Рефотека.ру / Коммуникации и связь

Реферат: Фокусировка приборов. параллакс и его устранение

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ


кафедра электронной техники и технологии


РЕФЕРАТ

на тему:


«Фокусировка приборов. Параллакс и его устранение»


МИНСК, 2008

В процессе юстировки многих ОЭС одной из основных задач является получение резкого изображения наблюдаемого или измеряемого предмета в заданном месте, в котором может располагаться плоскость визирной сетки (марки) или измерительной шкалы.

В процессе сборки телескопических приборов может быть нарушено взаимное расположение оптических деталей, проектирующих изображение предмета в плоскости сетки, т.е. плоскость изображения бесконечно удаленного

Предмета не будет совпадать с плоскостью сетки на некоторую величину xґ. Допустимая величина этого смещения определяется глубиной резкого изображения, образуемого оптической системой данного прибора.

Положение предметной плоскости, определяемое минимальным расстоянием от объектива прибора до предмета, изображение которого будет при этом резко видно в задней фокальной плоскости объектива, принято называть началом бесконечности.

Бесконечно удаленный предмет изображается объективом 1 зрительной трубы в плоскости Pґ совмещения заднего фокуса Fґоб объектива и переднего фокуса Fок окуляра 3; за окуляром изображение предмета будет находиться в бесконечности. Плоскость М сетки 2 удалена от плоскости Pґ на величину xґ в сторону окуляра. Это явление несовпадения двух одновременно наблюдаемых плоскостей принято называть продольным параллаксом.

При поперечном смещении глаза в пределах выходного зрачка, диаметр которого больше диаметра зрачка глаза, будет наблюдаться поперечное смещение центра С сетки 2 как более близкого предмета относительно изображения бесконечно удаленного предмета на величину yґ. Перспективное (кажущееся) смещение рассматриваемого объектива, вызванное изменением точки наблюдения, принято называть поперечным параллаксом. Поперечное смещение сетки 2 относительно изображения предмета на величину yґ будет наблюдаться за окуляром под углом εок, служащим мерой углового параллакса.

Как видно плоскость М сетки 2 изображается окуляром 3 в плоскости фокуса Мґ, расположенной на расстоянии xок от заднего фокуса Fґок окуляра. Для упрощения расчетов предположим, что плоскость выходного зрачка зрительной трубки совпадает с задним фокусом Fґок окуляра. Тогда угловой параллакс εок за окуляром можно определить из следующего соотношения:

Фокусировка приборов. параллакс и его устранение, (1)

где Фокусировка приборов. параллакс и его устранение - величина поперечного смещения зрачка глаза в плоскости выходного зрачка прибора; 3438 – число угловых минут в одном радиане.

Применив формулу Ньютона к плоскостям М и Мґ, находим

Фокусировка приборов. параллакс и его устранение,

где Фокусировка приборов. параллакс и его устранение - фокусное расстояние окуляра.

Подставив в формулу (1) найденное значение Фокусировка приборов. параллакс и его устранение получаем

Фокусировка приборов. параллакс и его устранение (1а)

Если известно действительное значение углового параллакса Фокусировка приборов. параллакс и его устранение (его измеряют в процессе юстировки прибора), то, как следует из формулы (1а), параллакс можно устранить путем продольного перемещения сетки на величину Фокусировка приборов. параллакс и его устранение:

Фокусировка приборов. параллакс и его устранение.

Размер зрачка глаза обычно несколько меньше размера выходного зрачка прибора (dвых.зр>dгл=2 мм), вследствие этого смещение зрачков может происходить с диафрагмированием или без диафрагмирования. Практически при наблюдении параллакса глаз перемещают не на величину h, равную половине выходного зрачка, а на величину kh=(0.5Фокусировка приборов. параллакс и его устранение0.8)h. Выразив также Фокусировка приборов. параллакс и его устранение в угловых минутах, получаем формулу для определения параллакса в следующем виде:

Фокусировка приборов. параллакс и его устранение (1б)

Продольный параллакс можно выразить в диоптриях, если величину Фокусировка приборов. параллакс и его устранение смещения плоскости Фокусировка приборов. параллакс и его устранение сетки 2 относительно плоскости Фокусировка приборов. параллакс и его устранение изображения бесконечно удаленного предмета определить аналогично соотношению для перемещения окуляра при диоптрийной наводке его с учетом аметропии глаза:

Фокусировка приборов. параллакс и его устранение, (2)

где Фокусировка приборов. параллакс и его устранение - число диоптрий, на которое необходимо изменить сходимость лучей окуляра; знаки плюс и минус характеризуют положение изображений по правилу знаков прикладной оптики. Подставив Фокусировка приборов. параллакс и его устранение в формулу (1б), получим следующее значение углового параллакса:

