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Principio di funzionamento del test di Foucault

In Fig. 2.1 è schematizzata la configurazione ottica di base, che si adopera per eseguire il test di Foucault.
  
Figure: Configurazione ottica del test di Foucault. La lente L è sottoposta al test. Il coltello K scorre sul piano focale nominale di L. Immediatamente dietro la lama è posta la lente di camera LCche genera l'immagine della pupilla di L sul piano coniugato I su cui è posto un rivelatore.
\begin{figure}\centerline{\epsfig{figure=figure/id_foucault.eps,width=13cm}}
\end{figure}

La lente L rappresenta l'elemento ottico da esaminare. Sul piano focale nominale di L è posta una lama (o coltello) K il cui bordo è rettilineo e ben lavorato. Tale lama, ortogonale all'asse ottico, è libera di scorrere sul piano focale di L. Dietro il coltello è posta una lente LC, che chiameremo lente di camera, che genera una immagine della pupilla di uscita di L sul piano coniugato I.

Il principio di funzionamento del test di Foucault può essere semplicemente descritto in termini di ottica geometrica. Supponiamo che la lente L sia illuminata da un fascio di raggi paralleli all'asse ottico. Se tale lente introduce delle aberrazioni, i raggi che la attraversano non sono focalizzati in un punto (il fuoco), ma sono distribuiti su una certa area del piano focale.

  
Figure: Test di Foucault nel caso di aberrazione sferica. a) Il coltello K non è inserito: tutti i raggi raggiungono il piano I dell'immagine della pupilla che appare un disco uniformemente illuminato. b) il coltello è inserito: i raggi che hanno origine da certe zone della pupilla (es. Q) non raggiungono l'immagine. Nei punti coniugati si hanno zone scure (es. in Q'). c) Il coltello raggiunge l'asse ottico: tipica immagine ottenuta in presenza di aberrazione sferica.
\begin{figure}\centerline{\hbox{{\Large a)}\ \epsfig{figure=figure/id_sfericaa.e...
...ps,width=8cm}
\epsfig{figure=figure/ima_sphericc.eps,width=1.5cm}}}
\end{figure}

Quando la lama non è presente (vedi Fig. 2.2a), ogni raggio, che passa attraverso la pupilla della lente in esame, raggiunge la lente di camera. Quest'ultima crea una immagine della pupilla uniformemente illuminata. Inserendo il coltello sul piano focale della lente con il bordo vicino al fuoco di quest'ultima (vedi Fig. 2.2b), alcuni raggi vengono intercettati dalla lama. Se P è un punto sulla pupilla da cui parte un raggio che non incontra il coltello, nel punto coniugato P' vi sarà una zona brillante. Se da Q parte un raggio che viene intercettato, nel punto coniugato Q' vi sarà una zona scura. Fissata la posizione della lama, l'immagine della pupilla di L è costituita da un insieme di regioni scure e chiare. Le prime indicano l'insieme dei punti sulla pupilla da cui passano raggi che intercettano, sul piano focale, il semipiano del coltello, mentre le seconde i punti che intercettano il semipiano complementare. Nel regime di ottica geometrica, le zone di separazione tra i due gruppi di regioni sono nette e la loro forma dipende dal tipo di aberrazione generata dalla lente L. Le principali aberrazioni forniscono immagini facilmente riconoscibili, in particolare, l'immagine in Fig. 2.2c identifica immediatamente la presenza di aberrazione sferica, mentre quella di Fig. 2.3 la presenza di coma ortogonale al bordo del coltello.
  
Figure: Test di Foucault nel caso di coma dominante. Lo specchio parabolico M è illuminato da un fascio fuori asse. Il coltello K ha il bordo passante per il centro della figura di minima confusione. In a) il coltello intercetta i raggi parassiali, mentre in b) quelli marginali.
\begin{figure}\centerline{\hbox{{\Large a)}\ \epsfig{figure=figure/ima_comaa.eps...
....eps,width=1.5cm}
\epsfig{figure=figure/id_comab.eps,width=8.0cm}}}
\end{figure}

Anche se il test permette di riconoscere il tipo di aberrazione introdotta, non permette di ottenere, in modo semplice, informazioni quantitative sull'aberrazione stessa. Ciò è evidente da un semplice esempio. L'aberrazione associata ad un raggio può essere espressa quantitativamente dalla distanza tra il fuoco e il punto in cui il raggio incontra il piano focale. Tale grandezza è chiamata aberrazione trasversale del raggio. Consideriamo un punto Q della pupilla e il coltello con il bordo sul fuoco (vedi Fig. 2.2c). Se nel punto Q' coniugato vi è una zona scura, l'unica informazione che possiamo ottenere è che il raggio che passa per Q viene deflesso al di sotto del bordo della lama. Nessuna informazione è disponibile su quanto sia deflesso, per cui non abbiamo nessuna informazione sull'aberrazione trasversale associata ad esso.


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Armando Riccardi
2000-05-10