Inizieremo una serie di post, con spezzoni di testi specifici tradotti in Italiano, sui test per il controllo delle superfici ottiche.
Ci appoggeremo a testi anche vecchi, ma tutt'ora utilizzati come riferimenti bibliografici, tralasciando tutta la parte "interferometri", in quanto ritenuta in questa fase di nessun interesse per Northek (almeno finchè viene applicata in modo amatoriale).
Con questo intendiamo aiutare il lettore a chiarire alcuni aspetti fondamentali, che possono risultare utili a capire in che modo si arriva ad ottenere una superfice ottica rispondente allo scopo cui è stata progettata. Eliminando dal tavolo tutte quelle leggende metropolitane, fatte da riporti e discussioni di parte, che un po' creano confusione e facile predazione da parte di produttori molto furbi.
L'inserimento dei testi non vuol significare che sono lo stato dell'arte, tuttavia sono interessanti a livello divulgativo, chi vuole poi approfondire può verificare su internet sempre ricco di interessanti documenti.
E' una buona occasione per imparare, se se ne ha bisogno, o per rinfrescarsi le idee.
Ovviamente non è un post dove si deve entrare in discussione controbattendo quanto contenuto nei testi, noi traduciamo quando pensiamo utile e fruibile dal lettore, lasciando poi al singolo le relative conclusioni.
Maxproject
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Edited by maxproject on Jan 7, 2010 at 01:24 PM
Controlli e verifiche ottiche: i test.
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maxproject
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Controlli e verifiche ottiche: i test.
parti tratte da:
LA CONSTRUCTION DU TELESCOPE D'AMATEUR
II° EDITION
par Jean Texereau
traduzione in italiano di Massimo Boetto
.......... da pag. 53 a seguire.........................................................................
Il metodo della lama di coltello o delle ombre è il più meraviglioso di tutti per la sua sensibilità e semplicità. Noi ce ne occuperemo in dettaglio. Diciamo solamente che nell'istante in cui un semplice schermo opaco intercetta il fascio (luminoso) nelle vicinanze immediate dell'immagine , traduce le differenze trasversali ( per un occhio collocato dietro allo schermo) dei raggi aberrati in ombre sullo specchio, che suggeriscono all'osservatore una impressionante visione in rilievo dei difetti tanto che si potrà vedere sotto una illuminazione radente che la loro altezza è amplificata anche di un milione di volte!
(fig. 32 A). La densità dell'ombra è collegata al rilievo che fa il fronte d'onda reale con la superfice dell'onda sferica ideale che avrà il suo centro nel piano di taglio della lama di coltello (nota: dice lama di coltello, intendendo una lamina appositamente costruita).
Se si vogliono citare le altezze dei difetti è necessario dunque rilevare tutti rilievi e metterli sullo stesso piano, altrimenti detto, procedere ad una integrazione; ma con un piccolo specchio, questa operazione non è utile perchè alla fine si può anche supporre che i difetti residui sono ben al di sotto del limite nocivo In realtà, nel corso del lavoro, con un po' di abitudine, un semplice colpo d'occhio sulle ombre fornisce all'ottico in modo preciso le indicazioni dove è più necessario fare un buon ritocco, tanto che la visione immediata del numero di millesimi di millimetro da correggere a tale scopo non avrà alcun valore pratico e sarà praticamente nulla.
segue.
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Edited by maxproject on Jan 7, 2010 at 01:23 PM
LA CONSTRUCTION DU TELESCOPE D'AMATEUR
II° EDITION
par Jean Texereau
traduzione in italiano di Massimo Boetto
.......... da pag. 53 a seguire.........................................................................
Il metodo della lama di coltello o delle ombre è il più meraviglioso di tutti per la sua sensibilità e semplicità. Noi ce ne occuperemo in dettaglio. Diciamo solamente che nell'istante in cui un semplice schermo opaco intercetta il fascio (luminoso) nelle vicinanze immediate dell'immagine , traduce le differenze trasversali ( per un occhio collocato dietro allo schermo) dei raggi aberrati in ombre sullo specchio, che suggeriscono all'osservatore una impressionante visione in rilievo dei difetti tanto che si potrà vedere sotto una illuminazione radente che la loro altezza è amplificata anche di un milione di volte!
