1134

Сборка и контроль объективов насыпной конструкции

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Виды, конструкции и назначения объективов. Особенности сборки объективов. Параметры, характеризующие качество сборки. Схема установки для контроля характеристик объективов по дифракционной точке. Возможные изображения дифракционной точки.

Русский

2013-01-06

177.5 KB

50 чел.

Лабораторная работа №3

Сборка и контроль объективов насыпной конструкции

1. Цель работы

    1.1. Изучить технологию соединения оптических и механических деталей с обеспечением требований к их взаимоположению.

1.2. Определить характеристики собираемых объективов.

1.3. Ознакомиться с особенностями сборки объективов насыпной конструкции.

1.4. Овладеть навыками контроля качества сборки.

2. Теоретические сведения

2.1. Виды, конструкции и назначения объективов

   Назначение объективов – это создание изображения, наблюдаемого глазом или фиксируемого на светочувствительном приемном устройстве. При этом получаются, в зависимости от параметров объектива и его положения в оптической схеме, как увеличенные, так и уменьшенные изображения предметов в заданных плоскостях, а также сосредоточение падающего на объектив потока в плоскости приемника.

  Объектив представляет собой центрированную оптическую систему, т.е. систему, в которой оптические центры всех составляющих ее линз лежат на одной прямой линии и эта система преломляет падающие на нее лучи в направление к центру, т.е. «собирает» их.

Рис. 1. Образование изображения объективом

   Воображаемая прямая линия, соединяющая центры линз, называется оптической осью объектива. Образование изображения объективом, который работает как обыкновенная положительная линза, показано на рис.1. Часть отраженных от объекта лучей попадает на переднюю поверхность объектива (или линзы) и, преломившись, образует его полное изображение.             Плоскость изображения называется фокальной, а точка ее пересечения с оптической осью – точкой фокуса объектива (рис.2). Положение фокальной плоскости и точки фокуса для каждого объектива строго постоянное.

     Фокусное расстояние отсчитывается по оптической оси до точки фокуса, но не от задней линзы, а от некоторой воображаемой точки, положение которой строго постоянное в каждом объективе (хотя она и воображаемая).

Рис.2. Постоянные точки и плоскости объектива: F - точка переднего фокуса; F1- точка фокуса; Н и Н1 – передняя и задняя главные точки; f и f1– фокусное расстояние; S и S1 – передний и задний отрезки; М и М1 – центральные точки поверхностей крайних линз

     По оптическим схемам объективы различаются количеством линз и компонентов, входящих в систему, а также конфигурацией линз и их распо-ложением вдоль оптической оси относительно диафрагмы (симметричные и  несимметричные). Эти признаки определят степень коррекции объективов (апохроматы, апланаты, анастигматы и т.д.). Кроме того, по указанным приз-накам группы объективов получают условное название. Например: четырехлинзовый трехкомпонентный нормальный анастигмат «Индустар», шестилинзовый четырехкомпонентный светосильный «Гелиос» и т.д.  

    По оптическим характеристикам – величине относительного отверстия, углу поля зрения и фокусному расстоянию объективы делятся на светосильные, широкоугольные, нормальные, длиннофокусные. Иногда одна характеристика сочетается с другой – например, широкоугольный светосильный.

    Современные фотообъективы представляют собой сложные оптические системы, состоящие из нескольких (до 8-10) как положительных, так и отрицательных линз. Часть линз могут быть склеены между собой, составляя группы, другие же линзы стоят отдельно; причем все линзы центрированы, т.е. объектив имеет общую, единую оптическую ось.

      Подбор и расположение линз  в объективе и даже выбор материала для

склейки линз производятся с учетом исправления аберраций. Все аберрации

полностью устранить невозможно. От того,  какие из аберраций в какой мере исправлены, зависит характер изображения. Объективы насыпной конструкции типа Триплет (рис.3,а) и Индустар (рис.3,б), как правило, состоят из небольшого числа линз, устанавливающихся непосредственно в корпус. Воздушные промежутки между линзами обеспечиваются специальными кольцами. Примеры конструктивного оформления двух объективов типа Индустар даны на рис. 4.

Рис.3. Схемы объективов: «Триплет» - а и  «Индустар» - б

Рис.4.Конструктивное оформление двух объективов типа Индустар:

1,2,3 – линзы; L1, L2 и L3 – воздушные промежутки по оптической оси

     В более сложных и высококачественных объективах насыпной конструкции линзы предварительно собираются и центрируются автоколлимационным методом с минимальным зазором по диаметру и точно выдержанными воздушными промежутками, а затем устанавливаются и закрепляются в корпусе.

2.2. Особенности сборки объективов

  Содержание и объем механической и оптической сборки зависит в первую очередь от конструкции объектива.

    Механическая сборка представляет собой процесс соединения деталей с определенной точностью. Она включает промывку деталей и покрытие их трущихся поверхностей смазкой. При массовом производстве все детали взаимозаменяемы и никаких их подгонок и доделок в процессе сборки не производится. Сборка в этом случае наиболее проста.

Оптическая сборка узлов заключается в соединении оптических и  механических деталей. Типовой ТП включает следующие операции: очистка оптических деталей; их закрепление в оправах и юстировка для обеспечения требуемых свойств узла; чистка наружных поверхностей оптических деталей; контроль параметров узла.

При оптической сборке должны обеспечиваться:

- правильное положение детали в оправе в соответствии с чертежом (например, крон наружу при сборке линз, плоскость штрихов сетки наружу);

- заданные свойства узла (например, точность центрировки линз в оправах или допускаемый угол наклона изображения при сборке призм);

- надежность крепления детали (не должна поворачиваться и смещаться в оправе);

- отсутствие натяжений в оптических деталях;

- чистота рабочих (полированных) поверхностей оптических деталей и оправ;     

- герметичность узла (если требуется) и др.

Сборка узлов завершается контролем их свойств в соответствии с техническими условиями.

2.3. Параметры, характеризующие качество сборки

      В процессе сборки должно быть обеспечено не только ранее указанные требований, но и выдержаны выходные параметры узла, в частности фокусное расстояние (f) в пределах  от номинала и разрешающая способность.

    Все эти параметры качественно или количественно могут быть измерены на установке, схема которой дана на рис.5, где диафрагма 3 может заменяться точечным отверстием или миррой, которые устанавливаются в револьверной головке коллиматора 4.

Рис.5. Схема установки для контроля характеристик объективов по

дифракционной точке

   В фокальной плоскости коллиматора 4 с длиннофокусным объективом  

5 вначале помещают точечную диафрагму 3, которую освещают с помощью лампы 1 через конденсор 2. Проверяемый объектив 6 укрепляют в держателе и устанавливают между коллиматором и наблюдательным микроскопом 7, снабженным винтовым окулярным микрометром 8. Дифракционное изображение точки образуется в фокальной плоскости объектива 6.

     Заключение о качестве изображения, создаваемого объективом, можно сделать, наблюдая в микроскоп изображение точки как непосредственно в фокусе объектива, так и вне его (рис. 6).

       При наличии сферической аберрации большей за 0,25λ яркость первого, второго и последующих светлых колец возрастает, а яркость центрального ядра уменьшается. При расфокусировке микроскопа на одинаковые расстояния от плоскости, в которой пятно рассеяния имеет минимальные размеры, наблюдается значительное неподобие распределения энергии от центра к краю в обоих изображениях.

                              Изображение точки, создаваемое безаберрационным объективом

 Расфокуссированное изображение точки, создаваемое без-

 аберрационным объективом (за фокусом и до фокуса)

                                                 Расфокуссированное изображение точки при

             наличии астигматизма

 

Изображение точки при наличии астигматизма

    

Изображение точки при наличии комы

 

                      Изображение точки при наличии сферической аберрации

 

 

Изображение точки при пережатии линзы в оправе

   

                                 Расфокусированное изображение точки при

 наличии свилей в стекле

Рис.6. Возможные изображения дифракционной точки

    

Разрывы колец как в сфокусированном, так и в расфокусированном изображениях, деформация колец и ядра, слияние ядра и частей светлого кольца свидетельствует о пережатии оптических деталей в своих оправах, локальных дефектах оптических поверхностей, неоднородности стекла.

При наличии децентрировки оптических деталей в изображении точки наблюдается одновременно и кома, и астигматизм. Незначительный астигматизм в центре поля зрения легко обнаруживается в расфокусированном изображении точки, фигура рассеяния принимает форму овала. Перефокусировка изображения приводит к повороту большой оси вала на 900.

С помощью мир можно оценить разрешающую способность по тому квадрату ее изображения, в котором при наблюдении в микроскоп раздельно видны черно-белые штрихи во всех четырех группах квадрата. Здесь возможен пересчет в линии/мм, по формуле

  или ,

где Rмиры коллиматора берется из прил.1 (для последнего разрешаемого квадрата).

Измеряя изображения базы миры в с помощью микроскопа с окуляр-микро-метром, цена деления которого определяется согласно прил.2, f объектива можно определить по формуле

     Дефекты децентрировки исправляются разворотом линз, пережатие устраняется крепежным кольцом, точность выдерживания воздушных промежутков измеряется с помощью индикаторного толщиномера, имеющего соосный с индикатором точечный (шариковый) упор.

        Замерив расстояние между центрами кривизны сопрягаемых поверхностей линз 1-2 и 2-3 последовательно с последующим вычетом толщины верхней линзы получают осевое значение воздушных промежутков (L1и L2), которые сравниваются, с диапазоном допусковых значений, приведенных на рис.7.

3. Практическая часть

3.1. Лабораторная установка и образцы

   Для проведения работы используются:

- вертикальный коллиматор f = 500 мм по схеме рис.5 с мирой №3, точкой и микроскопом с окуляр-микрометром, имеющим при увеличении объектива 8х цену малого деления шкалы 0,00084 мм;

- блок питания коллиматора;

- толщиномер с индикатором на базу 0 – 10 мм;

- эталонный объектив «Триплет»;

    - собираемый объектив «Триплет » в виде набора деталей;

     - плоские оптические детали известной толщины для настройки толщиномера и увеличения диапазона измерений ( >10 мм);

    - эскизы линз и схема объектива «Триплет» (рис.7).

Рис.7. Эскизы линз и схема объективов «Триплет»

3.2. Порядок выполнения работы

3.2.1. Включить прибор и рассматривая сфокусированное изображение, даваемое эталонным объективом, определить квадрат миры, в котором еще разрешаются все 4 направления штрихов. Затем по изображению точки оценить качество сборки объективов.

3.2.2. Замерить фокусное расстояние эталонного объектива. С данными по  f и разрешению по п.3.2.1 эталонного объектива будет в дальнейшем проводится сравнение аналогичных данных двух собираемых объективов.

3.2.3. Отвернуть резиновой прокладкой наружное кольцо объектива и в процессе его разборки с помощью толщиномера измерить толщины линз и воздушные промежутки  L между ними (L1 и L2). L определяется по формуле

,

где А1– отсчет до верхней поверхности измеряемой линзы; d – ее толщина; А2 – отсчет до наружной поверхности следующей линзы от той же базы.

   При разборке обращать внимание на положение линз и колец в объективе, а полученные значения d1, d2, d3 и L1, L2 сравнить с значениями рис.7.

3.2.4. Собрать 2 объектива и провести измерения указанные  в п.3.2.1 и п.3.2.2 и сравнить с данными эталонного объектива. Проанализировать причины отклонений (при их наличии) и оценить качество сборки. При больших отклонениях проверить правильность установки линз в корпусе.

4. Содержание отчета

4.1. Цель работы.

4.2. Особенности конструкции, достоинства и недостатки насыпных объективов.

4.3. Результаты сборки и сравнение характеристик собранного объектива с эталонным.

4.4. Анализ результатов и выводы.

5. Контрольные вопросы

5.1. Какая информация об объективе содержится в дифракционном изображении точки.