Фокусировка приборов. параллакс и его устранение (3)

Отсюда можно найти выражение для определения несовпадения плоскости Фокусировка приборов. параллакс и его устранение сетки с плоскостью Фокусировка приборов. параллакс и его устранение изображения бесконечно удаленного предмета в диоптриях:

Фокусировка приборов. параллакс и его устранение (3а)

Величина углового параллакса Фокусировка приборов. параллакс и его устранение перед объективом (в пространстве предметов) зависит от величины Фокусировка приборов. параллакс и его устранение и от величины Фокусировка приборов. параллакс и его устранение входного зрачка объектива. Эта зависимость может быть выражена следующим соотношением:

Фокусировка приборов. параллакс и его устранение

где Фокусировка приборов. параллакс и его устранение - фокусное расстояние объектива прибора; 206265 – коэффициент, равный числу угловых секунд в одном радиане.

Условный угол, под которым из центра удаленного объекта виден радиус входного зрачка телескопического прибора, называется параллактическим углом Фокусировка приборов. параллакс и его устранение в пространстве предметов. При юстировке прибора этот угол определяют по формуле:

Фокусировка приборов. параллакс и его устранение,

где Фокусировка приборов. параллакс и его устранение - угловой параллакс за окуляром, выраженный в секундах; Г – угловое увеличение прибора.

Технологический прием, выполняемый в процессе сборки приборов для устранения в них параллакса, принято называть фокусировкой.

Процесс фокусировки заключается в перемещении вдоль оптической оси некоторых оптических деталей (объективов, линз оборачивающих систем, окуляров, сеток, зеркал и др.), вызывающих соответствующее продольное смещение изображений.

Допустимая величина параллакса устанавливается частными техническими условиями на прибор.

Для прицельных и измерительных приборов параллактическое смещение изображения предмета относительно любого знака сетки при перемещении глаза в плоскости выходного зрачка должно быть меньше допустимой ошибки наводки визирной линии на цель.

Перед объективом коллиматора помещают испытуемый прибор, сетка которого должна быть установлена на резкое видение по глазу наблюдателя.

В фокальной плоскости объектива коллиматора обычно размещается сетка с допусковыми штрихами в виде черных полос или квадрата на светлом (прозрачном) фоне.

Перемещая глаз (покачивая головой в пределах выходного зрачка проверяемого прибора), наблюдают смещение изображения шкалы коллиматора относительно выбранного знака сетки этого прибора; по делениям шкалы коллиматора определяют величину параллакса в секундах со стороны объектива данного прибора.

По направлению смещения изображения сетки коллиматора относительно сетки испытуемого прибора и направлению движения глаза можно определить место расположения плоскости изображения сетки коллиматора относительно плоскости сетки прибора.

Если плоскость сетки проверяемого прибора смещена к объективу, т.е. находится между объективом и его фокальной плоскостью, то при поперечном движении глаза изображения сетки коллиматора смещается в направлении движения глаза (рис. 3а). Такой параллакс принято называть параллаксом “за глазом”.

Для устранения параллакса объектив в проверяемом приборе следует удалить от сетки на величину Фокусировка приборов. параллакс и его устранение, установив между корпусом прибора и оправой объектива компенсационное кольцо толщиной, равной величине Фокусировка приборов. параллакс и его устранение. Кроме того, если это предусмотрено в конструкции прибора, параллакс можно устроить смещением сетки с окуляром 3 в обратном направлении на такую же величину.

Если плоскость с делением сетки прибора смещена от последней поверхности объектива и находится за его фокальной плоскостью, то при поперечном движении глаза изображение сетки коллиматора будет смещаться в противоположном направлении. Такой параллакс принято называть параллаксом “против глаза”.

Для устранения параллакса “против глаза” объектив прибора необходимо приблизить к сетке на величину Фокусировка приборов. параллакс и его устранение или удалить окуляр с сеткой на эту же величину.

Пример. Требуется определить величину и направление перемещения объектива испытуемого прибора, угловой параллакс которого со стороны объектива Фокусировка приборов. параллакс и его устранение и если наблюдается он “за глазом”. Увеличение прибора Фокусировка приборов. параллакс и его устранение, фокусное расстояние окуляра Фокусировка приборов. параллакс и его устранениемм, диаметр выходного зрачка Фокусировка приборов. параллакс и его устранениемм.

Определим величину смещения Фокусировка приборов. параллакс и его устранение плоскости изображения сетки коллиматора относительно сетки прибора по формуле

Фокусировка приборов. параллакс и его устранение. (4)

Примем, что Фокусировка приборов. параллакс и его устранение, а коэффициент Фокусировка приборов. параллакс и его устранение. Подставляя эти значения в выражение (4), найдем величину перемещения объектива:

Фокусировка приборов. параллакс и его устранение мм.