(fig. 32 A). La densità dell'ombra è collegata al rilievo che fa il fronte d'onda reale con la superfice dell'onda sferica ideale che avrà il suo centro nel piano di taglio della lama di coltello (nota: dice lama di coltello, intendendo una lamina appositamente costruita).
Se si vogliono citare le altezze dei difetti è necessario dunque rilevare tutti rilievi e metterli sullo stesso piano, altrimenti detto, procedere ad una integrazione; ma con un piccolo specchio, questa operazione non è utile perchè alla fine si può anche supporre che i difetti residui sono ben al di sotto del limite nocivo In realtà, nel corso del lavoro, con un po' di abitudine, un semplice colpo d'occhio sulle ombre fornisce all'ottico in modo preciso le indicazioni dove è più necessario fare un buon ritocco, tanto che la visione immediata del numero di millesimi di millimetro da correggere a tale scopo non avrà alcun valore pratico e sarà praticamente nulla.
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Edited by maxproject on Jan 7, 2010 at 01:23 PM
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Controlli e verifiche ottiche: i test.
Immagine 32 A
http://img6.imageshack.us/i/image1ds.jpg/
Fig. 32 - applicazione di quattro metodi differenti di controllo di un piccolo specchio da 125 mm. (R = 2000) che presenta tutti i tipi di difetti.
Difetti di elevata ampiezza: bordo ribattuto, astigmatismo, buco centrale da lambda 8 (o 35 micron sul vetro);
Difetti di media ampiezza: rugosità (profondità media sul vetro: 10 angstrom o 01 micron) e vene di durezza diversa sul vetro;
Difetti elementari: microrugosità (profondità media 40 angstrom).
A) Metodo di Foucalt, fenditura 10 micron lama a destra;
B) Metodo di Ronchi, fenditura 10 micron. Reticolo 5 tratti al mm. (14 mm. extrafocale);
C) Metodo di Zernike, fenditura 10 micron, lama di fase: 166 micron (0 mm., 4 intrafocale);
D) Metodo di Lyot, fenditura 450 micron, lama di fase: semi alluminatura densità 1,7.
Tutti questi difetti non influiscono in modo grave alla figura di diffrazione normale e passeranno completamente inosservati osservando una stella al fuoco.
segue.
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http://img6.imageshack.us/i/image1ds.jpg/
Fig. 32 - applicazione di quattro metodi differenti di controllo di un piccolo specchio da 125 mm. (R = 2000) che presenta tutti i tipi di difetti.
Difetti di elevata ampiezza: bordo ribattuto, astigmatismo, buco centrale da lambda 8 (o 35 micron sul vetro);
Difetti di media ampiezza: rugosità (profondità media sul vetro: 10 angstrom o 01 micron) e vene di durezza diversa sul vetro;
Difetti elementari: microrugosità (profondità media 40 angstrom).
A) Metodo di Foucalt, fenditura 10 micron lama a destra;
B) Metodo di Ronchi, fenditura 10 micron. Reticolo 5 tratti al mm. (14 mm. extrafocale);
C) Metodo di Zernike, fenditura 10 micron, lama di fase: 166 micron (0 mm., 4 intrafocale);
D) Metodo di Lyot, fenditura 450 micron, lama di fase: semi alluminatura densità 1,7.
Tutti questi difetti non influiscono in modo grave alla figura di diffrazione normale e passeranno completamente inosservati osservando una stella al fuoco.
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maxproject
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Controlli e verifiche ottiche: i test.
Non permetterà in effetti ne di scegliere l'utensile più conveniente, ne di determinare i tempi d'azione e le corse da adottare. Non è inutile insistere su questo punto,in quanto la maggior parte dei pareri che si possono leggere sui metodi di controllo sono espressi da dei teorici che non hanno mai figurato un solo specchio con le loro mani.
