Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
Берч [1] предложил применять для компенсации аберраций параболоида, используемого совместно с источником и непрозрачным
346' ножом, сферическое зеркало, помещаемое за его фокусом. Он вывел выражение для аберраций пятого порядка у компенсаторов такого типа и показал, что в двухзеркальной схеме (рис. 14.2) остаточная аберрация параболоида с относительным отверстием до f/5 и диаметром до 80 см составляет менее 1/401, причем диаметр компенсационного зеркала равен 1/4 указанного выше. Для параболоидов с большими апертурой и светосилой он рассчитал форму выпуклого зеркала, край которого отступает от ближайшей сферы по закону восьмой степени так, чтобы была скомпенсирована сферическая аберрация седьмого порядка. Он вычислил, что для компенсации аберраций пятиметрового зеркала с f/3,33 в Маунт-Паломаре потребовалась бы асферичность около 2,8л.
Им же [2] было получено простое кубическое решение для преломляющего компенсатора, содержащего плосковыпуклую линзу С фокусным расстоянием f, коэффициентом преломления (.1 и плоской отражающей поверхностью (рис. 14.3). Для параболоида с вершинным радиусом R аберрацию третьего порядка в центре кривизны можно скомпенсировать, если f = R\i2/(\i—I)2 и при (.1=1,52 диаметр линзы равен приблизительно 1/8 диаметра параболоида. Берч предполагал, что при использовании такого компенсатора остаточными аберрациями параболоидов с относительным отвер-стиемдо f/8 можно будет пренебречь. Спустя 30 лет Холлеран рассчитал вторичные аберрации для линзовых компенсаторов Берча [12].
При изготовлении пятиметрового зеркала обсерватории в Маунт-Паломаре для получения в обратном ходе лучей стигмати-
Рнс. 14.3. Плосковыпуклый компенсатор Берча [2]
33-1 P-'
Рис. 14.4. Асферический компенсатор Росса, использованный при изготовлении пятиметрового зеркала в Мауит— Паломар
ческого изображения вблизи центра его кривизны успешно использовался 25-сантиметровый компенсатор Росса [19] (рис. 14.4).
Росс показал, что для достижения компенсации, при которой влияние остаточных зональных аберраций станет намного .меньше возмущающего воздействия атмосферы, необходимо добавить к преломляющему сферическому компоненту, компенсирующему сферическую аберрацию параболоида, асферическую пластину. Преимущество обратноотражающего устройства Росса заключается в том, что оно свободно от комы и потому нечувствительно к смещениям источника и ножа Фуко с оси системы. Более того, поскольку компенсатор используется дважды, он должен вносить только половину аберраций по сравнению с устройством Куде (см. рис. 14.1).
Плосковыпуклая линза Берча из устройства, показанного на рис. 14.3, является удобным и легкореализуемым решением проблемы создания компенсатора для параболических зеркал со средней апертурой. Однако линзу можно использовать лишь для контроля за изготовлением параболоидов с одним и тем же фокусным расстоянием.
Долл отметил, что, поскольку сферическая аберрация линзы является функцией ее сопряжений, диапазон применения плосковыпуклого компенсатора можно значительно расширить [4, 5]. Его устройство (рис. 14.5), идентичное схеме Куде (см. рис. 14.1), позволяет при правильном выборе линзы с коротким сопряжением вести компенсационный контроль параболоидов с Fjf в диапазоне 5—20, где f — фокусное расстояние компенсатора. При этом для компенсации аберраций третьего порядка в центре кривизны параболоида необходимо выдерживать следующее соотношение:
14.2. КОМПЕНСАТОР ДОЛЛА
(3.UL 4- 1)(/я- 1) Зц + 2 1^ (141)
L
г
L
Рис. 14.5. Плосковыпуклый компенсатор Долла где иг = /'//; ц — коэффициент преломления стекла лпнзы. Правило .знаков при этом таково, чтобы пг> 1.
Компенсатор Долла использовался достаточно широко, особенно при изготовлении любительских телескопов. Степень компенсации, получаемой с помощью этого чрезвычайно простого устройства, иллюстрируется следующим примером.
Представим компенсатор Долла для параболического зеркала диаметром 0,6 м с f/5. Задав т = 2, (1 = 1,52 и F = 3 м, из уравнения (14.1) получаем отношение Fjf = 5,888, укладывающееся в пределы, установленные Доллом. Основные характеристики компенсатора при этом будут следующими: f = 50,950, I = —25,475 и I' = = —50,950 см. Используя его, получим среднее квадратическое отклонение волнового фронта, создающего изображение источника света, от ближайшей сферы, равное 0,0481 при л = 632,8 нм. Параболическое зеркало, изготовленное при контроле с помощью такого компенсатора, имело бы среднее квадратическое отклонение формы поверхности 0,0241 и соответствовало бы числу Штреля, равному 0,91. Диаметр линзы компенсатора составляет при этом всего лишь около 1/42 диаметра контролируемой детали.
Характеристики параболоида из рассмотренного примера являются, пожалуй, предельными, для которых применим компенсатор Долла. Следует добавить, что в устройстве Долла имеется остаточная кома и поэтому источник света необходимо располагать строго на оси компенсатора, а она, в свою очередь, должна проходить точно через вершину зеркала.
