Измерение радиусов оптических поверхностей

[sky-man]

Задался идеей замерить радиус кривизны поверхностей 100мм дублета чтобы загрузить данные в программу и посмотреть наилучшие параметры прокладок и тп.
Пришёл к выводу что любительским инструментарием точный замер радиусов поверхностей провести невозможно.

SAY дал очень хорошее замечание: «Взял расчёт 1206 BK7_F2 (Шотт) F'-560-C'. В идеале при фокусировке в монохроме штрель 0,897 на волне 533 нм. Принудительно увеличил радиус кривизны второй поверхности на 0,15 мм (по расчёту 214,0 мм), не меняя другие параметры. Результат: штрель 0,525 на 533 нм.»
То есть при ошибке измерения радиуса на 0,15мм мы получаем в программе совсем другой объектив, у которого штрель падает с 0,9 до 0,5.

Итак чем мы можем промерить радиусы.
Советский кольцевой сферометр ИЗС-7.


Погрешность измерения радиуса 37-1000мм по паспорту +-0,04%:


Берём вторую поверхность ахромата 1206 с радиусом 214мм, +-0,04% то есть разбег 0,08% это 0,17мм по радиусу 214мм. То есть с такой ошибкой у нас штрель упадёт с 0,9 до 0,5 и даже хуже. И мы не узнаем какой настоящий радиус поверхности у нас. Делать точные линзы и расчёты с таким прибором невозможно.

Итак доступный на али за 12 тр индикаторный радиусомер с дискретностью измерения глубины 0,001мм и радиусов 0,01мм. Сразу показывает радиус, ничего считать по глубине не надо:


На самом деле дискретность глубины по паспорту у него 0,005мм:


Числа при движении штока изменяются только на эту величину. При +0,005 и - 0,005мм имеем разбег по глубине 0,01мм. Это даёт минимальную ошибку до 0,15мм по радиусу 180 мм наример и при 214мм ещё больше. Штрель при такой ошибке радиуса одной поверхностей падает с 0,9 до 0,5.
А у нас 4 поверхности в дублете, с такими инструментами замера ошибка на 4 поверхностях вообще не даст даже близких параметров. По паспорту погрешность китайца может достигать 1.6% от радиуса. Это вообще точность пластиковых труб, деталей, а не оптики. 
Я не нашёл ни одного доступного прибора, которым мы можем измерить радиусы поверхностей оптики и смоделировать ее точные параметры в программе. Также мы не можем проконтролировать расчётные радиусы линз объектива при изготовлении оптики.
Понятно что изготовление Ньютона проще- там всего одна точная поверхность. Изготовить линзовый дублет сложнее в разы - там надо сделать 4 точные поверхности вместе с разными расчётными радиусами. А чем это мерить?

Все эти красивые графики в программах расчёта оптики это классно, но если мы не можем замерить параметры поверхностей, оптики которую имеем или изготавливаем, эти модели ничего не стоят, они не имеют отношения к тому что есть в реальности.
Уважаемые оптики. А чем вы меряете радиусы своих зеркал и линз? И можно ли добиться большей точности при измерении с сегодняшними технологиями, например замер оптически с помощью лазера и тд.

[Gleb1964]

Взял расчёт 1206 BK7_F2 (Шотт) F'-560-C'. В идеале при фокусировке в монохроме штрель 0,897 на волне 533 нм. Принудительно увеличил радиус кривизны второй поверхности на 0,15 мм (по расчёту 214,0 мм), не меняя другие параметры. Результат: штрель 0,525 на 533 нм.

И, в результате неправильный вывод. Изменив радиус, толщину или показатель преломления, вы расфокусировали систему, штрель упал в основном из-за расфокусировки.
Каждый раз меняя систему её надо заново отфокусировать, вот тогда и делать выводы.

[Клевцов Юрий Андреевич]

Взял расчёт 1206 BK7_F2 (Шотт) F'-560-C'. В идеале при фокусировке в монохроме штрель 0,897 на волне 533 нм. Принудительно увеличил радиус кривизны второй поверхности на 0,15 мм (по расчёту 214,0 мм), не меняя другие параметры. Результат: штрель 0,525 на 533 нм.

И, в результате неправильный вывод. Изменив радиус, толщину или показатель преломления, вы расфокусировали систему, штрель упал в основном из-за расфокусировки.
Каждый раз меняя систему её надо заново отфокусировать, вот тогда и делать выводы.

Прав на 100%! И, скорее всего, существенных изменений (от погрешности 0,15 мм) в качестве изображения не будет.

[ekvi]

Уважаемые оптики. А чем вы меряете радиусы своих зеркал и линз?