Il metodo del reticolo extrafocale è dovuto ugualmente a L. Foucault, ed è stata ripreso e sviluppato da V. Ronchi e L. Lenouvel. Si interpone un reticolo a tratti opachi uguali ai trasparenti, nel fascio e dietro l'immagine. Se il fascio è omocentrico, le ombre create da questo coltello multiplo sono rettilinee; in caso contrario, le regioni aberrate sono visibili come delle anomalie corrispondenti (fig. 32 B). Sfortunatamente, partendo da un piccolo numero di tratti per millimetro sul reticolo, i fenomeni d'interferenza parassiti sono inestricabili e non suscettibili di interpretazione chiara e sicura. Non bisogna sorprendersi se, malgrado i volumi di teorie pubblicate, il metodo non ha entusiasmato i praticanti; rende comunque un grande servizio per il controllo rapido dello stigmatismo degli obiettivi fotografici o di altri piccoli pezzi correnti che si possono controllare con dei reticoli poco fitti e con delle sorgenti ampie.
Una modifica eclatante e magnifica del metodo di Foucault è stata immaginata da F. Zernike
rifacendosi alla teoria del metodo delle ombre e tenendo conto della natura ondulatoria dei raggi luminosi. Questa volta, in luogo di una lamina opaca, si sovrappone alla immagine di diffrazione una lama di fase di bassissio spessore calcolato per produrre una sfasatura di 90° solo nell'immagine centrale.
Se lo specchio possiede dei difetti capaci di ritornare della luce fuori da questa immagine e di formare degli spettri laterali, si produce allora una interferenza parziale dentro questi spettri e l'immagine centrale sfasata, che traduce le variazioni di fase dell'onda con delle variazioni d'intensità e dalle tinte molto vive (fig. 32 C).
Questa figura non può che dare un'idea molto incompleta del metodo; abbiamo ottenuto delle fotografie dirette e a colori che ci dispiaciamo di non poter mostrare qui.
Il metodo è suscettibile di applicazioni estremamente importanti in microscopia. Per il controllo dell'ottica astronomica il suo interesse è più limitato.
La sua interpretazione completa e sicura esige una conoscenza molto precisa della traettoria in cui si produce una sfasatura di lambda 2 dei raggi passanti per un fuoco.
Menzioniamo infine, benchè interessi più indirettamente l'amatore produttore di specchi, l'applicazione del contrasto di fase realizzato da B. Lyot per lo studio dei piccoli difetti di forme molto piccole che costituiscono le microabrasioni (vedere le fig. 41 e fig. 32 D, 47 e 139).
Il metodo comporta la sfasatura e l'assorbimento simultaneo dell'immagine centrale, ma questa volta la sorgente è molto più larga. Non è più questione di studiare i difetti a lungo periodo. Il metodo è selettivo, non mostra nulla di più dei difetti che possono essere evidenziati da una luce molto lontana per cadere fuori dalla lama di fase (fig. 32 D).
Tutti i metodi che comportano l'introduzione nel fascio (luminoso) e chiudono l'immagine con un'ostacolo completamente opaco o meno, sono realizzabili con dei montaggi molto vicini.
Così il reticolo fotografico a cinque tratti per millimetro che è servito per prendere la foto 32B avrebbe permesso l'applicazione (nelle condizioni altrove non ottimali) i quattro metodi: Foucault normale con un solo tratto al fuoco; ronchi (foto 32 B); Zernike operando sulla sfasatura prodotta da un solo tratto a mezzo della variazione dello spessore e probabilmente l'indice della gelatina nella piastra esposta; infine Lyot allargando la sorgente. L'effetto sfasatore dei tratti si riconosce di proposito sulla foto 32B con le ombre completamente opache.
