Экспериментальная установка и методика измерения

Задание I. Изучение структуры пучков лучей на приборе Гартля. Работа производится на установке, показанной на рис. 4, в следующем порядке:

I. Включить источник света и поворотом шторки и диска с линзой добиться, чтобы ось линзы совпадала со средним лучом. Зарисовать ход лучей при сферической аберрации.

Убрать шторку с пути света, падающего на линзу (повернуть рукоятку прибора примерно на 120° и зарисовать меридиональное сечение преломленного пучка. Построением хода нескольких лучей объяснить кривизну очертаний пучка и показать местоположение плоскости наименьшего кружка рассеяния.

Рис. 4.

2. Снова ввести шторку, обратить внимание на хроматизм преломленных пучков и зарисовать ход синих и красных лучей.

3. Повернуть диск с линзой на углы 15° и 30°, что равнозначно смещению источника света с оптической оси линзы. Проследить и зарисовать ход лучей при наличии комы для разных углов поворота линзы.

Задание II. Качественное исследование аберраций.

Работа производится на оптической скамье (рис. 5), где:

1 - источник света с конденсором и матовым стеклом;

2 - диафрагма с набором отверстий;

3- сменные диафрагмы с кольцевым и круглым отверстиями;

4 - испытуемая линза;

5 - экран

Рис.5

1. Исследовать вид изображения светящейся точки при сферической аберрации в зависимости от величины отверстия линзы. Для этого, устанавливая поочередно на линзу диафрагмы 3 с кольцевым и круглым отверстием получить на экране 5 наиболее резкое изображение точки, перемещая его вдоль оптической оси линзы. По разности отсчетов местоположения экрана по шкале, которая имеется на рельсе, определить продольную сферическую аберрацию линзы.

Убрать диафрагму 3 и найти местоположение наиболее резкого изображения, даваемого всей линзой. Зарисовать вид изображения и указать его местоположение относительно изображений, даваемых различными зонами линзы. При наблюдении изображения, даваемого линзой с установленной на нее кольцевой диафрагмой, обратить внимание, что при перемещении экрана вдоль оптической оси окраска изображения меняется. Объяснить наблюдаемое явление.

2. Исследовать изображение точки при наличии аберрации комы в зависимости от величины угла поля зрения. Для этого убрать диафрагмы 3 и повернуть линзу вокруг вертикальной оси последовательно на углы 10°, 20°, 30°.

Зарисовать получающиеся при этом фигуры рассеяния, являющиеся изображением светящейся точки, и примерный характер распределения энергии в этих фигурах, обратить внимание на окраску изображения и объяснить, о наличии какой аберрации она свидетельствует.

3. Исследовать изображение точки при наличии астигматизма. Для этого установить диафрагму 3 с круглым отверстием, получить изображение светящейся точки на экране 5 и заметить по шкале положение последнего. Затем повернуть линзу вокруг вертикальной оси на угол 30° и, перемещая экран в направлении к линзе, а затем в направлении от линзы, зарисовать постепенное изменение формы фигуры рассеяния изображения точки до превращения ее в резкую полоску. Заметить по шкале положения экрана, при которых на нем получаются меридиональное и сагиттальное изображение точки. По разности отрезков определить астигматизм.То же проделать для угла поворота линзы 40°.

При изменений угла поворота линзы заметить, что меридиональное и сагиттальное изображения светящейся точки находятся на различных расстояниях между собой и от линзы; в этом проявляется кривизна поверхности изображения.

4. Исследовать вид изображения при наличии дисторсии. Для этого убрать диафрагмы 3 и, устанавливая диафрагму 2 с наибольшим отверстием сначала перед линзой, а затем позади нее, заметить и зарисовать вид изображения квадратов, нарисованных на матовом стекле. Определить вид дисторсии каждого положения диафрагмы.

Содержание отчета

1) краткая характеристика каждой аберрации;

2) ход лучей для каждой аберрации;

3) структура пучков лучей при изучении сферической аберрации, комы и хроматизма положения на установке Гартля;

4) результаты измерения продольной сферической аберрации и астигматизма;

5) вид пятна рассеяния при исследовании комы и вид изображения при исследовании дисторсии;

6) выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Сделайте вывод формул (1) и (2) и расскажите об ахроматизации оптических систем.

2. Как исправляется сферическая аберрация? (Объясните, рассмотрев ход лучей в положительной и отрицательной линзах). Сравните степень исправления сферической аберрации в микро - и фотографических объективах.

3. В чем сущность анастигматической и ортоскопической коррекции оптических систем? В какой степени должна быть исправлена дисторсия в киносъемочных и кинопроекционных объективах?

4. По графикам аберраций, показанным ниже, расскажите о характере их исправления и определите разрешение в центре и на краю поля зрения.

5. Изменение каких конструктивных параметров оптических систем используются для коррекции аберраций? В чем достоинства и недостатки асферических поверхностей?

Работа №4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ РАЗРЕШАЮЩЕЙ

СПОСОБНОСТИ ОБЪЕКТИВА ОТ ДИАМЕТРА ВХОДНОГО ЗРАЧКА

Цель работы: I) Определить зависимость разрешающей способности объектива от величины диаметра входного зрачка; 2) Проверить на опыте формулу (4) разрешающей способности объектива, аберрации которого невелики.