5.2. Методика измерений предела разрешения и фокусного расстояния.

5.3. Причины неудовлетворительных результатов сборки объективов.

5.4. Пути улучшения качества сборки объективов насыпной конструкции.

Литература

1. Креопалова Г.В, Лазарев И.Л., Д.Т. Пуряев. Оптические измерения.- Машиностроение, 1987.

2. Справочник конструктора оптико-механических приборов под редакцией Панова В.М. - Машиностроение , 1980.


Объект

Объектив

Плокость изображения объекта

Н

Н1

f

 

Передняя фокальная плоскость

S

Передняя главная плоскость

Фокальльная плоскость

F1

S1

f1

М1

М

Задняя главная плоскость

F

а

б

1

2

3

L1

L2

L1

L3

L2

1

2

EMBED Equation.3  

Fk

Fk`

3

5

6

4

EMBED Equation.3  

F0

F`об

8

7

3

2

1

F`

R1=123,3

R1=16,7

R1=23,39

3,8 EMBED Equation.3  0,1

R2=48,8

f

1,8 EMBED Equation.3  0,05

L1

0,8 EMBED Equation.3  0,07

R2=25,8

R2=15,45

EMBED Equation.3  `=38,5

L2

3,4 EMBED Equation.3  0,05

13,1 EMBED Equation.3  0,25

3,3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27700. Посягательство на жизнь лица, осуществляющего правосудие или предварительное расследование (ст. 295 УК), отличие этого преступления от убийства (ст. 105 УК) 25 KB
  295 УК отличие этого преступления от убийства ст. б 105 преступления против жизни; 295преступления против правосудия. Преступление считается оконченным с момента совершения действий направленных на лишение жизни; 105два главных критерия: деяние в форме действия или бездействия причинная связь между деянием и наступившими последствиями а также время место способ орудие материальный состав преступления считается оконченным с момента наступления общественно опасных последствий смерти; Субъективная сторона: 295характеризуется...
27702. Прикладная криптография. Протоколы, алгоритмы и исходные тексты на языке С 2.78 MB
  В криптографической науке есть особенность, отсутствующая в обычных академических дисциплинах: необходимость взаимодействия криптографии и криптоанализа. Причиной этого является отсутствие требований к передаче реальной информации, следовательно, нетрудно предложить систему, которая кажется непогрешимой.
27703. Умышленное причинение лёгкого вреда здоровью (ст. 115 УК). Признаки легкого вреда здоровью. Отличие этого преступления от нанесения побоев (ст. 116 УК) и истязания (ст. 117УК) 31 KB
  Отличие этого преступления от нанесения побоев ст. 116состоит из следующих элементов: нанесение побоев или причинение иных действий повлекших физ. Для квалификации необходимо установить причинную связь между фактом нанесения побоев и причинением физ. Побои нанесение побоев или совершение иных насильственных действий причинивших физ.
27705. Умышленное причинение тяжкого и средней тяжести вреда здоровью (ст. ст. 111, 112 УК). Признаки тяжкого и средней тяжести вреда здоровью. Отличие преступления, предусмотренного ч.4 ст. 111 УК, от убийства 37 KB
  Признаки тяжкого и средней тяжести вреда здоровью. Кроме того причинение тяжкого вреда здоровью приносит длительные физические страдания инвалидность и прочие негативные для потерпевшего последствия. 2 Объективная сторона: выражается в противоправном причинении тяжкого вреда здоровью человека.
27707. Условное осуждение. Основания, условия и порядок его применения. Условия продления испытательного срок и отмены условного осуждения 32 KB
  Условия продления испытательного срок и отмены условного осуждения. Применение условного осуждения возможно только при назначении наказания в виде: исправительных работ; ограничения по военной службе; ограничения свободы; содержания в дисциплинарной воинской части; лишения свободы на срок до восьми лет. Законодатель ограничивает возможность применения условного осуждения не только определенными видами наказания но и максимальным сроком. Закон предусматривает возможность применения условного осуждения при назначении лишения свободы...