Определение качества линзовых оптических систем



бет1/2
Дата17.05.2020
өлшемі204.5 Kb.
  1   2

Определение качества линзовых оптических систем

Цель работы: Часть 1: Определение и измерение разрешающей силы линзы.



Часть 2: Измерение зависимости разрешающей силы линзы от диаметра объектива.

Разрешающая сила оптических систем.


Пусть на объектив или линзу падает плоская волна от бесконечно удаленного источника. Дифракция на краях круглой оправы, ограничивающей отверстие объектива вызовет сложное распределение освещенности в фокальной плоскости объектива: кольцевую структуру с центральным максимумом, интенсивность которого быстро спадает до нуля (Рис.1).


Рис.1
Радиус первого темного кольца стягивает угол φ0 с вершиной в центре объектива. Величина этого угла определяется из условия
D sinφ0 = 1,22λ1, (1)
если свет монохроматичен и имеет длину волны λ, D-диаметр объектива.

Радиус первого темного кольца в фокальной плоскости равен r0 = f tgφ0 (f- фокусное расстояние; f = 1600 мм), а т.к. угол φ0 мал, можно написать r0=1,22f λ/D.



Пусть объектив направлен на две удаленные звезды или другие точечные источники с угловым расстоянием δψ, то каждый из них даст в фокальной плоскости дифракционные кружки с центрами в точках S1и S2. Т.к. свет этих источников некогерентный, то полное изображение в фокальной плоскости есть наложение освещённостей кружков. Когда центры этих кружков близки, а их радиусы велики, то система перекрещивающихся колец может не дать впечатления двух раздельных изображений: глаз не может различить (разрешить) две светящиеся точки. Ясно, что граница разрешающей способности будет зависеть от наблюдателя, чувствительности его глаз к контрастам. Чтобы избежать неопределенности, вводится критерий Рэлея. За предел разрешения принимается такое положение, что первое темное кольцо одного кружка проходит через светлый центр другого. При этом угловой радиус первого кольца φ0 равен угловому расстоянию между звезд δψ, а значит sinφ0 = sinδψ = 1,22λ/D тем меньше, чем больше диаметр объектива. Как было сказано выше, φ0 и δψ малы, φ0 = δψ =1,22λ/D.
1 При дифракции Фраунгоферадля плоских волн на круглом отверстии в фокальной плоскости линзы наблюдается центральное светлое пятно в виде круга и охватывающие его светлые и темные дифракционные кольца. Математически (после перехода к полярным координатам) задача определения их положения сводится к определению корней функции Бесселя J(u), где u=(π/λ)Dsinφ, D — диаметр отверстия. Первый корень, соответствующий первому темному кольцу в дифракционной картине, получится при значении sinφ0=1,22λ/D

Величина, обратная предельному (по Рэлею) углу δψ называется разрешающей силой:
А = 1/δψ (2)

Оптическая схема


Рис.2

Два точечных источника света расположены в фокальной плоскости коллиматора1 на небольшом и известном расстоянии друг от друга. В качестве таких источников используются специальные объекты - мирры. Это - штрихи, нанесённые с малым периодом повторения и играющие роль источников света. Штрихи сгруппированы в квадраты по направлениям, каждая группа из четырех квадратов пронумерована. В каждой группе представлены квадраты горизонтальной, вертикальной и двух взаимно перпендикулярных наклонных штриховок. Всего на одной мирре 25 таких групп, в каждой из которых расстояние между штрихами известно.


После коллиматора получаем параллельные пучки света, направленные под углом φ друг к другу. Тогда изображение источников находится в фокальной плоскости исследуемой линзы. Изображение действительное, и поскольку объекты малые, изображения в телескопической системе объектив-исследуемая линза ещё меньше, то используется микроскоп для его увеличения. При этом коллиматор и микроскоп берутся очень хорошего качества, поэтому все недостатки изображения относятся к линзе. Для облегчения установки линзы полезно снять мирры, оставив открытым источник света, который гораздо ярче, и пучок лучше видно. После закрепления линзы и установки блока с миррами, можно легко увидеть фокальное пятно, и его можно сдвигать вдоль главной оптической оси в пределах досягаемости настройки подвижных салазок микроскопа.

____________________



1Коллиматор — высококачественная длиннофокусная линза (здесь, фокусное расстояние F0 = 1600 мм). Большой радиус кривизны избавляет от аберраций.



Достарыңызбен бөлісу:
  1   2


©netref.ru 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет