Главная -> Книги

(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) ( 54 ) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (54)

Поэтому замена двойных склеенных объективов тройными, вообще говоря, бесполезна, если исключить тот случай, когда отсутствие выбора стекол не дает возможности с помощью двойного объектива добиться нужных сумм Зейделя. В этом единственном случае проявляется преимущество тройной системы - лишний «полноценный» параметр, т. е. лишний радиус кривизны,- перед двойной.

Несколько иначе обстоит дело, когда такая комбинация используется в качестве окуляра. Она может быть применена как отрицательный окуляр в системе галилеевского типа и дает там возможность уничтожить неустранимые в простой линзе хроматические аберрации. В этом случае двухлинзовая комбинация могла бы дать тот же результат, но при условии применения крутой поверхности склейки, что является неудобным для изготовления. Трехлинзовая склеенная комбинация с успехом может быть применена и в окуляре «ортоскопического» типа, где она-приводит к более удобной конструкции (симметричность системы), чем в случае двойной склеенной системы. Впрочем, и здесь преимущество ь смысле оптических качеств трехлинзовой комбинации перед двухлинзовой достаточно спорное.

Несклеенные двухлинзовые системы

Двухлинзовые несклеенные объективы, обладающие одним лишним параметром по сравнению со склеенными, могут быть лучше исправлены в отношении сферической аберрации и комы. Однако их широкому применению мешали дополнительные потери вследствие отражения света от двух внутренних поверхностей. В настоящее время, после широкого внедрения просветления, этот недостаток отпадает и двухлинзовые несклеенные объективы используются в качестве астрономических, геодезических, объективов биноклей и других подзорных труб. .

При соответствующем выборе стекол можно получить настолько хорошее исправление сферической аберрации, что относительное отверстие несклеенных двухлинзовых систем может быть.доведено до 1 : 2,5; к сожалению, хроматическая разность сферических аберраций довольно велика, что ставит предел дальнейшему увеличению апертуры. Аберрация комы этих систем может быть исправлена.

На основании изучения существующих оптических систем можно прийти к выводу, что преимущества тройной склеенной системы обычно переоцениваются, а двухлинзовые несклеенные системы, наоборот, недооценены по достоинству. Однако вопрос о сравнительных достоинствах обоих типов объективор не может до сих пор считаться решенным

Несколько бесконечно тонких линз, разделенных бесконечно малыми воздушными промежутками

В тех случаях, когда двухлинзовый склеенный объектив не может быть применен из-за требования слишком большого относительного отверстия, его можно заменить системой из нескольких линз, разделенных воздушными прослойками.Если все линзы имеют одинаковые фокусные расстояния, то каждая из них имеет значительно меньшее относительное отверстие, чем вся система в целом, так как фокусное расстояние каждой отдельной линзы в несколько раз больше, чем фокусное расстояние всего компонента. Благодаря этому такой компонент может иметь значительно большие апертуры, чем одна сколь угодно сложная линза. Например, система из двух, для удобства одинаковых, двухлинзовых склеенных компонентов может давать вполне удовлетворительные результаты при относительном отверстии, доходящем до 1 : 2,5-1 : 3.

Однако в наклонных пучках такие сложные компоненты не дают преимущества перед простыми, так как некоторые аберрации третьего порядка (кривизна, астигматизм, иногда дисторсия) остаются неустранимыми.

В качестве компонентов можно использовать и сложные объективы, применяемые для фотографии, проекции. Это необходимо в тех случаях, когда компоненты должны обладать хорошим качеством изображения для больших углов поля зрения. Фотографические объективы обладают углами поля, доходящими до 120-140° (и до 200-210°), при относительных отверстиях, достигающих 1 : 6-1 : 2; при меньших углах поля относительное отверстие растет по эмпирическому закону, согласно которому при постоянном фокусном расстоянии произведение линейного поля на синус апертурного угла есть величина постоянная.

Д. С. Волосовым в его докторской диссертации была предложена эмпирическая формула типа 1/tg Wi sin со = с, где / - фокусное расстояниеобъектива; 2wi - угол поля зрения в пространстве предметов; со - апертурный угол в пространстве изображения (предмет предполагается на бесконечности). Коэффициенте, зависящий в какой-то степени от сложности объектива н от. некоторых его свойств, например отношения величины заднего отрезка к фокусному расстоянию, дисторсии систем и т. д., равен приблизительно 0,8. При этом качество изображения соответствует разрешающай силе наиболее часто применяемых светочувствительных слоев, т. е. порядка 70-100 линий на миллиметр. При малых углах поля зрения, не превышающих 2-4°, можно применять системы типа однокомпонентных, толщина которых мала по сравнению с фокусным расстоянием. У таких систем, 1ак правило, третья сумма близка к единице, а четвертая -



к о 7 Относительное отверстие их может быть велико, достигая 1:2-1:1,5.

