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

45 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

7344. Подсистема дискретного ввода/вывода 343 KB
  Подсистема дискретного ввода/вывода Цель работы: Изучить способы организации дискретного ввода/вывода, способы управления внешними устройствами, подключенными через параллельный интерфейс. Программа работы Изучить подсистем...
7345. Широкоуниверсальный фрезерный станок модели 6Р82Ш 4.93 MB
  Современные металлорежущие станки обеспечивают исключительно высокую точность обработанных деталей. Ответственны поверхности наиболее важных деталей машин и приборов обрабатывают на станках с ЧПУ с погрешностью до доли микрометров, а шероховатость поверхности при работе алмазным инструментом не превышает сотых долей микрометра.
7346. Недвижимое имущество как объект гражданских правоотношений 59.76 KB
  Предмет исследования - совокупность правовых норм, включающих особенности возникновения, осуществления и прекращения права собственности на недвижимое имущество. Цель исследования научно обосновать теоретико-прикладные положения об особенностях гражданско-правового регулирования права собственности на недвижимое имущество.
7347. Разработка технологического процесса изготовления колеса зубчатого 200 KB
  Разработка технологического процесса изготовления колеса зубчатого. Общий раздел. Характеристика детали. Конструкторский технологический анализ детали выполнен по рабочему чертежу детали. Наименование детали - колесо зубчатое. Коле...
7348. Возникновение письменности, появление документа 145 KB
  Возникновение письменности, появление документа 1. Возникновение письменности 1.1 Основные этапы развития письма Письмо прошло длинный путь развития, который охватывает период в несколько тысяч лет. Представляя собой дополнительно к звуковому ...
7349. Сетевая организация и интернет-коммуникация 590 KB
  Сетевая организация и интернет-коммуникация Сетевое предприятие: культура, институты и организации информациональной экономики Введение Как и все исторически отчетливые формы производства, информациональная экономика характеризуется своей специфичес...
7350. Магнетизм как релятивистский эффект 91 KB
  Тема: Магнетизм как релятивистский эффект Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле...
7351. Доказательство. Основы теории спора 172.5 KB
  Доказательство. Основы теории спора В предыдущих разделах Вы рассмотрели и, надеюсь, освоили основные формы, в которых осуществляется наше мышление. Это очень важно. Но, увы, оказывается, что для правильной организации живого процесса интеллектуальн...
7352. Эффект Холла. Магнитный поток 122.5 KB
  Тема: Эффект Холла. Магнитный поток. Эффект Холла (холловская разность потенциалов) Магнитогидродинамический генератор Контур с током в магнитном поле Магнитный поток. Теорема Остроградского-Гаусса для ма...