5. При измерениях отрезков, перпендикулярных оси оптической скамьи, надо стараться, чтобы концы этого отрезка были симметричны оси.

6. Если используются коллиматоры, установленных на бесконечность, то среди них надо выбирать те, у которых фокусное расстояние объективов было бы в раз больше чем у испытуемой системы.

7. Для уменьшения влияния качества отсчетной шкалы на точность измерений при снятии отсчетов необходимо использовать разные участки этой шкалы.

8. Для большинства практических случаев достаточна точность в ; только для парных объективов стереоскопических приборов нужна точность порядка , но не абсолютная, а относительная друг друга.

9. Так как каждая оптическая система имеет зональные ошибки, то при измерении фокусных расстояний при полном отверстии нет смысла добиваться высокой точности. Высокая точность нужна лишь при исследовании коррекции системы, так как в этом случае определяются фокусные расстояния каждой зоны, которые надо брать как можно более узкими.

Методы измерений фокусных расстояний можно разделить на прямые и косвенные. К прямым относятся метод узловых точек, автоколлимационный метод, метод Русинова и др. К косвенным - угловых измерений, коинциндентный, нахождения положения и размеров изображения на оси системы. Последняя группа методов имеет большое число вариантов - это способы Гаусса (три), Бесселя, Эрфле, фокометр Аббе, автоколлимационный, метод зрительной трубы, метод увеличений и ряд других. Рассмотрим некоторые из них.

Измерение фокусного расстояния по методу узловой точки.

Метод узловой точки может быть осуществлен на оптической скамье, где вертикальная ось вращения держателя объектива совмещается с узловой точкой испытуемого объектива. Этот момент совмещения определяется как такое положение объектива, при котором отсутствует сдвиг изображения миры, наблюдаемой в микроскоп при небольших ( ) колебаниях держателя. Точность метода мм. Одним из вариантов метода является автоколлимационный метод Русинова.

Измерение фокусного расстояния методом угловых измерений.

Данный метод основан на измерении угла , под которым виден известный интервал шкалы , установленной в фокальной плоскости исследуемого объектива. Искомое фокусное расстояние определяется по формуле

(4.13)

При измерении угла гониометром с ошибкой порядка , метод обеспечивает точность порядка от .

Коинциндентный метод.

Метод основан на нониусном совмещении изображений двух и более штрихов некой шкалы, сформированной испытуемой оптической системой, наложенных на аналогичную шкалу и измерении с помощью линзового или клинового компенсатора угла между ними. При нониусном совмещении точность измерений определяется нониальной остротой зрения, равной приблизительно 10”, а при использовании окуляра или микроскопа может быть повышена пропорционально их увеличению. Точность измерений таким способом находится в пределах от .

Измерение фокусного расстояния методами, основанных

на нахождении положения изображения.

Метод Эрфле . Представляет собой видоизмененный третий способ Гаусса. Исследуемая оптическая система закрепляется на оптической скамье и, в дальнейшем ее положение остается неизменным. За оптической системой помещаем установленную на бесконечность зрительную трубу, а перед ней предмет (шкалу или миру), который располагаем таким образом, чтобы через трубу было видно его резкое изображение; в этом случае предмет находится в переднем фокусе испытуемой системы (рис 4.7 а).

Сместим предмет на расстояние

от переднего фокуса

и поместим его в точке

(рис 4.7 б); изображение предмета будет в точке

на расстоянии

от заднего фокуса системы

. В пространстве изображений поместим микроскоп и наведем его на изображение предмета и отметим положение микроскопа на оптической скамье.

Перенесем предмет в произвольную точку , измерив расстояние от нее до переднего фокуса . Для того, чтобы в этом случае получить резкое изображение предмета, микроскоп следует передвинуть на расстояние (рис 4.7 в).

Из формул Ньютона

и ,

откуда

и .

Вычитая почленно эти два равенства, и решая полученное соотношение относительно , получим

(4.14)

где и - смещения изображения (и следовательно микроскопа) и предмета относительно самих себя. Все эти величины могут быть получены в результате измерений отрезков вдоль оси оптической скамьи и точность при этом , как правило, не превышает .

Измерение фокусного расстояния методом зрительной трубы.

Метод используется для определения больших фокусных расстояний, таких оптических элементов как светофильтры, защитные стекла, пластины, т.е. как правило таких элементов, в которых конечная величина фокусного расстояния является нежелательным параметром.

На оптической скамье устанавливается длинофокусный коллиматор и зрительная труба с длинофокусным объективом ( мм) сфокусированная на бесконечность (рис 4.8а). На шкале окулярного колена зрительной трубы отмечается положение, соответствующее резкому изображению (отсчет В) шкалы коллиматора.

Исследуемый оптический элемент устанавливается перед объективом зрительной трубы на расстоянии d (рис 4.8б). Перемещением окулярного колена вновь добиваемся резкого изображения и снимаем отсчет С. Разность отсчетов В и С соответствуют перемещению окулярного колена зрительной трубы . Фокусное расстояние исследуемого оптического элемента вычисляют по формуле

(4.15)

Для очень больших фокусных расстояний величинами и d можно пренебречь. Тогда

(4.16)

Измерение фокусных расстояний автоколлимационным методом.