При углах Б пределах 3-10 пригодны двухкомпонентные системы типа телеобъективов, в которых второй компонент, расположенный приблизительно посередине между первым компонентом и фокусом, обладает отрицательной силой и большой толщиной, благодаря чему исправляет и Sjy всего объектива. У таких объективов относительное отверстие, даже при сложном многолинзовом первом компоненте, не превышает 1 : 2. Эта задача также может быть решена с помощью двух положительных компонентов, расставленных на сравнительно большое расстояние друг от друга. Весь объектив может быть исправлен в отношении первых трех сумм, но сумма Sjy велика и превышает обычно единицу. Поэтому для уменьшения кривизны придают Sm отрицательное значение (до -0,3); из-за астигматизма угол поля не может превысить 8-10°, а относительное отверстие может быть близким 1:1. Этот тип объектива был предложен Пецвалем более ста лет назад; его конструкция позволяла при относительном отверстии 1 : 3,5 добиться угла поля, близкого к 25° (при посредственном качестве изображения на краю поля).

Углы поля, превышающие 20-25°, требуют применения уЖе трех компонентов; в простейшем случае в качестве компонентов могут служить простые линзы (триплет). Этот объектив дает относительные отверстия до 1 : 3 при угле поля зрения 45-50°.

Для больших углов существует бесчисленное количество конструкций, в основном исходящих из триплета с отдельными усложненными компонентами, и существенным параметром в них является толщина. Такие объективы («Юпитеры») позволяют при относительных отверстиях 1:2-1:1,5 добиться углов поля до 40-45°.

Такие же результаты можно получить с конструкциями типа Планар - почти симметричные комбинации, каждая половина которых состоит из одной простой линзы и двухлинзового склеенного компонента.

При углах поля, превышающих 60°, применяются почти исклю-• чительно симметричные и близкие к симметричным конструкции.

Существует большое разнообразие широкоугольных объективов с различными значениями угла поля и относительного отвер- стия (от 60 до 120-140°, причем относительное отверстие падает от 1 :4 до 1 :30. Среди них отметим объективы М. М. Русинова с далеко расставленными отрицательными компонентами по краям. Объективы этого типа обладают тем свойством, что падение освещенности плоскости изображения происходит медленнее, чем по классическому закону cos* w.

Если исправление дисторсии не требуется, можно использовать конструкцию, предложенную Гиллем для исследования неба, состоящую из большого и сильного отрицательного компонента,


Рнс. V.12

на сравнительно большом расстоянии от которого стоит положительный сложный компонент, собирающий световые пучки в плоскости изображения. Эти объективы позволяют получить углы поля до 200° при значительном относительном отверстии (до 1 : 6), но дисторсия очень велика. Расстояние изображения точки от оси определяется законом у = fw, (вместо обычного и = = / tg Wl).

При необходимости наблюдать или фотографировать область, угол поля зрения которой превышает я, можно использовать схему, показаннуюна рис. V.12, согласно которой выпуклое сферическое зеркало О, перехватывает лучи, идущие из правой части поля, и передает их на положительный компонент 0,, образующий действительное изображение неба. Такие системы могут обладать громадной светосилой (до 1 :2 и 1 : 1), но масштаб изображения, т. е. фокусное расстояние объектива, весьма мал (десяток миллиметров), несмотря на значительные диаметр зеркала (50 см и более) и длину системы (1 л< и более). Комбинации, состоящие из двух компонентов - одного отрицательного и другого положительного (иногда их называют «обратными» телеобъективами), - обладают значительным свободным расстоянием, что может представить большой интерес; но при этом намного увеличивается длина объектива.

В тех случаях, когда нужно получить большой масштаб изображения при небольших размерах (длине) системы, можно использовать телеобъективы, состоящие из двух компонентов - положительного и отрицательного - разделенных воздушным промежутком. При такой схеме длина системы, отсчитанная от первой линзы объектива до фокуса, короче фокусного расстояния. Однако полученное укорочение не может быть доведено до значительных величин. Этому препятствуют вторичный спектр системы и пец-валева кривизна, принимающая отрицательное значение; при Хорошем исправлении аберраций общая длина системы (до изоб-ражения) составляет около 0,8/. При большем укорочении при-:Ходится жертвовать относительным отверстием и углом поля Зрения.

