Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
Некоторые из этих и других эффектов, описанных в п. 11.1.5, можно проиллюстрировать фотоснимками, сделанными Канье и др. [5]; Бейзер [2] представил перспективный эскиз распределения интенсивности вдоль фокуса, а Тейлор и Томпсон [14] сообщили о результатах тщательных измерений, подтверждающих преде мазанные распределения.
11.1.3. Белый свет
Явления, описанные в п. 11.1.2 и Л.1.3, возникают при использовании монохроматического источника. Все характеристики функции рассеяния точки — диаметры темных колец, расстояния между осевыми минимумами и т. п. — прямо пропорциональны длине волны света. Таким образом, даже если оптическая система и не имеет хроматической аберрации, при ее контроле по звезде можно ожидать появление цветовых эффектов. Как правило, они не очень заметны, поэтому для контроля большинства отражающих систем можно использовать белый свет, не опасаясь искажающего воздействия слабых хроматических эффектов.
Контроль по звезде преломляющих систем легко обнаруживает «вторичный спектр» — остаточную хроматическую аберрацию, но нас редко интересует непосредственный контроль степени хроматической коррекции, поскольку хроматизм определяется общим выбором типов стекла и оптической силой деталей и на него влияют только достаточно грубые погрешности оптической схемы, серьезно сказывающиеся и на других аберрациях. Поэтому при контроле преломляющих систем следует использовать либо лазер (см. п. 11.2.2), либо достаточно узкий спектральный участок, выделенный с помощью светофильтра (см. п. 11.3.1). Таким способом легче обнаружить монохроматические аберрации. Они обычно и являются объектом производственного контроля, так как поддаются коррекции путем изменения воздушных промежутков.
Линфут и Вольф [8] вычислили общий световой поток в полихроматических изображениях звезды в телескопах-рефракторах, нормированный с учетом кривой видимости человеческого глаза. Эти результаты представляют большой интерес для оптиков-конструкторов, особенно потому что они были выполнены для существующих типов телескопических объективов. Но они, вероятно, не очень полезны для контроля по звезде, поскольку в натурных условиях изменяющиеся цвета производят такое же зрительное впечатление, как и полная яркость. Чаще они лишь показывают, как из вторичных спектральных эффектов возникают наблюдаемые изменения интересующего пас цвета.
282' 11.1.4. Системы с центральным экранированием
Большинство крупных телескопов и многие другие оптические системы имеют центральное пятно в зрачке за счет вторичного зеркала. Влияние центрального экранирования (виньетирования) на функцию рассеяния точки довольно интересно. Отметим три основных эффекта:
а) центральный максимум становится уже;
б) яркость внешних колец становится переменной — одни ярче, другие слабее;
в) расстояние вдоль оси между темными пятнами увеличивается.
Детальное теоретическое исследование, выполненное Линфу-том и Вольфом [9], показано, что если коэффициент экранирования (по диаметру, а не по площади) обозначен через є, осевое расширение характеристик становится пропорциональным степени (1— —є2)~'. На рис. 11.9 показана фокальная картина при коэффициенте экранирования є = 0,25, характерном для астрономических телескопов. Упомянутые выше особенности а и б становятся очевидным при сравнении картины с рис. 11.2. Линфутом и Вольфом 19] получены диаграммы изофот, показывающие внефокальные эффекты.
О 2 4 6 8 W 12 К Радиалмая координата (ff ?іасштаіїє)г
Рис. 11.9. Фокальная функция рассеяния точки для системы с круговой апертурой и центральным экранированием в 1/4 величины диаметра. Сравнивая ее с рис. 11.2, можно оценить влияние экранирования на интенсивность освещения в центре и во внешних кольцах
11.1.5. Влияние малых аберраций
В практике оптических расчетов термин «малые аберрации» означает обычно искажающее отклонение волнового фронта от идеальной сферической формы на величину порядка Я/4. Это вызвано тем, что система аберрационных допусков, основанная на критерии Штреля, приводит к величинам данного порядка. Общепринято мнение, что в случае, когда аберрации находятся в пределах указанного допуска, их влиянием на изображение протяженных объектов можно пренебречь Такую оптическую систему называют ¦системой, работающей на дифракционном пределе*. Хотя четверть-
* Часто при этом используется термин «Критерий Релея», вертьволновый предел впервые был предложен именно им.
поскольку чет-
283' Рис. 11.10. Дифракционное тело при коме, равной 0,6Я, когда критерий Штреля выполне»
(данные М. В. Jl. Вилера)
волновые аберрации практически не сказываются на качестве изображения, их присутствие легко обнаружить при контроле по звезде. Более того, вполне реально обнаружить погрешности, равные или чуть меньшие л/20 (в зависимости от вида аберраций).
Система аберрационных допусков Штреля объяснена, например, Борном и Вольфом [4]. Она базируется на утверждении, что первоначальный эффект от внесения небольших аберраций любого вида в волновой фронт, формирующий функцию рассеяния точки, заключается лишь в незначительном уменьшении максимальной интенсивности; ширина центрального максимума не изменяется, а часть общего потока из центра перераспределения во внешние кольца. За предельное значение допуска принимают обычно 20%-ное уменьшение максимальной интенсивности, причем существуют достаточно простые формулы [4] для подсчета величины различных аберраций, дающей такой предел. Неоценимый при расчетах оптических систем критерий Штреля малополезен в производственной практике, так как глаз наблюдателя ненадежен при оценке изменений уровня абсолютной интенсивности. Уже упоминалось, что во многих случаях можно обнаружить изменения интенсивности по величине гораздо меньше предела Штреля. Зто можно понять из рассмотрения фотографий функций рассеяния точки в присутствии аберраций, помещенных в некоторых из уже упоминавшихся работ. Борн и Вольф [4] рис. 9.8 воспроизводят фотографию комы, приближающуюся по величине к критерию Штреля (снимок Нинхейса [12]). Легко заметить, что это аберрированная функция рассеяния точки. Она же представлена на рис. 11.10, изображающем «дифракционное тело» для гомы при выполнении критерия Штреля. Опыт показывает, что полуколичественпые