Существует целый ряд методов, использующий принцип автоколлимации. К ним относятся: метод Русинова, автоколлимационный вариант метода Эрфле, автоколлимационный вариант метода зрительной трубы и др.

В автоколлимационном варианте метода зрительной трубы (рис 4.9) коллиматор заменяется на плоское эталонное зеркало, а зрительная труба снабжается автоколлимационным окуляром.

Последовательность выполнения измерений и расчет аналогичны методу зрительной трубы. Как и там, здесь можно измерять фокусные расстояния не только собирающих, но и рассеивающих оптических элементов с небольшой оптической силой.

Точность измерений в обоих случаях определяется выражением, полученным дифференцирования соотношения (4.16).

(4.17)

Измерение фокусных расстояний отрицательных (рассеивающих)

оптических элементов методом телескопической системы Галилея.

Метод основан на том, что из испытуемой отрицательной системы

с фокусным расстоянием

и дополнительной положительной системой

с заведомо большим (по модулю) фокусным расстоянием

составляется телескопическая система Галилея, у которой измеряется увеличение, зависящее, как известно, от фокусных расстояний обоих компонентов.

На оптической скамье (рис 4.10а) устанавливается длинофокусный коллиматор со шкалой в передней фокальной плоскости и зрительная труба, выставленная на бесконечность, снабженная окулярным микрометром. Наблюдая в трубу шкалу коллиматора, измеряют размер изображения некоторого интервала шкалы, размера .

Затем между объективом коллиматора и зрительной трубой устанавливают испытуемый оптический элемент и дополнительный (рис 4.10 б). Меняя расстояние между ними, добиваются получения резкого изображения шкалы коллиматора и измеряют размер изображения интервала шкалы . Величина фокусного расстояния испытуемого оптического элемента определяется по формуле

(4.18)

Ошибка в определении находится из выражения

(4.19)

и лежит в пределах .

Измерение фокусного расстояния методом линейного увеличения.

Метод увеличений основан на определении величины изображения , построенного фокальной плоскости испытуемого оптического элемента (прямые измерения), или на определении , построенного в фокальной плоскости объектива трубы, с помощью которой ведутся наблюдения ( обратные наблюдения). При прямых наблюдениях предмет (шкала) устанавливается в фокальной плоскости объектива коллиматора и измерения проводятся микроскопом - микрометром. При обратных наблюдениях предмет помещается в фокальной плоскости испытуемого элемента и измерения осуществляются с помощью окуляр - микрометра зрительной трубы.

На рис 4.11 представлена схема, иллюстрирующая метод прямых измерений. Из рисунка видно, что треугольники и подобны, так как лучи (и, следовательно) прямые и параллельны .

Из подобия треугольников следует

(4.20)

откуда фокусное расстояние испытуемого объектива равно

(4.21)

Таким образом задача измерения фокусного расстояния сводится к определению увеличения

Оптическая схема установки для измерения фокусного расстояния методом линейных увеличений представлена на рис 4.12 и 5.14. В качестве объекта используется стандартная мира ГОИ из комплекта оптической скамьи. Вид и основные параметры таких мир приведены в приложении 7. Выбор конкретной миры определяется требованием максимального приближения размеров изображения базы миры в плоскости полевой диафрагмы микроскопа- микрометра к его диапазону измерений. База миры должна удовлетворять условию

(4.22)

где - диапазон измерений окулярного микрометра, - линейное увеличение системы коллиматор - испытуемый объектив, - линейное увеличение объектива микрометра.

Схема и технические данные окулярного микрометра приведено в приложении 4.

Объектив отсчетного микроскопа - микрометра выбирается по увеличению и числовой апертуры . Поскольку вся система расположена в воздухе и для получения телецентрического хода главного луча должно выполняться условие ,где — задний апертурный угол испытуемого объектива, - передний апертурный угол объектива микроскопа.

Считая апертурные углы малыми

(4.23)

где - относительное отверстие испытуемого объектива. При этом диаметр выходного зрачка отсчетного микроскоп - микрометра должен быть меньше диаметра зрачка глаза наблюдателя. В нормальных условиях освещения это будет

(4.24)

Соблюдение этих требований позволит свести к минимуму ошибки измерений, связанных с продольным параллаксом.

Для получения истинного значения величины изображения базы миры, необходимо определить цену деления барабана окулярного микрометра при его совместной работе с объективом микроскопа. Для этого перед микроскопом устанавливают шкалу с известной ценой деления - объект-микрометр, фокусируют микроскоп на отчетливое видение штрихов объект- микрометра и измеряют выбранный интервал. Цена деления микроскоп-микрометра вычисляется по формуле

(4.25)

где a - цена деления объект-микрометра; n - число делений объект-микрометра в выбранном интервале; m - разность отсчетов по шкале окулярного микрометра для выбранного интервала объект-микрометра. Отсчеты в окулярном микрометре сначала берутся по оцифрованной шкале микрометра а затем по барабану. Доли делений шкалы барабана берут на глаз.

Для определения положения задней (передней) главной плоскости объектива измеряют длину заднего (переднего фокального отрезка

), отмечая два положения микроскопа на направляющих оптической скамьи. Первое положение, это когда микроскоп сфокусирован на резкое видение миры, второе - когда на изображение вершины задней поверхности линзы объектива (рис 4.13), а величины

вычисляют как

Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 1951; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!