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Edited by maxproject on Jan 7, 2010 at 01:25 PM
Il metodo del reticolo extrafocale è dovuto ugualmente a L. Foucault, ed è stata ripreso e sviluppato da V. Ronchi e L. Lenouvel. Si interpone un reticolo a tratti opachi uguali ai trasparenti, nel fascio e dietro l'immagine. Se il fascio è omocentrico, le ombre create da questo coltello multiplo sono rettilinee; in caso contrario, le regioni aberrate sono visibili come delle anomalie corrispondenti (fig. 32 B). Sfortunatamente, partendo da un piccolo numero di tratti per millimetro sul reticolo, i fenomeni d'interferenza parassiti sono inestricabili e non suscettibili di interpretazione chiara e sicura. Non bisogna sorprendersi se, malgrado i volumi di teorie pubblicate, il metodo non ha entusiasmato i praticanti; rende comunque un grande servizio per il controllo rapido dello stigmatismo degli obiettivi fotografici o di altri piccoli pezzi correnti che si possono controllare con dei reticoli poco fitti e con delle sorgenti ampie.
Una modifica eclatante e magnifica del metodo di Foucault è stata immaginata da F. Zernike
rifacendosi alla teoria del metodo delle ombre e tenendo conto della natura ondulatoria dei raggi luminosi. Questa volta, in luogo di una lamina opaca, si sovrappone alla immagine di diffrazione una lama di fase di bassissio spessore calcolato per produrre una sfasatura di 90° solo nell'immagine centrale.
Se lo specchio possiede dei difetti capaci di ritornare della luce fuori da questa immagine e di formare degli spettri laterali, si produce allora una interferenza parziale dentro questi spettri e l'immagine centrale sfasata, che traduce le variazioni di fase dell'onda con delle variazioni d'intensità e dalle tinte molto vive (fig. 32 C).
Questa figura non può che dare un'idea molto incompleta del metodo; abbiamo ottenuto delle fotografie dirette e a colori che ci dispiaciamo di non poter mostrare qui.
Il metodo è suscettibile di applicazioni estremamente importanti in microscopia. Per il controllo dell'ottica astronomica il suo interesse è più limitato.
La sua interpretazione completa e sicura esige una conoscenza molto precisa della traettoria in cui si produce una sfasatura di lambda 2 dei raggi passanti per un fuoco.
Menzioniamo infine, benchè interessi più indirettamente l'amatore produttore di specchi, l'applicazione del contrasto di fase realizzato da B. Lyot per lo studio dei piccoli difetti di forme molto piccole che costituiscono le microabrasioni (vedere le fig. 41 e fig. 32 D, 47 e 139).
Il metodo comporta la sfasatura e l'assorbimento simultaneo dell'immagine centrale, ma questa volta la sorgente è molto più larga. Non è più questione di studiare i difetti a lungo periodo. Il metodo è selettivo, non mostra nulla di più dei difetti che possono essere evidenziati da una luce molto lontana per cadere fuori dalla lama di fase (fig. 32 D).
Tutti i metodi che comportano l'introduzione nel fascio (luminoso) e chiudono l'immagine con un'ostacolo completamente opaco o meno, sono realizzabili con dei montaggi molto vicini.
Così il reticolo fotografico a cinque tratti per millimetro che è servito per prendere la foto 32B avrebbe permesso l'applicazione (nelle condizioni altrove non ottimali) i quattro metodi: Foucault normale con un solo tratto al fuoco; ronchi (foto 32 B); Zernike operando sulla sfasatura prodotta da un solo tratto a mezzo della variazione dello spessore e probabilmente l'indice della gelatina nella piastra esposta; infine Lyot allargando la sorgente. L'effetto sfasatore dei tratti si riconosce di proposito sulla foto 32B con le ombre completamente opache.
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Edited by maxproject on Jan 7, 2010 at 01:25 PM
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http://img27.imageshack.us/img27/3936/image1rse.jpg
Fig. 41 - foucault del primo specchio lavorato nell'atelier della Commissione S.A.F.
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Fig. 41 - foucault del primo specchio lavorato nell'atelier della Commissione S.A.F.
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http://yfrog.com/41image2nwuj
Fig. 47 - Lytogrammi di superfici lucidate con differenti processi che mostrano le micro striature. Scala 2/1. Lama di fase 1,69 per A,B,C,D e E; 2,81 per C e F.
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Fig. 47 - Lytogrammi di superfici lucidate con differenti processi che mostrano le micro striature. Scala 2/1. Lama di fase 1,69 per A,B,C,D e E; 2,81 per C e F.
