Контроль аберрации отражателя при помощи аберрографа

Количественной характеристикой точности изготовления зеркального параболоида являются продольная и поперечная аберрации отражателя. Полная характеристика пригодности отражателя должна, кроме того, содержать данные о точности посадочного места под лампу и значения зеркального и интегрального коэффициентов отражения зеркального слоя.

Приборы, предназначенные для измерения аберраций отражателей, носят название аберрографов. Схема аберрографа представлена на рис. 3-30. Осветитель 4, дающий узкий световой пучок, имеет возможность перемещаться по направляющей вдоль радиуса отражателя 2, установленного на поворотном столе 1. Положение осветителя относительно оси отражателя фиксируется на мерной линейке 3. Отраженный от отражателя луч попадает на матовую пластину 5 с перекрестием, соответствующим оси отражателя. Наблюдение светового пятна на пластине осуществляется с помощью оптической системы 8 и 9. Тубус 6, содержащий матовую пластину 5, может перемещаться по высоте и устанавливаться так, чтобы световое пятно оказалось на перекрестии. Положение тубуса 6 отсчитывается на мерной линейке 7 с нониусом с точностью до ОД мм. Если у отражателя отсутствует поперечная аберрация, то правильность его положения на поворотном столе проверяется по отсутствию смещения светового пятна при круговом повороте отражателя. Набор таких отсчетов, полученных для различных положений осветителя вдоль радиуса отражателя, дает возможность построить кривую продольной аберрации.

В аберрографах, построенных на этом принципе для короткофокусных отражателей, отражатель устанавливается своей горловиной на имитатор цоколя лампы, а матовая пластина размещается вертикально так, чтобы касаться теоретической оси отражателя, т. е. оси поворотного устройства.

Матовая пластина является гранью призмы полного внутреннего отражения, дающей возможность рассмотреть положение светового пятна, создаваемого лучом, отраженным от отражателя, через полый вал поворотного устройства. На матовой грани призмы нанесено перекрестие, которое можно поместить в теоретический фокус отражателя. В окуляре имеется плоскопараллельная пластина с делениями (сетка), позволяющими измерять отклонение светового пятна от центра перекрестия в двух взаимно перпендикулярных направлениях, т. е. измерять как продольную, так и поперечную аберрацию. Фиксируя положение зайчика при перемещении осветителя вдоль радиуса отражателя при различных положениях вокруг его собственной оси, можно построить кривые продольной аберрации для ряда образующих, из которых нетрудно получить данные о поперечной аберрации.

Аберрографы, построенные по этому принципу, например итальянской фирмы «Карелло», отсчитывают непосредственно линейные значения аберрации. Угловые значения аберрации, которые играют более важную роль для расчета ее влияния, приходится получать пересчетом.

Принцип работы аберрографа Загорского оптико-механического завода (ЗОМЗ) типа ПКО-1 (рис. 3-31) основан на обратном ходе луча. В фокусе отражателя 5 расположен источник света 3 в виде миниатюрной лампы накаливания, освещающей матовую пластину с перекрестием. Изображение этой пластины, отраженное в той или иной зоне отражателя, рассматривается в фокусе объектива 2 большой светосилы через окуляр 1. Если элемент отражателя, на который направлен луч источника света 3, имеет фокус, совпадающий с точкой, в которой расположен центр перекрестия в источнике, то изображение перекрестия в отражателе оказывается как бы в бесконечности, а следовательно, его же изображение в объективе окажется в центре сетки окуляра 1. При несовпадении фокуса элемента отражателя с расчетным положением фокуса изображение перекрестия смещается, причем смещение по вертикали пропорционально продольной аберрации рассматриваемого элемента поверхности отражателя, а поперечное смещение — его поперечной аберрации. Отражатель, так же как и в аберрографе «Карелло», устанавливается своей горловиной на имитатор цоколя 6. Изменение угла наклона источника света, отсчитываемое по шкале 4 позволяет измерять аберрацию элементов поверхности в различных кольцевых зонах отражателя, а вращение отражателя вокруг оси — проверить всю зону.

