Ю.Н.Бондаренко. Изготовление оптики, часть 5. Плосковыпуклая гиперболическая линза

схема
Часть 1. Стекло для изготовления оптики
Часть 2. Астрозеркало небольшого размера
Часть 3. Линзы малого размера
Часть 4. Изготовление линз-шариков

Часть 5. Плосковыпуклая гиперболическая линза


Из теоретической оптики известно, что двояковыпуклая линза, имеющая обе поверхности одинаковой кривизны, может иметь такую асферичность на обеих поверхностях, что при работе из фокуса в фокус у неё нету сферической аберрации. (Бигиперболическая линза). Соответственно, линза с разными кривизнами поверхностей тоже может быть исправлена этим способом, также, как и плосковыпуклая линза, которая способна превратить параллельный пучок света в сходящийся и наоборот. Все внеосевые аберрации при этом остаются. Конечно же, и для любых других положений фокусов сферическую аберрацию можно уничтожить ретушью.


Выпуклая поверхность при работе из бесконечности в фокус должна иметь форму гиперболоида с эксцентриситетом, зависящим от коэффициента преломления стекла. При изготовлении такой плосковыпуклой линзы можно обойтись без теоретического расчёта и получить нужную поверхность автоматически, пользуясь теневым методом контроля. Для этого сначала изготавливается плоско выпуклая линза с точной плоской поверхностью. Это может быть и квазиплоскость, то есть сфера с большим радиусом кривизны, но её сложнее контролировать. Небольшие ошибки на этой плоскости не страшны, они будут убраны при ретуши второй поверхности.

Отполированная заготовка линзы устанавливается против точной зеркальной плоскости (как и при изготовлении параболического зеркала) в автоколлимационной схеме. Если плоская поверхность линзы сделана достаточно точно, то в качестве зеркала можно использовать и её. Со стороны выпуклой поверхности устанавливается теневой прибор. Яркость его точки может быть не очень велика, но, поскольку линза имеет большую хроматическую аберрацию, то свет должен быть монохроматическим хотя бы в первом приближении. Можно, например, взять светофильтр типа КС-19, который даёт пропускание на самом краю спектральной чувствительности глаза. Кроме всего, хроматизм в красной области невелик. Ещё лучше использовать интерференционный фильтр или монохроматор в теневом приборе. Лазерный свет  в теневом приборе можно использовать, но он может быть неудобен и-за «спеклов».
На теневом рельефе будет видна «обратная картина». Там, где нужно сполировать стекло, будет виден не бугор, а яма! Это общее свойство преломляющих поверхностей. Так же следует поступать при ретуши пластинок Шмидта или менисков телескопа Максутова.

Снимая стекло зонным полировальником при минимальном штрихе и заторможенном верхнем звене, можно получить требуемую поверхность. При этом могут возникнуть следующие затруднения: Рваная поверхность с круговой симметрией. Она особенно охотно возникает, если в стекле есть камни или вскрытые пузырьки, царапины, остатки матовости. С этим дефектом можно бороться полировальником в виде кольца, работающего со штрихом, но кольца неполного, а снабженного только тремя круглыми полирующими сегментами в вершинах треугольника. Он не сильно сглаживает мезаструктуру, одновременно уничтожая дефекты малого размера. (Такой полировальник вообще может быть очень полезен при обработке асферики и полировке не очень ровных поверхностей типа баллона электролампочки.)  Однако, выражение «не сильно» не означает «абсолютно не сглаживает». Особенно при разглаживании таким полировальником убирается асферичность на краю поверхности, там, где градиент кривизны максимальный. Поэтому пользоваться ним следует осторожно, при частом контроле.

Общая беда при любой ретуши: полировальник даёт не ту поверхность, которую мы хотим получить. Обычно стараются применять полирующие сегменты, сообразуясь с высотой ошибки. Они, работая без штриха, должны сполировывать стекло сильнее там, где сегмент шире. Так и получается. Но из-за того, что давление на стекло любого участка полировальника зависит от растекания смолы, профиль сполировки лишь отдалённо копирует профиль полировальника. Положение можно частично исправить нарезкой на смоле канавок, но всё равно, приходится часто корректировать полировальник, подрезая его. Можно, если смола нанесена на алюминиевый инструмент, подогревать его на электроплитке и поправлять сегменты нужным образом.  (В этом  большое преимущество металлических подложек для полировальников. Они достаточно жёсткие, их легко сделать, подогнать кривизну, можно быстро нагреть и быстро охладить.)

Здесь очень помогает следующий приём: После окончания очередного цикла полировки стекло моется и вытирается насухо, а затем мокрым полировальником с крокусом на стекле оставляется отпечаток. Он прекрасно виден на теневой картине и позволяет оценить, работает ли полировальник там, где нужно или нет.

Комбинируя работу без штриха и разглаживание поверхности, добиваются исчезновения теневой картины.

Плоско-гиперболическая линза может использоваться в конструкции весьма простого, но удобного интерферометра для контроля плоскостей. В нём плоская поверхность такой линзы делается точно плоской, линза переворачивается плоскостью вверх и будущая деталь укладывается на неё. Световой пучок  от такой линзы переламывается большим диагональным зеркалом и оптик смотрит верху вниз под углом 45 градусов. Источником света служить маленькая неоновая или, лучше, ртутная лампочка. Весь прибор несколько похож на теневой. В этом случае, линзу очень хорошо сделать из кварца, чтобы уменьшить термические деформации. Имея хороший матричный приёмник, такой прибор можно сделать и для работы  в ультрафиолете на длину волны, которую может пропустить линза. Это повысит чувствительность интерферометра, но такой прибор неизбежно будет стоить дороже. Такой интерферометр будет удобен при изготовлении призм.

 Также две плоско-гиперболические линзы, сложенные посеребрёнными на 90 процентов пропускания поверхностями, может применяться для наблюдения многолучевой интерференции и быстрого спектрального анализа света визуальным методом.

 Следует заметить, что изготовление линзы  с гиперболической выпуклой поверхностью очень похоже на изготовление, одной стороны, пластины камер Шмидта или камер Райта, а с другой стороны, вторичного зеркала системы Кассегрена или Ричи-Кретьена. Понятно, что зеркало должно иметь точность в четыре раза более высокую, чем линза.

 Контроль выпуклого гипреболического зеркала можно вести, как и контроль плоско-гиперболической линзы,  в точно такой же схеме. При этом линзу нужно делать из прозрачного стекла и рассчитать её параметры для конкретного телескопа, так как они зависят от коэффициента преломления стекла.


Часть 6. Конические поверхности

Часть 7. Цилиндрические поверхности

Часть 8. Юстировочная поверхность у зеркала Кассегрена



Литература



1. Д.Стронг, Техника физического эксперимента. ЛЕНИЗДАТ, 1948 г.

2. Сикорук Л. Л. Телескопы для любителей астрономии.—2-е изд., перераб. и доп.—

M.:Наука. 1989 г. 





Поделиться в соцсетях

Facebook Twitter Google+ Vkontakte

Комментариев нет:

Отправить комментарий