В своё время в одной песне были такие слова: "... и наш словесный максимализм проверит время, проверит жизнь."
Так что поаккуратней на поворотах!
Никакие контактные сферометры не обеспечивают требуемой точности определения радиусов кривизны.
При изготовлении оригиналов (ОПС) на ИЗС-7 оптик измеряет два номинала: (+) и (-) и осредняет значение. Причём ИЗС-7 должен быть свежей аттестации. Но даже так попасть "в яблочко" не удаётся. У меня есть каталог пробных стёкол опытного производства, который заметно отличается от нормированного ряда значений. Поэтому расчётчикам приходится производить перерасчёт систем под реальные значения пробных (и показателей стёкол).
Самым точным сферометром был бесконтактный (измерительная машина, смонтированная на оптической скамье). На нём делались две автоколлимационные отсечки: одна - на самой полированной измеряемой поверхности, вторая - в центре её кривизны. Расстояние между отсечками (зафиксированными на рельсе оптической скамьи) и даёт значение радиуса кривизны. По этой схеме недавно я контролировал все вогнутые поверхности компенсатора Аргунова.

[sky-man]

Взял расчёт 1206 BK7_F2 (Шотт) F'-560-C'. В идеале при фокусировке в монохроме штрель 0,897 на волне 533 нм. Принудительно увеличил радиус кривизны второй поверхности на 0,15 мм (по расчёту 214,0 мм), не меняя другие параметры. Результат: штрель 0,525 на 533 нм.

И, в результате неправильный вывод. Изменив радиус, толщину или показатель преломления, вы расфокусировали систему, штрель упал в основном из-за расфокусировки.
Каждый раз меняя систему её надо заново отфокусировать, вот тогда и делать выводы.

скорее всего, существенных изменений (от погрешности 0,15 мм) в качестве изображения не будет.

@SAY что скажите на это?

[SAY]

Взял расчёт 1206 BK7_F2 (Шотт) F'-560-C'. В идеале при фокусировке в монохроме штрель 0,897 на волне 533 нм. Принудительно увеличил радиус кривизны второй поверхности на 0,15 мм (по расчёту 214,0 мм), не меняя другие параметры. Результат: штрель 0,525 на 533 нм.

И, в результате неправильный вывод. Изменив радиус, толщину или показатель преломления, вы расфокусировали систему, штрель упал в основном из-за расфокусировки.
Каждый раз меняя систему её надо заново отфокусировать, вот тогда и делать выводы.

Без перефокусировки инструмент вообще не работоспособен. Естественно с перефокусировкой, в данном случае на монохромной волне 533 нм. При фокусировке на 633 нм штрель наоборот увеличился.

При фокусировке в диапазоне 486...656 нм по максимуму полиштреля, этот полиштрель упал с 0,647 до 0,593. Перефокусировка относительно расчётного около 0,67 мм. Кривая зависимости штреля от длины волны "потеряла" двугорбость.

[Gleb1964]

Без перефокусировки инструмент вообще не работоспособен. Естественно с перефокусировкой, в данном случае на монохромной волне 533 нм.

Если перефокусировка учтена, то я согласен.
Да, я прогнал расчет сам, вижу, что дефокусировка учтена. Правда, если я ввожу еще один компенсационный элемент - например, изменение зазора между линзами, то падение штреля на 533нм за счет изменение радиуса легко отыгрывается назад.
Правда, кривая штрель от длины волны становиться двугорбой. Поправил условия фокусировки, чтобы избежать двугорбой кривой.

[SAY]

Правда, если я ввожу еще один компенсационный элемент - например, изменение зазора между линзами, то падение штреля на 533нм за счет изменение радиуса легко отыгрывается назад. Правда, кривая штрель от длины волны становиться двугорбой.

"Проваливается" наиболее чувствительный центральный участок.

[diant]

Коллеги, ничего не считая и просто по памяти - а в этих изменениях радиуса 2-й поверхности учитывается, что он должен быть жестко коррелирован с радиусом 3-й?
То есть когда мы меняем 2-й на 0,15мм, вы меняете соответственно и радиус 3-й на те же 0.15мм?

[Gleb1964]

Нет, я поправил условие фокусировки, двугорбый штрель значит, что фокусировка неправильная (см. выше измененный график).

в этих изменениях радиуса 2-й поверхности учитывается, что он должен быть жестко коррелирован с радиусом 3-й?

Если склейка или оптический контакт, то прилегающие радиуса должны совпадать, особенно малый допуск для посадки на оптический контакт. С другой стороны, большие детали, рассчитанные на большие перепады температур, типа астрономической оптики лучше не клеить.
А для воздушного промежутка между линзами нет такой жесткой зависимости между соседними радиусами в зазоре.

[SAY]

Какие радиусы кривизны и промежутки на оси по расчёту номинала?

[Gleb1964]

Какие радиусы кривизны и промежутки на оси по расчёту номинала?

Вот, приложил данные оптической системы, где что изменялось.