Вследствие того что в аберрографах «Карелло» и ПКО-1 отражатель устанавливается и фиксируется своим патроном (горловиной), то их показания одновременно с аберрационными .характеристиками параболоидальной поверхности содержат информацию и о правильности размеров и положения самого патрона. В случае перекоса его опорной поверхности при отсутствии других ошибок аберрограммы четырех расположенных под углом 90° друг к другу образующих будут смещены в разные стороны относительно нулевой линии. В случае неправильности фокусного расстояния эти аберрограммы будут смещены всеми своими точками в одну и ту же сторону от этой нулевой, т. е. среднее значение аберрации будет значительно отличаться от нуля. Использование аберрографа для отражателей с разными фокусными расстояниями, т. е. размещение источника света в действительном фокусе отражателя, обеспечивается продольным перемещением с помощью микрометрического винта 10, который перемещает продольна вал 9, несущий опорную шайбу 7. Пружина 8 прижимает вал к микрометрическому винту. Для примера на рис. 3-32 приведены характерные аберрограммы продольной аберрации, на которых сплошные линии ограничивают поле разброса отклонений отдельных образцов.

Отсюда следует, что опасными с точки зрения аберраций являются не отклонения диаметра, а наклон элементов поверхности, возникающий при местных отклонениях реальной поверхности от теоретической. Аберрации, получаемые за счет отклонения диаметра, относительно малы, да к тому же не увеличивают, а уменьшают основную аберрацию.

В классическом прожекторостроении рассматривается лишь влияние продольной аберрации. В интересующем нас случае штампованного отражателя фары пренебрегать поперечной аберрацией нельзя. Рассмотрим возможности учета влияния поперечной аберрации.

Прибор типа ПКО-1 позволяет получать как продольную, так и поперечную аберрацию. При наличии поперечной аберрации становится неправомерным рассмотрение зональных отображений. Однако для упрощения задачи и возможности использования результатов, изложенных в классической теории прожекторов, можно рассчитывать влияние продольной аберрации по ее среднему значению для данной зоны. При этом для учета влияния поперечной аберрации можно определять лишь ее избыток над средним значением продольной. Детальная разработка способа учета поперечной аберрации не проводилась, укажем здесь лишь на возможный подход к вопросу и качественную оценку ожидаемого от такого рассмотрения результата.

Взаимодействие участка поверхности отражателя фары автомобиля, имеющего поперечную аберрацию, с источником света, расположенным на оси отражателя, равносильно взаимодействию участка, не имеющего поперечной аберрации с поперечно-расфокусированным источником света. Следы элементарных отображений от такого участка поверхности отражателя сместятся на поперечную аберрацию в противоположную сторону от оси в меридиональной плоскости, содержащей расфокусированный источник. Зональное отображение такого источника будет иметь форму эллипса, размеры которого зависят от поперечной аберрации и углового положения зоны. Поперечные аберрации, превышающие размер элементарных отображений в соответствующей сагиттальной плоскости, так же как и продольные, приводят к потере силы света и увеличению рассеивания. При этом важно отметить, что максимальное рассеивание происходит в меридиональной плоскости, содержащей расфокусированный источник света.

Характерным дефектом штампованных отражателей является волнистость. Напомним, что волнистостью называют отклонение реальной поверхности от геометрической, характеризуемое периодическим отклонением истинного размера от теоретического в пределах установленного на этот размер допуска. На рис. 3-34 схематически изображен участок поверхности волн, состоящих из двух сопряженных дуг окружностей равного радиуса г. При указанных на рисунке обозначениях получаем:

С ростом шага волны 2т тангенс угла 0 убывает. То же имеет место с уменьшением амплитуды волны t. Параллельный пучок лучей, упавший на такую волнистую поверхность, отразится в виде веера с углом рассеяния, равным 40. Светораспределение в этом веере можно считать аналогичным получающемуся при прохождении параллельного пучка через плоскоцилиндрическую линзу [3-10]. При m—t угол 40 становится равным 180°, т. е. поверхность становится диффузно рассеивающей.

Таким образом, наличие волны в поперечных сечениях является совершенно недопустимым для ближнего света фар автомобиля, поскольку рассеяние света происходит поперек светотеневой границы.

Полученный результат можно применить к рассмотрению влияния овальности отражателя без учета создаваемой этой овальностью поперечной аберрации. Овальность в поперечном сечении соответствует волне, шаг которой равен длине окружности, а амплитуда — разности между наибольшими и наименьшими диаметрами.

• < Влияние шероховатости поверхности отражателя на светораспределение фар
• Качественные способы контроля поверхностей отражателей >