г Окуляры

Обязательным завершением любой зрительной трубы является ,окуляр. Условия работы окуляров значительно отличаются от .баковых для других частей зрительной трубы, по крайней мере,



в большинстве встречающихся на практике случаев. При общем с объективом относительном отверстии окуляры обладают значительно большим углом поля зрения, лежащим в пределах 50- 100°. С другой .стороны, малые значения фокусных расстояний окуляров позволяют не обращать внимания на некоторые аберрации, например сферическую и хроматическую (положения), если в фокальной плоскости окуляра нет сетки. В противном случае обе эти аберрации должны быть исправлены.

Окуляр типа Галилея применяется либо с выходным зрачком за окуляром (бинокли, некоторые трубы морских инструментов), либо с выходным зрачком между объективом и окуляром (случай добавочных телескопических систем с небольшим увеличением или уменьшением, которые можно включить перед основной си-


Рис. V.13

Рис. V.14

стемой для изменения ее увеличения). В первом случае поле зрения окуляра весьма мало; если оно не превосходит 15-20, то вполне применима простая линза. Во втором случае угол поля может быть больше, но хроматическая аберрация увеличений принимает слишком заметное значение, и окуляр приходится составлять из двух или лучше трех склеенных линз.

Среди окуляров с положительным фокусным расстоянием одним из самых простых является окуляр Рамсдена, состоящий из двух плоско-выпуклых линз (рис. V.13), обращенных друг к другу выпуклыми поверхностями. Передний фокус находится впереди первой линзы коллектива. Так как линзы простые, окуляр практически не обладает аберрациями высших порядков и его аберрации с большой точностью могут быть определены на основании формул Зейделя для третьего порядка. У него могут быть вполне исправлены кома и астигматизм; кривизна поля в общем не хуже, чем у более сложных окуляров, но довольно большая хроматическая разность увеличений (порядка 1 % для лучей, соответствующих длинам волн 656 и 486 мкм) ограничивает поле зрения, которое не может превышать 40°.

Окуляр Гюйгенса (рис. V.14) состоит из двух плоско-выпуклых линз, обращенных плоскостями к глазу. Передняя фокальная плоскость находится между линзами; как и для окуляра Рамсдена, аберрации могут быть определены при помощи формул для третьего порядка. По сравнению с окуляром Рамсдена этот окуляр несколько лучше в отношении хроматизма увеличений, но имеет в 2-3 раза большую сферическую аберрацию. Недостаток обоих

окуляров - близость выходного зрачка к глазной линзе; расстояние х = LP (рис. V.13 и V.14) равно приблизительно Vg фокусного расстояния окуляра, если в нем хорошо исправлены кома и астигматизм. Так как глаз не может быть помещен ближе 8-10 мм от последней поверхности окуляра, то нельзя применять окуляры Гюйгенса и Рамсдена с малыми фокусными расстояниями. При фокусном расстоянии меньше 1520 мм наблюдения затрудняются, так как глаз не охватывает одновременно всего поля зрения.


l

Рис. V.15

Рис. V.16

1 / из---

Рис. V.17

Окуляр симметричный (рис. V.15) состоит из двух одинаковых двухлинзовых склеенных компонентов. Присутствие склеенных линз позволяет значительно улучшить аберрации на оси (хроматическую и сферическую). Хроматизм увеличений может быть совершенно устранен. Для поля не более 40° изображение довольно плоско и анастигматично, но наличие поверхностей склейки с крутыми радиусами вызывает появление аберраций высших порядков в наклонных пучках, вследствие чего качество изображения, даваемого окуляром при полях более 40°, весьма быстро ухудшается. Преимуществом этого типа окуляра является большое расстояние выходного зрачка от последней поверхности (немногим меньше фокусного расстояния окуляра). Кроме того, аберрация в зрачках, т. е. изменение

положения точки Р (пересечения луча с осью при различных углах поля зрения), очень мала. Этот тип окуляра наиболее применим при малых фокусных расстояниях (до 7-5 мм).

Окуляр «ортоскопический» (рис. V. 16) состоит из двух частей: тройного склеенного компонента и стоящей вплотную к нему простой плоско-выпуклой линзы, обращенной плоскостью к глазу. По своим свойствам этот окуляр весьма близок к симметричному; поле зрения его не превышает 40°. От других окуляров он отличается тем, что дисторсия его может быть исправлена в несколько большей степени, что дало повод назвать его ортоскопическим.

Окуляр Кельнера (рис.V. 17) отличается от окуляра Рамсдена тем, что первая поверхность коллектива у него не обязательно плоская, а глазная линза состоит из двух склеенных стекол. Благодаря этому аберрации на оси исправлены лучше, чем у окуляра Рамсдена; хроматическая разность увеличений меньше, хотя все-таки достигает 0,5%. Выходной зрачок окуляра



(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) ( 54 ) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68)