Исследование оптических характеристик зрительных труб

При исследованиях оптических деталей, узлов, систем и для различных контрольных измерений применяют специальные оптико-механические системы (оптические скамьи ОСК-2 и ОСК-3). Оптическая скамья ОСК-2 отличается от ОСК-3 фокусными расстояниями объективов коллиматора, соответственно/’^ 1600 и 1000 мм.

В комплект оптической скамьи входят длиннофокусный коллиматор; автоколлимационная труба с f - 500 мм; отсчетный микроскоп с объективами различных увеличений и апертур; сменные окуляры, как обычные, так и автоколлимационные; штриховые миры; «точка»; раздвижная щель; диоптрийная трубка с набором насадочных линз; осветитель; монохроматический источник света; плоскопараллельная пластинка; всевозможные столики и держатели для крепления исследуемых оптических систем; накладной уровень.

Основанием оптической скамьи являются массивные направляющие, снабженные подъемными винтами и миллиметровой отсчетной шкалой. Коллиматор, микроскоп, осветитель, столики и другие приспособления могут перемещаться и крепиться на этих направляющих.

На рис. 4.13 представлена схема установки, смонтированной на направляющих оптической скамьи и позволяющей определять следующие параметры исследуемой оптической системы: фокусное расстояние, вершинные (передний и задний) отрезки, разрешающую способность по мире и качество изображений по «точке».

Рис. 4.13. Схема для определения оптических характеристик зрительной трубы:

• 1 — источник света; 2 — конденсор; 3 — матовое стекло; 4 — шкала (мира);
• 5 — объектив коллиматора; 6 — испытуемая оптическая система;
• 21G 7 — объектив микроскопа; 8—измерительный окуляр

Рассмотрим определение фокусного расстояния, заднего фокального отрезка s_F положения задней главной плоскости объектива s'_H и разрешающей способности оптической системы.

На рис. 4.14 дана схема двухкомпонентного телеобъектива и его кардинальных элементов s_F, s'_H относящихся к пространству изображений. Для определения тех же элементов, но относящихся к пространству объектов исследуемую оптическую систему следует развернуть на 180°.

Предварительно следует выставить коллиматор на бесконечность. Перед объективом коллиматора устанавливают положительную оптическую систему, которая строит изображение шкалы коллиматора в своей задней фокальной плоскости. Это изображение рассматривают в измерительный микроскоп. В поле зрения микроскопа одновременно наблюдают изображение шкалы коллиматора и сетку окулярного микрометра. Измеряемый интервал шкалы должен занимать не менее ²/₃ поля зрения. Биссектор окулярного микрометра (или косой крест) последовательно вращением барабанчика микрометра совмещают со штрихами изображения шкалы коллиматора. По окулярному микрометру берут отсчеты А и В. При этом

(4.15)

где у = (В - A)v,f — фокусное расстояние объектива коллиматора; т — цена деления барабанчика окулярного микрометра; у — выбранный интервал по шкале коллиматора.

При определении заднего фокального отрезка s_F следует воспользоваться миллиметровой шкалой станины, по которой может перемещаться микроскоп (при значительных s^), или шкалой, регистрирующей перемещение тубуса микроскопа (при небольших «у. Для этой цели берут отсчеты при двух положениях измерительного микроскопа: при наблюдении изображений шкалы коллиматора А и при наблюдении испытуемого объектива 6 — отсчет В. Разность отсчетов В и А будет равна заднему фокальному отрезку s_F.

Положение главной задней плоскости s'_H определяют по формуле (с учетом знаков):

Рис. 4.14. Схема двухкомпонентного телеобъектива

217

% = ^sf -

Для определения разрешающей способности в задней фокальной плоскости коллиматора устанавливают штриховую миру. Обычно набор мир (от № 1 до

№ 6) крепят на револьверную головку, что позволяет быстро находить требуемую миру. Наблюдая в поле зрения микроскопа изображение миры, построенное в фокальной плоскости исследуемого объектива, определяют группы штрихов, которые еще различаются. По известному номеру группы штрихов миры и таблице, находящейся в паспорте, определяют разрешающую способность системы в угловой мере.

