Волновые методы измерения аберраций объективов

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5

Интерференционные или волновые методы находят широкое применение и позволяют определять волновые аберрации объективом, из которых, с помощью несложной методики, можно получить геометрические аберрации.

Интерференционный метод исследования фотографических объективов был предложен Твайманом в 1920 г., развит и уточнен К. Бутковым (1925 г.) и Л. Морозом (1936) и основывается на определении разности хода лучей между идеальной сферической волной и реальной, с искажениями волнового фронта, внесенных аберрациями испытуемой оптической системы.

Отклонение реальной волновой поверхности в любой точке от сферической поверхности представляет собой волновую аберрацию , отсчитываемую по радиусу сферы . Пусть - радиус идеальной поверхности радиуса совпадает с началом координат. Нормаль к реальной волновой поверхности пересекает ось в точке и ось в точке , образуя отрезки и , представляющие собой продольную и поперечную сферические аберрации соответственно.

Связь продольной и поперечной сферических аберраций с волновой определяется выражениями

(4.39)

Полагая - фокусному расстоянию испытуемого объектива и пренебрегая по сравнению с ( ), получим приближенные формулы

(4.40)

Но и , тогда и , откуда

или

(4.41)

где - угол, показанный на рис 4.8, - высота луча на входном зрачке объектива. Волновая аберрация определяется суммированием значений

(4.42)

Или

(4.43)

Эти формулы справедливы в случае совпадения плоскости изображения с параксиальной фокальной плоскостью.

Для характеристики работы объектива при различных плоскостях наведения необходимо получить и построить волновые поверхности при смещениях объектива от параксиального фокуса.

Интерферометр Тваймана

Одним из приборов, определяющих волновые аберрации, является интерферометр Тваймана. Он является интерферометром типа Майкельсона и работает следующим образом (рис 4.21).

Свет от монохроматического источника 1, проходя точечную диафрагму 2, установленную в передней фокальной плоскости объектива коллиматора 3, параллельным пучком попадает на делительную пластину 4, у которой на одну из поверхностей нанесено полупрозрачное покрытие. Делитель расщепляет пучок на две ветви, одна из которых попадает на эталонное зеркало 5, а другая, пройдя через испытуемый объектив 7, отразившись от сферического зеркала 8 и вновь пройдя 7, попадает на делитель, где, объединившись с пучком из другой ветви, пройдя объектив 9, интерферирует с ним в плоскости полевой диафрагмы 10, изображение в которой наблюдается глазом 11. В ветви с испытуемым объективом помещен дефлектор - компенсатор разности хода 6, необходимый при измерении внеосевых аберраций.

В случае безаберрационного объектива, при совпадении его фокуса

с центром кривизны поверхности сферического зеркала

, а также в случае перпендикулярности зеркала 5 к оптической оси и при угле наклона делителя 5 под углом строго в 45°, интерферируют два плоских и параллельных друг другу волновых фронта, и интерференционная картина представляет собой равномерное светлое или темное поле - глаз, аккомодированный на входной зрачок объектива видит его освещенным или затемненным. При наклоне пучка, отраженного от эталонного зеркала наблюдаются интерференционные полосы в виде прямых линий.

При контроле реального объектива интерференционная картина всегда сложная. При совмещении центра кривизны зеркала с параксиальным фокусом в центре входного зрачка испытуемого объектива интерференционная картина (в данном случае в виде колец) будет отсутствовать. Кольца начнут появляться с некоторой зоны, на которой волновая аберрация превысит .

Перемещением сферического зеркала можно добиться получения минимального числа колец, что будет соответствовать волновой аберрации в плоскости наилучшей установки. На практике, в связи с трудностями нахождения такой плоскости, волновую аберрацию измеряют следующим образом:

1. Получают интерференционную картину в некоторой плоскости, близкой “на глаз” к плоскости наилучшей установки и измеряют радиусы колец либо по фотографиям, либо с помощью телескопической лупы с окулярным микрометром.

2. Принимая во внимание, что переход от одного темного или светлого кольца к следующему соответствует изменению аберрации на и что радиусы колец пропорциональны корням квадратным из целых чисел (т.н. правило Ньютона), строят график волновой аберрации в плоскости установки (рис 4.22).

3. Для построения графика волновой аберрации в плоскости Гаусса проводят касательную к кривой, проходящую через начало координат. Отклонение построенной кривой от касательной есть волновая аберрация в различных зонах плоскости Гаусса.

4. Для построения графика волновой аберрации в плоскости наилучшей установки проводят прямую таким образом, чтобы максимальное отклонение кривой от нее были равны по величине и противоположны по знаку. Эти отклонения соответству-ют волновой аберрации в плоскости наилучшей уста-новки.

Для измерения волновых аберраций для точек вне оси испытуемый объектив поворачивается на фиксированном основании вокруг оси, проходящую через заднюю главную точку . Измеряя волновую аберрацию с различными можно построить графики хроматических аберраций.

Дисторсия объектива определяется с помощью дефлектора, представляющего собой два клина, образующих плоскопараллельную пластину с переменной толщиной, меняющую разность хода между интерферирующими пучками. При поворотах объектива на дискретные углы и при наличии дисторсии интерференционная картина в центральной зоне испытуемого объектива будет меняться. Вращая диск дефлектора, компенсируют возмущение интерференционной картины, т.е. освобождают центральную часть картины от полос. Величину перемещения клиньев отсчитывают по шкале и по таблице, прилагаемой к прибору, определяют значение дисторсии.

Астигматизм и кривизна поля определяются по расположению вертикальных и горизонтальных интерференционных полос при соответственном смещении центра кривизны сферического зеркала в меридиональных и сагиттальных фокусах испытуемого объектива. Величина смещения считывается по шкале каретки продольного перемещения зеркала. Разность отсчетов для каждого положения представляет собой астигматизм объектива, а по всему полю - кривизну поля в меридиональных и сагиттальных сечениях.

Для испытаний микрообъективов используется подобный интерферометр, однако, учитывая малый передний отрезок микрообъективов, используется вогнутое эталонное зеркало. Поскольку микрообъективы (кроме металлографических), работают с тубусами конечной длины ( и ) - т.е. строят изображение на конечном расстоянии, то их дополняют отрицательными тубусными линзами мм или мм соответственно. При этом центр кривизны зеркала совмещен с осевой точкой предметной плоскости микрообъектива, а задний фокус тубусной линзы совмещен с осевой точкой плоскости изображения микрообъектива. В остальном, измерения ведутся аналогично.

Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 475; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 45

Мы поможем в написании ваших работ!