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http://yfrog.com/9fimage4sgj
Fig. 139 - La stessa porzione, ingrandita due volte, di uno specchio molto ben lucidato.
Metodo di Lyot; contrasto di fase; lama di fase densità: 2,81.
A) Specchio nudo: irregolarità, ampiezza media 1 angstrom;
B) Specchio alluminato: tutti i dettagli fini sono conservati, le grosse tacche bianche sono dovute alla luce riflessa da granelli di polvere;
C) Specchio argentato chimicamente: i grandi difetti hanno una ampiezza di 6 angstrom.
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Fig. 139 - La stessa porzione, ingrandita due volte, di uno specchio molto ben lucidato.
Metodo di Lyot; contrasto di fase; lama di fase densità: 2,81.
A) Specchio nudo: irregolarità, ampiezza media 1 angstrom;
B) Specchio alluminato: tutti i dettagli fini sono conservati, le grosse tacche bianche sono dovute alla luce riflessa da granelli di polvere;
C) Specchio argentato chimicamente: i grandi difetti hanno una ampiezza di 6 angstrom.
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29. SPIEGAZIONE GEOMETRICA DEL METODO DI FOUCAULT.
Piazziamo lo specchio su di un supporto in modo che il suo asse ottico sia orizzontale e disponiamo nelle vicinanze del suo centro di curvatura una "stella artificiale" S (fig. 33), vale a dire una sorgente luminosa la cui dimensione trasversale sia molto piccola. Lo specchio lucidato, ma non ancora alluminato, riflette molta di questa luce tanto da dare di S una immagine I sufficiente per fare il controllo. Se la sorgente coincide esattamente con il centro di curvatura, l'immagine di ritorno sarà confusa con se stessa e inaccessibile. Spostiamo un po' sul fianco: rispettando le leggi fondamentali della riflessione, l'immagine si allinea simmetricamente in rapporto all'asse. Piazziamo l'occhio immediatamente dietro l'immagine: se il fascio non è troppo aperto come è il caso con gli specchi che a noi interessano, si vede la superfice dello specchio interamente e uniformemente illuminata. Adesso facciamo penetrare nel fascio riflesso e correttamente d'avanti all'occhio, uno schermo opaco e rettilineo, dal bordo netto e tagliente. Prenderemo come convenzione generale che la sorgente è riflessa verso sinistra e che la lamina viene da destra stando di fronte allo specchio. Supponiamo prima che noi abbiamo fatto uno specchio perfettamente sferico: poichè la sorgente è immediatamente vicina al centro di curvatura, tutti i raggi si intersecano nello stesso punto I.
Quando la lamina penetra prima di questa intersezione (fig. 33A) si vede un'ombra che avanza davanti alla superfice dello specchio nello stesso senso della lama; al contrario , se la lama è dietro (fig. 33B) l'ombra subisce degli spostamenti inversi e il bordo sinistro si oscura per primo. Ma se la lamina arriva alla intersezione esatta I (fig. 33C) siccome tutti i punti della superfice dello specchio contribuiscono ugualmente alla formazione di questa immagine, si vedrà tutto lo specchio oscurarsi uniformemente in blocco e progressivamente perchè in realtà la sorgente ha una larghezza finita e perchè l'ottica geometrica non è che una approssimazione.
segue.
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Edited by maxproject on Jan 7, 2010 at 01:49 PM
Piazziamo lo specchio su di un supporto in modo che il suo asse ottico sia orizzontale e disponiamo nelle vicinanze del suo centro di curvatura una "stella artificiale" S (fig. 33), vale a dire una sorgente luminosa la cui dimensione trasversale sia molto piccola. Lo specchio lucidato, ma non ancora alluminato, riflette molta di questa luce tanto da dare di S una immagine I sufficiente per fare il controllo. Se la sorgente coincide esattamente con il centro di curvatura, l'immagine di ritorno sarà confusa con se stessa e inaccessibile. Spostiamo un po' sul fianco: rispettando le leggi fondamentali della riflessione, l'immagine si allinea simmetricamente in rapporto all'asse. Piazziamo l'occhio immediatamente dietro l'immagine: se il fascio non è troppo aperto come è il caso con gli specchi che a noi interessano, si vede la superfice dello specchio interamente e uniformemente illuminata. Adesso facciamo penetrare nel fascio riflesso e correttamente d'avanti all'occhio, uno schermo opaco e rettilineo, dal bordo netto e tagliente. Prenderemo come convenzione generale che la sorgente è riflessa verso sinistra e che la lamina viene da destra stando di fronte allo specchio. Supponiamo prima che noi abbiamo fatto uno specchio perfettamente sferico: poichè la sorgente è immediatamente vicina al centro di curvatura, tutti i raggi si intersecano nello stesso punto I.
