Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Исследование качества оптической системы теневым методом ⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 7
Цель работы 1. Ознакомление с теневыми методами исследования оптических систем. 2. Освоение методики работы на приборе ИАБ-472. 3. Оценка качества изготовления телескопической системы методами Фуко и Уханова – Максутова.
Общие сведения Впервые метод исследования деформаций волнового фронта, связанных с аберрациями оптических систем и ошибками оптических элементов был предложен Леоном Фуко. Для этого метода характерно сочетание высокой чувствительности с простотой выполнения и наглядностью. С помощью этого метода можно обнаружить дефекты отражающей поверхности порядка 1/50λ. Сложность количественной оценки является единственным недостатком метода. Аберрации, дифракция света и ошибки изготовления оптических поверхностей вызывают отклонения луча от теоретических траекторий и искажения волнового фронта. Основная идея теневых методов состоит в обнаружении боковых смещений таких лучей из-за их задерживания или модификации путем помещения специальных экранов в плоскости схождения пучков лучей от контролируемой оптической поверхности или системы. Для получения теневой картины деформаций исследуемого волнового фронта, соответствующих аберрациям оптической системы или ошибкам оптической поверхности, в плоскости схождения параксиального пучка лучей устанавливается перпендикулярно оптической оси непрозрачный экран с прямолинейным краем (так называемый нож Фуко), который наполовину перекрывает пятно рассеяния (рис. 8.1, а). Теневая картина может наблюдаться в плоскости экрана, расположенной за пятном рассеяния (рис.8.1, б), или характер освещения исследуемой оптической поверхности наблюдают из зафокальной области.
Рис. 8.1 Теневая картина деформаций исследуемого волнового фронта:
а – непрозрачный экран с прямолинейным краем, установленный в плоскости схождения параксиального пучка лучей перпендикулярно оптической оси; б – светотень, визуализирующая рельеф ошибок поверхности
При отсутствии ошибок зеркало, создающее изображение точечного тест-объекта, выглядит равномерно освещенным. Наличие ошибок создает светотень, визуализирующую рельеф ошибок поверхности в результате срезания ножом пучков лучей от неверно заклоненных участков волновой поверхности. Участки потемнения в теневой картине определяются верхней областью краевой зоны зрачка исследуемого фронта на рис.8.1, б, а участки максимальной освещенности в теневой картине – нижней областью краевой зоны. Пучки от участков волновой поверхности, имеющих правильную сферическую форму, перекрываются (а следовательно, и ослабляются) лишь наполовину, соответствующая зона зрачка имеет освещенность порядка 50%. Если нож помещают между идеальным сферическим зеркалом и его фокусом и перемещают по нормали к оптической оси, то теневая картина состоит из резко разделенных темной и светлой областей и первая из них перемещается по зеркалу в том же направлении, что и нож. Если нож находится за фокусом, направление перемещения темного участка меняется на противоположное. При введении ножа точно в фокус зеркало затемняется внезапно и полностью (в идеальном случае) без каких-либо заметных движений теневой картины. Это является, кстати, очень точным способом определения положения центра кривизны. Если контролируемое зеркало не является сферическим, каждый его участок имеет свой отличный радиус кривизны, то при помещении ножа в различные точки относительно оптической оси соответствующая зона поверхности темнеет. У волнового фронта, распространяющегося от вогнутого зеркала с нарушениями формы, существуют участки с различными радиусами и центрами кривизны, и при перемещении ножа сразу или поочередно затемняются различные участки поверхности.
Разберем сущность метода Фуко на примере сферического зеркала (рис. 8.2, а). Пусть в центре кривизны С сферического зеркала 1 установлен точечный источник света или его изображение. Если зеркало имеет идеальную сферическую форму, то лучи после отражения от него снова вернутся в точку С, образуя строго гомоцентрический пучок лучей. Расположим глаз наблюдателя 3 таким образом, чтобы все отраженные лучи прошли через зрачок глаза и достигли сетчатки. В этом случае наблюдатель видит равномерно освещенную поверхность зеркала. Расположим вблизи точки С непрозрачный экран 2 с острым краем (нож Фуко). Начнем перемещать нож в направлении перпендикулярном оси пучка, оставляя глаз в прежнем положении. При движении ножа в положении I по мере перекрытия лучей наблюдатель увидит движение тени слева направо. На рис.8.2, б показан вид теневой картины для положения I в момент касания оси пучка лезвием ножа. Если нож находится в положении III (рис. 8.2, в), то наблюдатель увидит то же явление, но в обратной последовательности.
