Метод трех щелей Линника-Чуриловского. В фокусе объектива коллиматора с хорошим астрономическим объективом помещается тонкая вертикальная освещенная щель ВЩ, шириной меньше радиуса дифракционного изображения (рис.105 а). Перед испытуемой системой помещается более широкая горизонтальная щель (ГЩ) (0,5 мм), далее располагается узкая наклонная щель НЩ. Угол наклона щели к оси равен 45°. Свет, выходящий из щели коллиматора, пройдя через все элементы схемы, попадает на экран Э. Если испытуемая система ИС не имеет аберраций, то все лучи, прошедшие через горизонтальную щель от осевой точки А вертикальной щели, соберутся в A’ (осевой точке наклонной щели), пройдут через щель и дадут на экране слегка размытое изображение горизонтальной щели. Лучи из других точек вертикальной щели, например В, не попадут на экран, так как они соберутся ниже или выше оси в той же фокальной плоскости в точке В’; на наклонную щель эти лучи упадут широким веером и не пройдут сквозь неё. Таким образом, в этом случае работать будет только центральная точка наклонной щели, которая даст изображение горизонтальной щели (аналогично камере-обскуре).
Если ИС имеет продольную аберрацию, то в точке A’ соберутся только лучи, прошедшие центральную и самую крайнюю зоны объектива (в соответствии с графиком аберрации). Они дадут на экране изображение только этих точек горизонтальной щели. Другие лучи точки А, прошедшие через другие точки горизонтальной щели, будут собираться в других точках на оси в пределах участка A’ – A3’ и не пройдут сквозь наклонную щель. Наклонные лучи из других точек вертикальной щели также будут пересекаться в разных точках на оси пучка, и всегда найдется пара лучей, которая пересечется как раз на наклонной щели. Эти лучи попадут на экран и дадут изображение соответствующей точки горизонтальной щели, но смещенное по вертикали из-за наклонности проектирующего пучка. Таким образом, на экране получится искривленное изображение горизонтальной щели, точки которого образованы лучами, вышедшими из разных точек ВЩ и прошедшими через разные зоны ГЩ. Это изображение является графиком продольной аберрации, в котором по оси x’ отложен задний апертурный угол ИС, а по оси у' – величина аберрации. Масштаб кривой получается из подобных треугольников с учетом того, что при угле в 45° оба катета равны:
где D S – продольная аберрация, а d l – соответствующая ей координата на экране.
Этот метод, предложенной В.П. Линником, был испытан на фотообъективах и дал погрешность 20%. Он пригоден для грубых прикидочных испытаний. Для измерения поперечных аберраций В.Н. Чуриловский предложил использовать щель, наклоненную в плоскости, перпендикулярной оси прибора (рис.105 б). В случае идеальной оптической системы схема работает аналогично предыдущей, давая на экране правильное изображение горизонтальной щели. При наличии поперечной аберрации в A’ пересекутся только лучи центральной зоны отверстия, которые и дадут на экране её изображение. Остальные лучи будут пересекаться в других точках линии рассеяния в плоскости наклонной щели в стороне от самой щели. В наклонных пучках, вышедших из других точек вертикальной щели, будет наблюдаться аналогичное явление, только линии рассеяния расположатся выше или ниже осевой точки щели. Какие-то "зональные" лучи пучка пересекутся как раз на боковой ветви наклонной щели и пройдут на экран, образуя изображение тех участков горизонтальной щели, через которые они прошли, но изображения эти будут смещены по вертикали. Таким образом, снова образуется искривленное изображение щели, в данном случае представляющее график поперечной аберрации, масштаб которого определяется так же, как в предыдущем случае.
Описания обоих методов приведены без учета дифракции. Дифракционные явления усложняют картину и приводят к размытости графика. Этим и объясняется низкая точность методов. Оба метода могут осуществляться без коллиматоров с удаленной на достаточное расстояние ВЩ. Для испытания ИС по полю зрения её поворачивают вокруг узловой точки.
Метод скрещенных спектральных призм был предложен Папиянцем для измерения поперечных аберраций (рис.106 а). Узкая вертикальная щель монохроматора освещается белым светом. Вместо объектива трубы монохроматора используется микрообъектив, дающий уменьшенное изображение спектра в фокальной плоскости испытуемой системы. За ИС помещается хороший астро-объектив АО, и в его фокальной плоскости – узкая вертикальная щель ВЩ2. Обе щели должны иметь ширину не более радиуса дифракционного изображения.
Между ИС и АО помещается более широкая (до 2 мм) горизонтальная щель. В плоскости ВЩ2 получается вторичное изображение спектра, расположенное перпендикулярно щели.
В случае идеальной ИС глаз, помещенный за вертикальной щелью, увидит изображение горизонтальной щели в таких монохроматических лучах, которые как раз наложились на ВЩ2. Если ИС имеет сферическую аберрацию, то каждая точка спектральной линии в сплошном спектре в плоскости ВЩ2 будет изображаться некоторой линией рассеяния, перпендикулярной самой спектральной линии. Спектральная линия будет размываться, накладываясь на другие соседние линии. Размытость возникает из-за того, что лучи, прошедшие через разные зоны горизонтальной щели, будут пересекаться в разных точках, смещенных в поперечном направлении тем дальше, чем более крайнюю зону щели они прошли (сущность поперечной аберрации). Вследствие этого на вертикальную щель будет накладываться изображение не одного, а нескольких близких участков спектра. Чем дальше спектральная линия от щели, тем более периферийной зоной изображения она накладывается на щель. Таким образом, наблюдаемая горизонтальная щель будет изображаться не монохроматическим светом, а лучами разных длин волн, которые не смешиваются, а располагаются в разных участках изображения щели (см. рис.106 б). Длина волны света будет определять зону, через которую прошел луч, в предыдущих методах зону определял наклон лучей. За ВЩ2 помещают вторую спектральную призму прямого зрения, разлагающую свет в спектр в другой перпендикулярной плоскости. Лучи, дающие изображение горизонтальной щели, отклонятся на величину, пропорциональную разности li – l0 , и изображение щели искривится.
Рис. 106
Это изображение и будет являться графиком поперечной аберрации. По оси x ' откладывается апертурный угол ИС (в обратном ходе), а по оси у ' – величина поперечной аберрации. Наблюдение графика ведется через зрительную трубу, в фокальной плоскости окуляра которой помещена сетка с известной ценой деления квадратиков для количественного измерения координат. Обе спектральные призмы должны иметь одинаковую дисперсию, иначе масштаб кривой будет искаженным.
|
Чувствительность метода, как и в предыдущих случаях, будет определяться шириной изображения горизонтальной щели d’. Она различна для разных участков изображения (минимальная – для горизонтальных). Чем меньше d’ тем выше чувствительность. Однако узкая щель ГЩ приведет к размытости кривой от дифракции. В среднем точность измерения координат точек кривой – 1-2 мкм, что в переводе на волновые аберрации составляет 1/5 l. Это близко к точности интерференционных методов.
Если вместо ВЩ2 взять несколько щелей, расположенных в разных зонах спектра, то получится несколько кривых. По их различию можно оценить хроматическую аберрацию. Поворачивая ИС вокруг задней узловой точки, можно получить аберрации по полю зрения.
Чувствительность и точность последнего метода по сравнению с рассмотренными ранее выше вследствие того, что здесь меньше влияет дифракция. Кривая графика получается более четкой.
Методы оптического построения кривых аберраций очень просты и наглядны. Основное их преимущество – в быстроте контроля.