Quando la lamina penetra prima di questa intersezione (fig. 33A) si vede un'ombra che avanza davanti alla superfice dello specchio nello stesso senso della lama; al contrario , se la lama è dietro (fig. 33B) l'ombra subisce degli spostamenti inversi e il bordo sinistro si oscura per primo. Ma se la lamina arriva alla intersezione esatta I (fig. 33C) siccome tutti i punti della superfice dello specchio contribuiscono ugualmente alla formazione di questa immagine, si vedrà tutto lo specchio oscurarsi uniformemente in blocco e progressivamente perchè in realtà la sorgente ha una larghezza finita e perchè l'ottica geometrica non è che una approssimazione.
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Edited by maxproject on Jan 7, 2010 at 01:49 PM
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Controlli e verifiche ottiche: i test.
http://img525.imageshack.us/img525/7717/image5k.jpg
Fig. 33 - Spiegazione geometrica del metodo di Foucault.
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Fig. 33 - Spiegazione geometrica del metodo di Foucault.
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maxproject
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Controlli e verifiche ottiche: i test.
Avremo così un mezzo molto sensibile per piazzare la lamina longitudinalmente nel piano esatto dell'immagine; è sufficiente comparare nel corso di uno scorrimento la brillanza del lato sinistro e del lato destro dello specchio. Se il bordo destro è un po' piu' scuro è necessario allontanare leggermente la lamina; è necessario avvicinarlo se il bordo sinistro è più nero. Si arriva rapidamente a trovare una posizione di estinzione uniforme in un colore piatto: la lamina è all'intersezione di tutti i raggi.
Ma molto spesso lo specchio non è perfettamente sferico. Ricordiamo subito che stiamo osservando la parte lavorata dello specchio, i difetti sono generati costantemente dalla rivoluzione ad alta approssimazione (salvo i difetti elementari di microrugosità dovuti alla struttura dell'utensile, o altre anomalie molto rare), vale a dire che si presentano come delle zone ad intaglio o in rilievo concentriche intorno allo specchio. Sulla figura 33D abbiamo supposto che la lamina sia nel piano dell'immagine formata da una larga corona sferica di uno specchio difettoso. Questa corona appare dunque in "tinta piatta/uniforme"; ma nonostante questo, esistono al bordo e al centro dello specchio delle regioni in cui il raggio di curvatura è un po' più lungo, i raggi riflessi in questo caso non convergono esattamente al medesimo punto e non possono dunque essere intercettati nel medesimo tempo degli altri a mezzo della lamina;
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Ma molto spesso lo specchio non è perfettamente sferico. Ricordiamo subito che stiamo osservando la parte lavorata dello specchio, i difetti sono generati costantemente dalla rivoluzione ad alta approssimazione (salvo i difetti elementari di microrugosità dovuti alla struttura dell'utensile, o altre anomalie molto rare), vale a dire che si presentano come delle zone ad intaglio o in rilievo concentriche intorno allo specchio. Sulla figura 33D abbiamo supposto che la lamina sia nel piano dell'immagine formata da una larga corona sferica di uno specchio difettoso. Questa corona appare dunque in "tinta piatta/uniforme"; ma nonostante questo, esistono al bordo e al centro dello specchio delle regioni in cui il raggio di curvatura è un po' più lungo, i raggi riflessi in questo caso non convergono esattamente al medesimo punto e non possono dunque essere intercettati nel medesimo tempo degli altri a mezzo della lamina;
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