Рис. 8.2. Пояснение сущности теневого метода Фуко на примере сферического зеркала
Если нож находится точно против центра кривизны зеркала (положение III, рис. 8.2, а и г), то при движении его слева направо происходит очень быстрое и равномерное по всей поверхности зеркала понижение освещенности. Объясняется это тем, что в действительности в результате дифракционных явлений точка является не математической точкой, а площадкой конечных, хотя и очень малых размеров. Предположим теперь, что на поверхности зеркала есть дефект обработки в виде бугра, участок М. Нож находится в положении III (см. рис. 8.2, а). Наблюдатель увидит поверхность зеркала в целом равномерно освещенным, кроме участка М, у которого правая часть окажется светлой, а левая темной, так как отраженные лучи от правой половины бугра попадают в глаз, а от левой задерживаются ножом. Возникает характерная теневая картина (см. рис. 8.2, д), позволяющая определить протяженность деформированного участка М и его положение на поверхности зеркала. Д.Д. Максутов усовершенствовал метод Фуко, заменив точечный источник света узкой щелью, а нож нитью, в результате контраст картины повысился, а чувствительность возросла в 2-3 раза. Теневой метод щели и нити Д.Д. Максутова был усовершенствован М.А. Ухановым и применен для измерения аберраций оптических систем. Теневой метод применяется для контроля деформаций волнового фронта, вызванных ошибками и аберрациями в процессе изготовления оптических поверхностей, элементов и систем, особенно – крупногабаритных астрономических зеркал, при контроле свильности оптического стекла, исследованиях воздушных потоков и других явлений.
Основными достоинствами теневых методов являются их высокая чувствительность, простота схемной реализации и качественной интерпретации результатов. По простоте реализации метод Фуко является уникальным по сравнению с другими оптическими методами и может рассматриваться как первый по настоящему производственный способ, на основе которого были разработаны другие многочисленные варианты оптического контроля. Теневой метод удобен для обнаружения поперечных аберраций системы. В процессе контроля непрозрачным экраном, помещенным в плоскость теоретического схождения лучей, пересекают часть отраженного или дифрагированного света, в результате чего возникает теневая картина, указывающая на наличие погрешностей у контролируемой детали. Достоинства метода: 1. Впервые получена возможность визуальных наблюдений малых деформаций волнового фронта на выходе из системы. 2. Высокая чувствительность, порядка 0,1l. 3. Наглядность, позволяющая наблюдать характер искажения волнового фронта, место расположения, форму, величину, протяженность деформаций волнового фронта и ошибок обрабатываемой оптической поверхности. Недостатки метода: К недостаткам можно отнести не преодоленные до конца трудности количественной интерпретации теневого изображения, в результате чего метод в настоящее время применяется преимущественно для технологического контроля в форме качественных оценок состояния оптических поверхностей и материалов, а также уровня аберраций оптических элементов и систем. Итак, метод применяется в основном как качественный метод оценки и используется при изготовлении оптических поверхностей на этапе формообразования, и иногда при контроле оптических элементов и систем.
Описание лабораторной установки Принцип измерения показан на рис. 8.3.
