Un fascio collimato è un fascio di radiazione i cui raggi sono paralleli tra di loro ad esempio un laser è collimato anche se ha una divergenza intrinseca che fa sì che lo spot ad una certa distanza si "apra". Un fascio collimato lo si può ottenere da un fascio non collimato con un sistema ottico detto collimatore. Il più ovvio è quello in figura
Metto l'oggetto sul fuoco di una lente e questa proietta i raggi a infinito. Prima della lente il fascio è divergente, dopo la lente il fascio è collimato.Ora questo è un semplice sistema ottico che porta a infinito un oggetto puntiforme, ma il sole è tutt'altro che pintiforme...allora provo a simulare una sorgente estesa (senza curarmi di usare angoli e dimensioni tipici del sole):
Cosa ho fatto? Ho semplicemente crato vari punti luce su una sui bordi un disco. Ora, dopo la lente c'è un fascio che sembra divergente ma in realtà ogni punto del fascio è perfettamente collimato come si vede dalla figura sotto dove traccio un solo punto del bordo...forse era questo che intendeva il prof!E' chiaro che se porto ad infinito una sorgente estesa, porto ad infinito le sue dimensioni. Queste dimensioni sono viste dal collimatore con un angolo che è la divergenza dell'oggetto. Ad esempio se guardo una cosa da vicino mi sembra più grande che se la guardo da lontano (una banalità) e quindi l'angolo che sottende l'oggetto e ha vertice nel mio occhio è più grande se l'oggetto è vicino. Nel nostro caso si tratta dell'angolo ACB che ha vertice in C.
Ora come posso fare se voglio portare a infinito un oggetto esteso che sottenda un angolo pari alle dimensioni angolari del sole? Questa cosa potrebbe essermi utile nel caso dovessi progettare un simulatore di sole...Le dimensioni angolari del sole a terra ossia 1 AU sono W=33'. Mettiamo che io volgia usare il collimatore che ho usato nel precedente esempio che ha una focale f=50 mm. Ora considerando il triangolo ACB sapendo che l'angolo in C è W e che l'altezza del triangolo (distanza tra C e il centro del segmento AB) è f, mi viene naturale dire che le dimensioni d della sorgente dovranno essere:
d= f * tan(W)
d = 0,48 mm ossia per simulare il sole in quel sistema ottico dovrei avere una sorgente estesa con un dimetro di circa mezzo millimetro!
Come si vede nelle figure ho dovuto ingrandire immagine e oggetto per poter vedere l'effetto degli esempi precedenti. Ora quindi cosa ho imparato: se voglio simulare una sogente estesa a dimensione fissa (come il sole) mi conviene allungare la focale se voglio utilizzare oggetti più grandi, ad esempio con una lente di focale 2000 mm avrei una sorgente di quasi due centimetri che è più agevole da fabbricare e installare.
Veniamo al piano immagine. Ora facciamo che dopo avere creato il sole artificiale lo voglio analizzare con un coronografo. Il coronografo fa una eclissi totale di sole è sostanzialmente un tescopio con un tappo davanti che blocca la luce del sole e mi permette di vedere la corona ossia la parte esterna del sole.
Per simulare una situazione reale devo fare in modo che l'apertura frontale del coronografo sia illiminata uniformemente da tutto il bordo del collimatore.
Fisso la pipilla di entrata ad esempio P=100 mm fisso anche la distanza a cui pongo il coronografo ad esempio L=5000 mm, le dimensioni della sorgente (il sole) sono 19.2 mm, qual è la variabile a questo punto?? Penso le dimensioni del collimatore, vediamo
il sistema è quello qua sopra, per il momento traccio i raggi da un punto del bordo del "sole", vedo la "footprint"(quello che vedrei su uno schermo posto nel piano immagine) di zemax qua sotto,
il cechio nero è il bordo della apertura di entrata del coronografo, il disco blu l'immagine dei raggi che partono da un punto sul bordo del "sole", vedo che nella pate alta l'aertura di ingresso non è illuminata, non mi intresso del fatto che nella parte inferiore i raggi siano fuori. Il secondo disegno fa vedere di profilo quello che succede ossia il raggio più esterno del punto sul bordo (quello più in alto dei 3) cade dentro l'apertura. Il punto e che io voglio che cada sul bordo dell'apertura e per fare questo devo allargare il fascio (l'inclinazione è legata alle dimensioni del sole e alla distanza che sono fissati), per allargare il fascio devo allrgare il diametro del collimatore! Ma di quanto? Riprendo il caso precedente con dimensioni non proporzionate ma chiare:
Si vede che lo schermo non è illuminato di una quantità AB. Ora per portare B su A ed avere una illuminazione uniforme devo ingrandire il diametro del colimatore di 2AB che si vede è
Come si vede nelle figure ho dovuto ingrandire immagine e oggetto per poter vedere l'effetto degli esempi precedenti. Ora quindi cosa ho imparato: se voglio simulare una sogente estesa a dimensione fissa (come il sole) mi conviene allungare la focale se voglio utilizzare oggetti più grandi, ad esempio con una lente di focale 2000 mm avrei una sorgente di quasi due centimetri che è più agevole da fabbricare e installare.Veniamo al piano immagine. Ora facciamo che dopo avere creato il sole artificiale lo voglio analizzare con un coronografo. Il coronografo fa una eclissi totale di sole è sostanzialmente un tescopio con un tappo davanti che blocca la luce del sole e mi permette di vedere la corona ossia la parte esterna del sole.
Per simulare una situazione reale devo fare in modo che l'apertura frontale del coronografo sia illiminata uniformemente da tutto il bordo del collimatore.
Fisso la pipilla di entrata ad esempio P=100 mm fisso anche la distanza a cui pongo il coronografo ad esempio L=5000 mm, le dimensioni della sorgente (il sole) sono 19.2 mm, qual è la variabile a questo punto?? Penso le dimensioni del collimatore, vediamo
il sistema è quello qua sopra, per il momento traccio i raggi da un punto del bordo del "sole", vedo la "footprint"(quello che vedrei su uno schermo posto nel piano immagine) di zemax qua sotto,
il cechio nero è il bordo della apertura di entrata del coronografo, il disco blu l'immagine dei raggi che partono da un punto sul bordo del "sole", vedo che nella pate alta l'aertura di ingresso non è illuminata, non mi intresso del fatto che nella parte inferiore i raggi siano fuori. Il secondo disegno fa vedere di profilo quello che succede ossia il raggio più esterno del punto sul bordo (quello più in alto dei 3) cade dentro l'apertura. Il punto e che io voglio che cada sul bordo dell'apertura e per fare questo devo allargare il fascio (l'inclinazione è legata alle dimensioni del sole e alla distanza che sono fissati), per allargare il fascio devo allrgare il diametro del collimatore! Ma di quanto? Riprendo il caso precedente con dimensioni non proporzionate ma chiare:
Si vede che lo schermo non è illuminato di una quantità AB. Ora per portare B su A ed avere una illuminazione uniforme devo ingrandire il diametro del colimatore di 2AB che si vede èAB = L*tan(W/2)
Con L = CA distanza tra il collimatore e l'apertura. Ora si vede che il disco verde riempie tutto il cerchio che rappresenta il bordo dell'apertura. Se ripeto questo ragionamento per tutti i punti del bordo del "sole" avrò tutta l'apertura illuminata dal "sole" come succede nella realtà col sole vero!!!!