Мира представляет собой штриховую испытательную таблицу, в которой расстояние между штрихами меняется по определенному закону. Она состоит из 25 элементов, каждый из которых включает 4 квадрата со штрихами в четырех различных направлениях. Ширина светлых промежутков между штрихами в пределах одного элемента одинакова. В каждой мире ширина штрихов при переходе от элемента № 1 к элементу № 25 убывает по геометрической прогрессии 1 / >/2 = 0,94, где п — номер элемента миры. Кроме этого, каждая мира имеет так называемые базовые штрихи, характеризующие ее масштаб. Угловое расстояние между серединами соседних темных (или светлых) штрихов каждого элемента миры (а") в

секундах вычисляют по формуле а" =

2а

Г

х 206265", где а — ширина

штрихов в мм, / — фокусное расстояние коллиматора;

а"

• 2а „ = ТР •
• (4.16)

Разрешающую способность зрительных труб определяют по общей принципиальной схеме, но вместо микроскопа за окуляром трубы устанавливают наблюдательную трубку с увеличением 2 — 4^х, через которую рассматривают миру.

Угловое расстояние биссектора сетки нитей зрительной трубы определяют по линейке с миллиметровыми делениями, которую закрепляют горизонтально на расстоянии s = 10-15 м. По каждой из нитей биссектора берут отсчеты а_{ и а₂ с точностью до 0,2 — 0,3 мм. Угловой размер биссектора А вычисляют по формуле:

А = 200 (a-j-ajs,

(4.17)

где а, иа₂ — в мм, s — в м.

Правильность хода фокусирующей линзы зрительной трубы исследуют следующим образом. На расстоянии около 100 м устанавливают визирную марку примерно на высоте оси вращения трубы теодолита. Тщательно ориентируют трубу по марке. В створе и перпендикулярно к визирной линии на выбранном расстоянии, например 5 м, закрепляют неподвижно горизонтальную линейку с миллиметровыми делениями (также на высоте прибора). 218 Не изменяя положения трубы, фокусируют ее по линейке и по вер тикальной нити берут отсчет а, с точностью до 0,2 —0,5 мм. Затем переводят трубу через зенит, снова наводят на дальнюю ориентирную марку и, изменяя фокусировку, берут второй отсчет а₂ по линейке. Погрешность хода фокусирующей линзы для расстояния s₍. (например, 5 м) вычисляют по формуле:

5,. = (02 -ц)р/2в. (4.18)

Далее последовательно увеличивают расстояния до 10, 15, 20, 25, ... и т. д., повторяют цикл наблюдений (при КП и КЛ), определяя по формуле (4.18) значения 6; для каждого расстояния. По результатам исследований можно построить график изменения величины 8,, по которому при необходимости определяют поправки за пе-рефокусирование.

Проверку качества изображения выполняют путем рассматривания в трубу правильных черных фигур (например, квадрата), вычерченных на ватмане. Лист ватмана прикрепляют на таком расстоянии от прибора, чтобы в поле зрения трубы размещалась целиком одна фигура. Хорошая труба дает четкое изображение, геометрически подобное оригиналу, с легкой фиолетовой или синей окраской на краях поля зрения. При наличии дисторсии изображение квадрата имеет бочкообразную форму, при явлениях астигматизма фигура полностью не фокусируется. Цветная окантовка изображения указывает на наличие хроматической аберрации.

В полевых условиях можно также проверить качество изображения по яркой звезде. Хорошая труба дает изображение звезды в виде яркого небольшого кружка с правильными концентрическими светлыми кольцами. При изменении фокусировки изображение звезды расплывается, сохраняя правильную форму. Искажение и двоение изображения указывают на плохое качество центрировки или сборки объектива; при хроматической аберрации появляется окрашенность изображения; сферическая аберрация характеризуется изменением яркости концентрических колец при изменении диоптрийной наводки окуляра.