Рис. 8.3. Оптическая система для измерения аберраций оптических систем
В фокальной плоскости объектива 2 помещена щель 1, освещаемая лампой через конденсор и светофильтр. Параллельный пучок из коллиматора 2 падает на испытуемый объектив 3. Глаз наблюдателя, помещенный в фокальной плоскости объектива, увидит равномерно освещенный круглый зрачок контролируемого объектива. Вблизи фокальной плоскости объектива перед ней расположена тонкая нить 4 так, чтобы она была параллельна щели коллиматора. Глаз, находящийся за нитью, будет наблюдать на светлом зрачке контролируемого объектива тень от нити в виде вертикальной линии на том месте зрачка, лучи от которого в данный момент закрывает нить, причем тень от нити будет проходить от одного до другого края зрачка. Для определения сферической аберрации необходимо замерить как перемещение самой нити, так и тени нити на зрачке объектива. Прибор ИАБ-472 состоит из коллиматора и зрительной трубы, смонтированных на рельсе. Ширина щели регулируется с помощью барабанчика. Перемещение ножа осуществляется барабанчиком с ценой деления 0,01 мм. Подвижка ножа вдоль оптической оси осуществляется с помощью втулки. Наблюдение теневой картины можно осуществлять непосредственно глазом или с помощью телевизионной установки. Объекты наблюдения устанавливаются в промежуток между коллиматором и зрительной трубой, для предварительной настройки применяют окуляр, который устанавливается за ножом Фуко в специальном приспособлении. Технические характеристики
Порядок работы 1. Произвести предварительную подготовку установки. 1.1. Установить заданный светофильтр. 1.2. Установить нож в фокальной плоскости объектива зрительной трубы подвижкой вдоль оптической оси с помощью втулки и добиться одновременного гашения в фокальной плоскости объектива зрительной трубы. 1.3. Установить между объективами зрительной трубы и коллиматора испытуемый объект (расширитель с фокусировкой). 2. Подвижкой фокусирующей линзы расширителя добиться равномерного гашения поля при перемещении ножа перпендикулярно оптической оси. 3. Визуально оценить ошибки по характеру теневой картины.
4. Отвести нож в сторону, расфокусировать систему и ввести в поле зрения нить. 5. Установить на выходной зрачок исследуемого расширителя сетку с делениями. 6. Установить тень нити на центр шкалы, снять отсчет по шкале барабана на ноже Фуко. 7. Полученные значения занести в таблицу для определения смещения нити согласно образцу:
Построить график зависимости σ =f( d y¢), σ =m / f¢ об кол, f¢ об кол=450 мм. Оценить величину волновой аберрации 8. По результатам составить отчет.
Контрольные вопросы 1. К какому методу (количественному или качественному) относится теневой метод? 2. Объяснить появление теневой картины в схеме: зеркало + точечный источник + нож Фуко, точечный источник + линза + нож Фуко, точечный источник + измеряемая телесистема + нить. 3. Как подбирается размер щели и нити? 4. Объяснить состав и принцип работы прибора ИАБ-472. 5. Пояснить порядок работы. Список литературы
1. Погорельский С.Л. Прикладная оптика. Учебное пособие. Тула: Гриф и К; 2005. 2. Карпов А.И., Семенова М.П. Измерение конструктивных и оптических параметров и исследование качества поверхностей оптических деталей и систем: Учебное пособие. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2002. 3. Гвоздева Н.Л., Коркина К.И. Прикладная оптика и оптические измерения. М.: Машиностроение, 1976. 4. Афанасьев В.А. Оптические измерения. М.: Высшая школа, 1981 5. Креопалова Г.В., Лазарева Н.Л., Пуряев Д.Т. Оптические измерения. М.: Машиностроение, 1987. 6. Шульман М.Я. Измерение передаточной функции оптических схем. Л.: Машиностроение,1980. 7. Карпов А.И., Зорин С.М. Измерение характеристик качества изображения оптических приборов. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Основы метрологии. Электрические и оптические измерения» КАИ. Казань, 1989. 8. ГОСТ 3514-94. Стекло оптическое бесцветное. Технические условия. М. Издательство стандартов. 1994. 9. ГОСТ 13659-78. Стекло оптическое бесцветное. Физико-химические характеристики. Основные параметры. М. Издательство стандартов. 1979. 10. Объективы съемочные. Методы измерения аберраций. ГОСТ 23698-79. М. Издательство стандартов. 1979. 11. http://nature.web.ru. Естественно-научный образовательный портал 12.. http://ru.wikipedia.org. Википедия - свободная энциклопедия
Содержание.
Карпов Алексей Иванович Лукин Анатолий Васильевич Вендеревская Ирина Геннадьевна Семенова Марина Петровна
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-10; просмотров: 561; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.220.140.5 (0.047 с.) |