Так как в приборе наблюдается параллакс “за глазом”, т.е. его сетка стоит перед плоскостью изображения сетки коллиматора, то между корпусом прибора и оправкой объектива необходимо установить компенсационное кольцо высотой 1,5мм.

Объективы коллиматоров, предназначенных для определения параллакса в телескопических приборах, должны иметь световой диаметр, превышающий диаметр объективов испытуемых приборов (Фокусировка приборов. параллакс и его устранение). Так как сетки в коллиматорах относительно фокальной плоскости объектива устанавливаются с некоторой погрешностью, то для уменьшения влияния этой погрешности на измерение параллакса фокусное расстояние коллиматора выбирают больше фокусного расстояния объектива проверяемого прибора.

Ошибку в определении параллакса Фокусировка приборов. параллакс и его устранение, обусловленную погрешностью установки сетки коллиматора Фокусировка приборов. параллакс и его устранение, вычисляют по формуле:

Фокусировка приборов. параллакс и его устранение,

где Фокусировка приборов. параллакс и его устранение - фокусное расстояние объектива коллиматора; Фокусировка приборов. параллакс и его устранение - фокусное расстояние объектива испытуемого прибора.

Другие способы определения параллакса. Существуют и другие способы определения параллакса при фокусировке телескопических систем. Например, фокусировка коллиматорных приборов и отдельных оптических систем (телескопов, бинокуляров и др.) дальномеров осуществляется с помощью зрительной трубы методом наводки последней на резкое изображение сетки (марки) испытуемого прибора по схеме, показанной на рис.4.

Перед началом работы астрономическая зрительная труба, имеющая кремальерную подвижную окулярную часть, должна быть отъюстирована на бесконечность. Это положение трубы отсчитывается по миллиметровой шкале, нанесенной на подвижном тубусе окулярной части, с помощью нониуса.

Если в испытуемом приборе 2 сетка, подсвечиваемая осветителем 1, установлена в фокальной плоскости объектива, то ее изображение в окуляре зрительной трубы 3, установленной в положение “бесконечность”, будет резким.

Если сетка относительно фокальной плоскости будет смещена в сторону объектива (на рис.4 показано штриховой линией) на величину Фокусировка приборов. параллакс и его устранение, то из объектива испытуемого прибора будут выходить расходящиеся пучки лучей, и изображение сетки прибора 2 в зрительной трубе не будет резким. Для получения резкого изображения сетки необходимо кремальерной подвижкой сместить окулярную часть трубы от ее объектива на величину Фокусировка приборов. параллакс и его устранение, отсчитав ее по шкале окулярной части с точностью ±0,1 мм.

Для исправления параллакса сетку проверяемого прибора необходимо сместить в сторону, противоположную смещению окулярной части зрительной трубы, на величину

Фокусировка приборов. параллакс и его устранение

где Фокусировка приборов. параллакс и его устранение - фокусное расстояние объектива прибора; Фокусировка приборов. параллакс и его устранение - фокусное расстояние объектива зрительной трубы.

Для повышения точности установки сетки в проверяемом приборе при помощи зрительной трубы ее наводят на резкое видение изображения нескольких раз, и смещение тубуса с окулярной частью определяют как среднее арифметическое из нескольких результатов измерений.

При юстировке телескопических систем, имеющих объективы с большими световыми диаметрами, для которых требуется высокая точность установки сетки в фокальной плоскости, применяют фокусировку при помощи зрительной трубы и пентапризмы .

Перед объективом испытуемого прибора 1 устанавливают пентапризму 2 с хорошим качеством изображения и фокусностью не менее 15-20 км. Пентапризмы выставляется по уровню и закрепляется на столике, который перемещается по направляющим перпендикулярно оси объектива прибора. Изображение сетки прибора рассматривают через зрительную трубу 3, имеющую окулярный микрометр или сетку со шкалой, при помощи которых можно отсчитывать смещение изображения сетки контролируемого прибора в горизонтальной плоскости.

Если из объектива проверяемого прибора выходит параллельный пучок лучей (сетка установлена точно в фокальной плоскости объектива), то при перемещении пентапризмы из положения I в положение II изображение сетки прибора остается неподвижным относительно сетки зрительной трубы.

В том случае, если сетка испытуемого прибора не установлена в фокальной плоскости, то из объектива будет выходить пучок лучей с некоторым углом сходимости. Допустим, что сетка смещена от фокальной плоскости в сторону объектива (см. штриховые линии на рис.4) на величину Фокусировка приборов. параллакс и его устранение. Тогда из объектива будет выходить расходящийся пучок лучей. Этой величине расфокусировки будет соответствовать параллакс с углом Фокусировка приборов. параллакс и его устранение.

