Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Поскольку исправление хроматизма у объективов спектрографов не всегда обязательно, то в ряде спектральных приборов используются нехроматизированные объективы. Простейшим типом объектива является одиночная линза (рис. 47, а). При заданном показателе преломления материалов линзы п и фокусном расстоянии fx только одно из значений радиусов кривизны линзы может быть выбрано произвольно, вследствие чего возможности аберрационной коррекции линзы весьма ограничены. Если апертурная диафрагма объектива — квадрат со стороной В, то в плоскости наименьшего кружка рассеяния аберрационное уширение щели ая, вычисленное по законам геометрической оптики, будет [10]
0,08В3 п (4п — 1) aa= 4 (« 4- 2) (п — 1)1 ’
где п — показатель преломления. Последнее выражение справедливо при выполнении условия
г 2/г (п - 1) (п + 2)
1 п (2л — 1) ’
где гх — радиус кривизны первой поверхности. При известном удалении х входного зрачка от первой поверхности линзы, определяемом выражением
, 2 (п — 1)* п (4n— 1) ’
можно исправить кому, при этом астигматизм и кривизна поля остаются неисправленными. Простая линза, как правило, исполь-
Рис. 47. Линзовые объективы
Рис. 48. Вогнутое сферическое зеркало б качестве коллиматорного объектива:
а — схема с малым плоским зеркалом; б—схема с большим плоским зеркалом, имеющим малое отверстие; / — зеркало; 2 — щель
II
зуется лишь в спектрографах малой светосилы, где допускается астигматизм и кривизна поля.
Лучшее качество изображения обеспечивают асферические линзы, в частности мениск с соотношением радиусов кривизны 1 : 6 (рис. 47, б). Этому соотношению соответствует минимум сферической аберрации. Мениски располагают выпуклой стороной к диспергирующему элементу.
Для исправления астигматизма можно применять двухкомггонент-ные объективы Петцваля (рис. 47, в), состоящие из двух положительных компонентов (каждый может состоять из нескольких линз), разделенных воздушным промежутком. В таком объективе кроме астигматизма можно исправить сферическую аберрацию, кому И; сферохроматическую аберрацию. В то же время объектив Петцваля имеет большую кривизну поля.
Наряду с неахроматическими объективами в спектральных приборах применяют также объективы, исправленные на хроматические аберрации положения.
Двухлинзовый ахроматический склееный объектив (рис. 47, г); прост по конструкции и дешев в изготовлении; он склеен для видимой ;м области спектра из положительной кроновой и отрицательной флин-товой линз. В склеенных объективах можно исправить сферическую; аберрацию, хроматизм положения н кому. При фокусных расскк ниях 100—200 мм объективы могут иметь относительное отверстие до 1 : 4 в видимой области спектра и до 1 : 8 —в ультрафиолетовой,
Их применяют в качестве коллиматорных объективов, а в тех случаях, когда допускаются астигматизм и кривизна поля, —ив качестве камерных объективов спектрографов.
Двухлинзовый несклеенный (рис. 47, д) объектив имеет дополнительный параметр (радиус поверхности), позволяющий устранить кому, не прибегая к трудоемкому подбору стекол. Одновременно ей сферической аберрацией и комой можно также устранить сферохроматическую аберрацию.
В спектральных приборах, кроме того, используют трехлинзовые склеенные и несклеенные объективы (рис. 47, е), а также ахроматические двухкомпонентные объективы Петцваля.
iilijli
Hill11
jill
ill
IHNlliliii
74
s
При необходимости обеспечить хорошее качество изображения при высокой светосиле (1:2 — при фокусном расстоянии около 200 мм) применяются сложные многолинзовые объективы типа фотографических.
Наряду с линзовыми объективами в спектральных приборах получили широкое распространение зеркальные объективы. Главным преимуществом зеркальных объективов является отсутствие у них хроматических аберраций.
Простейшим зеркальным объективом является вогнутое сферическое зеркало 1 (рис. 48). Фокусное расстояние такого зеркала составляет половину его радиуса кривизны г. Если щель 2 установлена на оси зеркала, то уширение изображения щели в плоскости наилучшей установки, вызванное аберрациями коллиматорного объектива (сферической и комой), будет
В (5а + Я2) lOOff
BHh
Щ
О-ж)'
где В и Я —ширина и высота диспергирующего элемента; h —высота щели; л: — расстояние диспергирующего элемента от зеркала. Уширение а'а в плоскости изображения камерного объектива
а..
В2 4- Н% 100
, tth
г~?
О-Т.)
или
ea = aav(f2//i),
а у — увеличение спектрального прибора.
Расчеты показывают [14], что при хЦл = 2, т. е. при г = х, можно устранить кому. Следовательно, достаточно поместить в центре кривизны зеркала диспергирующий элемент, а спектр фокусировать на сферической поверхности радиусом R ~ /2. Если /2 достаточно велико, а щель имеет небольшую высоту, то практически спектр фокусируется на плоскости, а уширение изображения щели (при В' - Я)
В' (В'* + Я2)
а
а “
100 f2
'2
Таким образом, при х ^ г из аберраций остаются кривизна поля и сферическая аберрация. Это дает возможность использовать сферическое зеркало как объектив камеры (рис. 49).
В качестве коллиматорного объектива используют параболическое зеркало. Для параллельных пучков, падающих на параболическое