Вывод, как обычно, применение в системе дополнительных компенсационных возможностей расширяет допуск компонентов, но усложняет сборку.
С другой стороны, если компоненты сделаны с неким отклонением от номинала, есть надежда, поигравшись прокладкой между линзами, попасть в лучший оптимум. Игра с прокладкой довольно чувствительная, изменения должны быть на уровне +/-0.1 мм, во всяком случае,  изменения прокладки в пределах 0.2 мм.

[diant]

Если склейка или оптический контакт, то прилегающие радиуса должны совпадать, особенно малый допуск для посадки на оптический контакт. С другой стороны, большие детали, рассчитанные на большие перепады температур, типа астрономической оптики лучше не клеить.
А для воздушного промежутка между линзами нет такой жесткой зависимости между соседними радиусами в зазоре.

Глеб, я как раз не про склейку. Я про сильную зависимость штреля системы от правильного согласования 2 и 3-го радиусов.

[Gleb1964]

Я про сильную зависимость штреля системы от правильного согласования 2 и 3-го радиусов.

Прилегающие радиусы согласованы еще и через воздушный зазор, что добавляет свободы. Вот я взял 2-й радиус и смело изменил на 1 мм, с -214.0 до -215.0, но позволил оптимизатору изменить не только фокусировку, но и воздушный зазор между линзами. Оптимизатор увеличил зазор с 0.158 до 0.811. В итоге, кривая "штрель-длина_волны" практически не изменилась по форме, сдвинулась только на несколько нанометров в синюю область, реальный оператор измерениями такую разницу уловить едва ли сможет. Вот наложение двух графиков друг на друга.

[SAY]

Какие радиусы кривизны и промежутки на оси по расчёту номинала?

Вот, приложил данные оптической системы, где что изменялось.

Только сейчас обратил внимание - я в расчёте использовал BK7 и F2 без индекса N. Расчёты немного отличаются. Просто поменять стёкла не совсем корректно.
Как фокусируетесь? Судя по цифрам в последнем промежутке - автоматически. Автоматическая фокусировка в программе OSLO (в частности по минимуму средне квадратичной продольной аберрации на оси) для конкретного диапазона длин волн в ахромате даёт удручающий результат - приходится вручную, а критерием может быть только показатель полиштреля, который показывает программа.

[diant]

Глеб, а если оптимизатору зафиксировать воздушный промежуток и открыть возможность варьировать радиус 3-й пов., что получится?

[Lex1]

Вот я взял 2-й радиус и смело изменил на 1 мм... Оптимизатор увеличил зазор с 0.158 до 0.811.

Т.е. наблюдаемый в разных экземплярах ахроматов сдвиг пика коррекции связан с производственной неточностью в радиусах.

[Gleb1964]

Только сейчас обратил внимание - я в расчёте использовал BK7 и F2 без индекса N. Расчёты немного отличаются. Просто поменять стёкла не совсем корректно.
Как фокусируетесь? Судя по цифрам в последнем промежутке - автоматически.

Есть некоторая неразбериха в каталогах, в последнее время нашёл несколько обновлений. Но не всегда могу найти полное соответствие между каталогами OSLO и ZEMAX. Но с этими стёклами результат, вроде, сошёлся.
Для фокусировки (и оптимизации) всадил несколько волн в диапазоне максимума штреля исходной системы от 545 до 570нм, дал линиям вес 1, тогда фокусировка и переоптимизация работают.
По расширенному диапазону только считаю полиштрель, фокусировка не работает.

[Gleb1964]

а если оптимизатору зафиксировать воздушный промежуток и открыть возможность варьировать радиус 3-й пов., что получится?

Изменил 2-й радиус с -214 до -215 (-1.0мм), использовал 3-й радиус как компенсатор, он увеличился на +0.926мм, воздушный зазор не трогал.
Видно, что штрель практически восстановил ту же форму, но диапазон слегка сдвинулся в синюю область, это же видно на кривой хроматического сдвига фокуса (стрелками показано направление сдвига от исходного).
Изменения очень несущественные.

[SAY]

Если в расчёт 1206 F'-560-C' на стёклах BK7_F2 тупо вставить стёкла N-BK7_N-F2, то на программе OSLO получается в диапазоне 486,1 ... 656,3 нм (18 волн) при фокусировке по максимуму полиштреля:
- последний промежуток (фокусировка) / полиштрель: 0,22 мм / 0,648  (было 0,213 / 0,647)
- полоса пропускания по штрелям 0,8 на краях: 535,1 ... 591,8 нм  (538,6 ... 594,9)
- максимумы - штрель: 547,2 / 579,6 нм - 0,951 / 0,947  (549,1 / 580,4 - 0,972 / 0,938)
- минимум между максимумами - штрель: 561,5 нм - 0,9066  (562 - 0,91)

При последнем промежутке 0,21024 мм полиштрель 0,633.

Стёкла из базы данных программы.