Последний уровень раздела предыдущего изложения   Текущий уровень изложения предыдущего раздела   Текущий уровень изложения следующего раздела   Первый уровень изложения следующего раздела   Уровень: Глоссарии:


Принцип необходимости юстировки оптических систем

При конструировании оптических функциональных устройств следует производить проверку необходимости их юстировки и предусматривать в конструкции возможность ее выполнения.

Данное правило вызвано спецификой оптических ФУ* , заключающейся в том, что обычно подавляющее большинство из них не может непосредственно после сборки обеспечить необходимые показатели качества (связанные с изображением). Требуется проведение дополнительных мероприятий по устранению и компенсации тех или иных погрешностей путем подвижек, регулировок, деформаций, дополнительной обработки деталей, воздействия на их свойства или результат функционирования и т.п. для получения устройства, функционирующего с заданными характеристиками - т.е. требуется то, что принято называть юстировкой* .

Обусловлено данное обстоятельство тем, что даже незначительные отклонения характеристик материалов оптических деталей от их номинального значения (в третьем, четвертом и даже пятом знаках после запятой), погрешности изготовления их размеров, формы, расположения приводят к порче качества изображения, создаваемого оптической системой, неправильной его ориентации и другим дефектам.

Рассмотрим элементарный пример, аналогичный приведенному в работе [45]*.

На рис. 56 изображена конструкция телескопической трубки, в которой склеенный объектив строит изображение на сетке (ПЗС приемнике). Из-за погрешности заднего вершинного фокального отрезка (DS' F) объектива 1, погрешности расстояния (Dl) между опорными торцами трубки 2, изображение, строящееся объективом в фокальной плоскости, будет располагаться на расстоянии DZ от плоскости сетки (чувствительной площадки приемника) 3.

Погрешностьзаднеговершинногофокальногоотрезкаобъектива
Рис. 56

В лучшем случае допуск на DZ не должен превышать дифракционной глубины резкости объектива Tд:

где l - рабочая длина волны излучения; А' - задняя апертура объектива. Для светосильных объективов этот допуск равен обычно нескольким микронам, для не светосильных - нескольким десяткам микрон. Например, для объектива с фокусным расстоянием f ' =100 мм и световым диаметром 20 мм при l =0,55 мкм получаем

Выполнить такой допуск не представляется возможным, так как даже если будет точно выдержан отрезок l, то обеспечить погрешность вершинного фокусного расстояния с такой точностью практически нельзя. Известно, что в серийном производстве погрешность фокусных расстояний объективов достигает 0,5-1% f ' . В нашем случае Df' > DS 'F > (0.5-1)%Ч 100 мм =(0.5-1)мм, т.е. в 20-40 раз может превышать допустимое значение. Следовательно, в конструкции телескопической трубки необходимо предусмотреть возможность юстировки расстояния между объективом и сеткой (приемником) для совмещения плоскости изображения с плоскостью сетки (с помощью ступенчатых компенсаторов, регулировочных устройств т.п. [31]*). 

Обеспечениепараллельностипучковзаокулярами
Рис. 57

Рассмотрим возможность обеспечения параллельности между собой осей пучков лучей, выходящих из окуляров бинокля (рис. 57, а). Непараллельность осей возникает, в частности, из-за неравенства увеличений (Г1 N Г2) в трубках бинокля и непараллельности геометрических осей трубок (Dd).

Из-за неравенства увеличений непараллельность осей (Da)

Допуск на непараллельность пучков лучей (исходя из физиологии зрительного аппарата человека) не должен превышать в вертикальной плоскости 15' (в горизонтальной плоскости он шире и достигает 40' при конвергенции осей и 20' при их дивергенции).

Определим допуск на относительную разность увеличений в трубках:

где w, w OK - половина угла поля зрения объектива и окуляра, соответственно (в нашем примере wOK=25 deg;).

Увеличение в трубках, как известно, равно отношению фокусных расстояний объективов и окуляров:

; .

Учитывая, что погрешность фокусного расстояния объектива в серийном производстве достигает 1%, а окуляра 2-3%, максимальное вероятное значение разности увеличений трубок может достичь значений  

 

Компенсировать эту погрешность можно юстировкой фокусного расстояния одного из окуляров либо, что более рационально, учитывая крупносерийность производства биноклей, селекцией объективов и окуляров по фокусным расстояниям, комплектуя их таким образом, чтобы разность увеличений в трубках не превышала допустимого значения.

 Для этого поля рассеяния фокусных расстояний объективов и окуляров относительно их номинальных значений f' ОБ.НОМ , f' ОK.НОМ разбивают на несколько диапазонов (групп), а затем, измеряя фактическое значение их фокусных расстояний, осуществляют комплектовку по группам (рис. 57,б). Число комплектовочных групп будет зависеть от величины поля рассеяния, определяемого максимальными f' ОБ.МAX, f' ОK.МAX и минимальными f' ОБ.МIN , f' ОK.МIN значениями погрешностей фокусных расстояний.

Непараллельность геометрических осей трубок (Dd ) приводит к непараллельности осей пучков лучей на величину Da = Dd(Г-1). Для бинокля, имеющего увеличение, например, 6х (крат), получаем допуск на Dd, равный

Такой допуск, учитывая, что он будет обусловлен погрешностями расточек отверстий под объективы и окуляры, зазорами в посадках, децентрировками самих объективов и окуляров и другими факторами, выдержать весьма сложно. Если же трубки бинокля имеют шарнир для раздвижки окуляров по базе глаз наблюдателя (ось шарнира, в свою очередь, должна быть параллельна оси поворотной трубки), то обеспечить допуск практически невозможно, и следует предусмотреть юстировку параллельности геометрических осей трубок и шарнира [31]*.

Следует подчеркнуть то обстоятельство, что юстировка является весьма трудоемким процессом, выполняется высококвалифицированными рабочими, требует использования специальной оснастки, инструмента, прецизионных средств контроля. Поэтому к юстировке следует прибегать только в случаях, когда она действительно необходима для достижения требуемых показателей качества, либо доказана ее экономическая целесообразность.

 Методика определения необходимого числа юстируемых параметров (компенсаторов), диапазона и чувствительности юстировки, а также способы и устройства юстировки типовых узлов изложены в литературе [31]*.