При установке пентапризмы в положение I изображение центра сетки контролируемого прибора будет проектироваться на сетку зрительной трубы смещенным в горизонтальной плоскости в точку Аґ1. При установке пентапризмы в положение II изображение сетки будет проектироваться в точку Аґ2. Зная угловую цену деления шкалы сетки зрительной трубы, можно определить величину параллакса Фокусировка приборов. параллакс и его устранение.

Величину перемещения Фокусировка приборов. параллакс и его устранение объектива вдоль оси, необходимо для получения параллельного пучка лучей, выходящих из проверяемого прибора, можно определить по следующей формуле:

Фокусировка приборов. параллакс и его устранение,

где Фокусировка приборов. параллакс и его устранение - фокусное расстояние объектива испытуемого прибора; Фокусировка приборов. параллакс и его устранение - линейное перемещение пентапризмы; Фокусировка приборов. параллакс и его устранение - угловой параллакс в секундах.

Пример. Определить необходимое перемещение объектива в коллиматорной системе, если при перемещении пентапризмы на величину Фокусировка приборов. параллакс и его устранение мм изображение сетки проверяемой системы перемещается из точки Аґ2 (при нахождении пентапризмы в положении I) в точку Аґ1 (при нахождении пентапризмы в положении II) на величину Фокусировка приборов. параллакс и его устранение мм (измерено окуляр-микрометром). Фокусное расстояние испытуемого объектива Фокусировка приборов. параллакс и его устранениемм. Зрительная труба имеет фокусное расстояние Фокусировка приборов. параллакс и его устранениемм.

Определим угловой параллакс по формуле:

Фокусировка приборов. параллакс и его устранение.

Определим необходимое перемещение объектива коллиматорной системы вдоль оптической оси:

Фокусировка приборов. параллакс и его устранение мм.

Так как смещение изображения сетки коллимационной системы происходило влево при нахождении пентапризмы и положении I и вправо – при положении II, то можно заключить, что из объектива проверяемой системы выходит сходящийся пучок лучей. Следовательно, сетка находится дальше фокальной плоскости объектива.

При фокусировке некоторых телескопических приборов, например длиннофокусных зрительных труб, коллиматоров и автоколлимационных зрительных труб, применяют автоколлимационный метод проверки параллакса. Перед объективом проверяемой системы 1 устанавливают плоское зеркало 2 (рис.6) с хорошим качеством изображения и с фокусностью не менее 20-30 км. Диаметр зеркала должен быть больше диаметра объектива испытуемой системы: Фокусировка приборов. параллакс и его устранение.

За окуляром испытуемой системы, перед глазом наблюдателя, устанавливают вспомогательную стеклянную пластину 3 с лампой 4.

Свет от лампы 4, отразившись от пластины 3, проходит окуляр контролируемой системы и освещает сетку 5. Затем пучок лучей выходит из объектива и направляется на зеркало 2, отразившись от которого, лучи вновь попадают в объектив, и в плоскости сетки проектируется ее автоколлимационное изображение.

Если сетка фокусируемого прибора установлена точно в фокальной плоскости М объектива, то ее автоколлимационное изображение будет наблюдаться резко и без параллакса относительно сетки 5. Если сетка 5 не лежит в фокальной плоскости объектива проверяемого прибора и смещена, например, за задний фокус Фокусировка приборов. параллакс и его устранение на величину Фокусировка приборов. параллакс и его устранение, то из объектива будут выходить пучки лучей с углом сходимости Фокусировка приборов. параллакс и его устранение. Отраженные от зеркала лучи возвратятся в объектив под углом Фокусировка приборов. параллакс и его устранение, но с другим знаком сходимости, например сходящимся пучком.

Автоколлимационное изображение сетки будет в плоскости в другую сторону к объективу от заднего фокуса Фокусировка приборов. параллакс и его устранение на расстоянии Фокусировка приборов. параллакс и его устранение от самой сетки.

В итоге автоколлимационный метод фокусировки в 2 раза точнее, чем с помощью зрительной трубы (рис.4).

Для устранения наблюдаемого параллакса подрезают оправу объектива или устанавливают прокладное кольцо в зависимости от величины и знака параллаксного смещения.

ЛИТЕРАТУРА


Малов А.Н., Законников Обработка деталей оптических приборов. Машиностроение, 2006. - 304 с.

Бардин А.Н. Сборник и юстировка оптических приборов. Высшая школа, 2005. - 325с.

Кривовяз Л.М., Пуряев Д.Т., Знаменская М.А. Практика оптической измерительной лаборатории. Машиностроение, 2004. - 333 с.

Рефетека ру refoteka@gmail.com