ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Определение параметров объективов и диспергирующего устройства из "Оптика спектральных приборов" Выше были изложены общие соображения и основные соотношения, которые выражают зависимость между характеристиками спектрографа, определяемыми назначением прибора, и параметрами его оптической системы. Поскольку нет возможности указать какой-либо универсальный способ выбора этих параметров, рассмотрим ряд характерных примеров. [c.78] Пример 3. Рассчитаем призменную диспергирующую систему спектрографа в области длин волн h—А (404,7 — 766,5 нм) по следующим данным средняя линейная дисперсия ДЯ/Д/ = 15 К/мм в области длин волн h — G (404,7 — 434,1 нм), фокусное расстояние камерного объектива /2= 500 мм , фокальная поверхность — перпендикулярна оси объектива (о = 0) материал призм — стекло марки ТФ1. [c.78] Для стекла ТФ1 Дл=/г — Пд, = 0,0094. Так как ДХ=29,4 нм, dQ/dn = 4,2. [c.78] Угол поля зрения 2w камерного объектива при одновременной регистрации области длин волн h—А найдем как разность Д0 углов отклонения лучей ft и 4 2w = AQ (d%/dn) An, где An = n — 0,0462, откуда 2w 11°. Длина спектра 21 = 2f. w 95 мм. [c.78] Пример 4. По данным примера 3 подберем дифракционную решетку, считая, что она используется в первом порядке при малых углах дифракции (ф = 0). [c.78] Очевидно, такую же линейную дисперсию можно получить с решеткой при N = 600 мм и /2 = 1 Тогда угол поля зрения объектива уменьшится вдвое. Это облегчит исправление его аберраций, но ценой увеличения габаритов прибора. [c.78] При этом предел разрешения определяется формулой (П1.3). [c.80] Пример 6. Найдем размер призмы из предыдущего примера, при котором обеспечивается максимальное разрешение на фотопластинке, имеющей Ыф = = 50 мм . Эти размеры, очевидно, одинаковы во всех трех случаях если задана линейная дисперсия, то одинаково и отношение f / os а, так что формула (HI. 18) для X = 250 нм дает а 24 мм. [c.80] Чем больше наклон фокальной поверхности, тем при меньшем /2 получается заданная линейная дисперсия, но из-за увеличения относительного отверстия камерного объектива тем труднее исправить аберрации настолько, чтобы они практически не влияли на разрешающую способность. Формула (П1.18) дает лишь нижнюю границу значений а, при которых обеспечивается максимум разрешения на данном фотослое. Верхняя граница определяется особенностями коррекции аберраций объектива, которые, в свою очередь, существенным образом зависят от его конструкции. Возможности исправления аберраций в объективах различных типов рассматриваются в пп. 13—16. [c.80] Важным моментом расчета объектива камеры является определение положения входного зрачка оно определяет размеры линз, величину виньетирования наклонных пучков и влияет на величину аберраций. [c.80] Если диспергирующим элементом спектрографа служит призма или система призм (рис. 24, а), то пучки лучей разных длин волн, идущие вдоль оси коллиматорного объектива, после дисперсии образуют между собой некоторые углы, обычно небольшие (порядка нескольких градусов). С достаточной точностью можно считать, что центральные лучи всех цветных диспергированных пучков выходят из одной точки Р, которая и принимается за центр входного зрачка камерного объектива. Эта точка находится на некотором расстоянии р перед точкой преломления на второй грани последней призмы по ходу центрального луча со средним значением показателя преломления п в рабочем диапазоне длин волн. [c.80] Размеры призм тем больше, чем шире регистрируемая спектральная область. Они определяются построением хода лучей для двух длин волн, соответствующих границам рабочей области. Углы падения и преломления лучей на гранях каждой призмы рассчитываются по формулам (П.1). [c.82] Необходимый размер второй грани первой призмы определяется ходом лучей с максимальным значением п, которые отклоняются призмой сильнее всего. Размеры второй и последующих призм определяются ходом лучей и с максимальным и с минимальным п, причем каждая следующая призма должна быть больше предыдущей (рис. 24, а). [c.82] Часто из технологических соображений в одном приборе все призмы делают одинаковых размеров. Это вызывает, однако, излишний расход дефицитных материалов и увеличивает потери света из-за поглощения. [c.82] Когда диспергирующим элементом спектрографа является плоская отражательная дифракционная решетка, центр входного зрачка камерного объектива совпадает с серединой ее заштрихованной части. Объектив камеры О2 должен быть удален от решетки на такое расстояние, чтобы он не попадал в параллельный пучок, направляемый на решетку объективом коллиматора. Расстояние это тем больше, чем меньше угол 0о между осями коллиматорного и камерного объективов (рис. 24, б). [c.82] Минимальное удаление объектива 0 определяется, если построить тот из дифрагированных лучей, который дальше всего от решетки пересекает крайний луч падающего на нее пучка, и провести через точку А пересечения этих лучей плоскость Р перпендикулярную оси камеры. Точно так же, объектив коллиматора Ох должен стоять не ближе к решетке, чем плоскость Р , перпендикулярная падающему пучку и проходящая через точку А. [c.82] После того как выбраны параметры диспергирующего элемента, фокусные расстояния и типы объективов (см. пп. 13—16), определяются поперечные размеры отдельных компонентов. Если известны фокусные расстояния компонентов объектива, воздушные промежутки между ними и задано положение входного зрачка, рассчитывается ход двух лучей — апертурного луча, параллельного оси объектива и проходящего через край зрачка, и Полевого луча, имеющего наибольший наклон к оси и проходящего через центр зрачка [2, 18]. Поперечные размеры каждой линзы получаются как сумма абсолютных величин высот пересечения этих двух лучей с данной линзой. Отдельно определяются горизонтальные и вертикальные размеры поле зрения камерного объектива в меридиональном сечении определяется длиной спектра, в сагиттальном — высотой щели, а объектив коллиматора в горизонтальном сечении поля не имеет. Необходимо учесть также различие ширины а дисиергированных пучков разных длин волн вследствие меридионального увеличения призмы или решетки. [c.83] При габаритном расчете ход лучей через объективы рассчитывается по приближенным формулам параксиальной оптики [22]. Окончательные размеры всех оптических деталей определяются путем контрольного расчета хода лучей через диспергирующую систему и объективы по точным формулам уже после аберрационного расчета объективов и нахождения всех его конструктивных элементов — радиусов кривизны поверхностей, толщин линз и воздушных промежутков между ними. [c.83] Особенности габаритного расчета спектрографов с зеркальными объективами будут рассмотрены в п. 17. [c.83] Вернуться к основной статье