Композиция оптических систем. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989.—383 е.: ил. ISBN 5-217-00546-7
В книге рассмотрены вопросы рационального выбора исходных конструктивных оптических систем, основанного на сочетании оптических элементов и узлов с известными свойствами. Даны основные теоретические сведения из геометрической оптики применительно к большим полям зрения и апертурам, рассмотрены свойства отдельных элементов и узлов. Приведены примеры композиции оптических систем различного назначения.
Книга предназначена для инженеров, занимающихся разработкой и расчетом оптических приборов. Она может быть полезна для преподавателей и студентов оптико-механических специальностей вузов.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Разработка оптических систем является одной из специфических областей проектирования приборов. Для нее характерны некоторые особенности. Одна из таких особенностей — обеспечение требуемого качества изображения. В большинстве случаев это требование сводится к задаче устранения ряда аберраций, так или иначе разрушающих изображение.
В связи с этим возникает необходимость оценки качества изображения проектируемой оптической системы, что осуществляется : посредством расчета хода ряда лучей, входящих в оптическую I систему, и определения взаимного расположения этих лучей на I изображении. Подобная «геометрическая» оценка качества изобра-I жения в большинстве случаев достаточно убедительна и может быть iв дальнейшем дополнена учетом явлений, определяемых волновой
природой света.
Однако точные формулы для расчета хода лучей достаточно громоздки. Поэтому при разработке оптических систем необходимо проводить трудоемкие вычислительные работы. Первоначально нередко приходилось изготавливать те или иные оптические системы и путем последовательного их изменения достигать требуемого качества изображения.
Совершенно очевидно, что таким способом могли создаваться лишь сравнительно несложные оптические системы, состоявшие из двух-трех линз, например объективы зрительных труб и простейшие окуляры из тонких линз, разделенных воздушными промежутками.
Для того чтобы избежать такого экспериментального метода проб, необходимо было упростить математическое определение качества изображения. Это удалось осуществить путем отказа от использования точных формул для определения хода лучей и замены их приближенными формулами, построенными на допущении малости углов лучей с осью системы. Была создана так называемая теория аберраций третьего порядка, позволившая составить приближенные уравнения для всех элементарных аберраций. Решение подобных уравнений для сравнительно простых оптических систем, состоявших из тонких линз, при не очень вы-"---- " ^^пок-тйпиотикам оптической системы при-
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Часть 1
ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Глава 1. Исторические этапы развития оптических систем -Глава 2. Формулы солинейного сродства ........
2.1. Формулы увеличений.................
2.2. Совокупность двух систем. Телескопическая система
2.3. Увеличения в сагиттальной плоскости.........
2.4. Меридиональные и сагиттальные увеличения при наличии дисторсии ......................
2.5. Изображение элемента предмета, расположенного на оси системы, широким пучком лучей ...........
2.6. Изменение дисторсии при изменении положения предмета
2.7. Изменение кривизны поля при изменении положения предмета .........................
Тлава 3. Оптика Гаусса......................
3.1. Вывод меридионального инварианта для сферической преломляющей поверхности ...............
3.2. Вывод сагиттального инварианта............
3.3. Определение узловых точек и фокусных расстояний для сферической преломляющей поверхности. Инвариант Штрау-беля.........................
.Глава 4. Апланатизм.......................
4.1. Апланатическая сферическая поверхность ........
4.2. Инвариант меридиональной комы...........
4.3. Инвариант сагиттальной комы ............
4.4 Условие синусов Аббе. Условие Штебле—Лихотского 4.5. Условие Игнатовского................
Тлава 5. Несферические поверхности................
5.1. Несферические поверхности второго порядкл......
5.2. Коррекционная пластинка Шмидта ..........
5.3. Малые деформации сферической поверхности......
5.4. Влияние малых деформаций на аберрации оптической системы в зависимости от расположения деформированной поверхности между зрачком и изображением......
5.5. Малые деформации сферической поверхности, концентричной к зрачку................... .
5.6. Несферические поверхности с эвольвентным профилем
380
Глава 6. Хроматизм........................ 69
6.1. Оптические материалы. Коэффициент дисперсии .... —
6.2. Хроматизм положения и увеличения. Хроматизм в зрачке 72
6.3. Изменение хроматизма при изменении положения предмета 74
6.4. Хроматическая дисторсия............... 77
6.5. Хроматический астигматизм.............. 78
6.6. Изменение хроматизма положения тонкой линзы при изменении увеличения ................. 79
6.7. Хроматизм плоскопараллельной пластинки ..... 80
6.8. Сферохроматизм.................... —
6.9. Вторичный спектр. Апохроматизация системы из двух тонких соприкасающихся линз ............ 82
Глава 7. Ограничение пучков лучей................. 85
7.1. Геометричеекое виньетирование и экранирование .... —
7.2. Аберрационное виньетирование............ 93
7.3. Определение аберрационного виньетирования ..... 94
7.4. Связь аберрационного виньетирования с дисторсией . . 97
Глава 8. Светораспределение .................... 99
8.1. Световая трубка и общее выражение для светораспределе-
ния......................... —
8.2. Влияние дисторсии на Светораспределение....... 103
Глава 9. Работа сферической преломляющей поверхности ...... 106
9.1. Сферическая аберрация................ —
9.2. Изменение сферической аберрации в зависимости от изменения положения предмета . .............. 110
9.3. Сферическая аберрация плоской поверхности ..... 116
9.4. Астигматизм сферической поверхности......... 117
9.5. Меридиональная кома сферической поверхности .... 118
9.6. Астигматизм конфокальной поверхности ....... 119
Глава 10. Симметричные и пропорциональные системы........ 121
10.1. Дисторсия симметричных и пропорциональных систем —
10.2. Астигматизм симметричных и пропорциональных систем 124
10.3. Исправление комы в симметричных и пропорциональных системах....................... 126
Часть 2
ПРИМЕРЫ КОМПОЗИЦИИ НЕКОТОРЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Глава 11. Базовые оптические системы ............... 132
11.1. Принятые обозначения................ —
11.2. Базовые линзы ................... 134
11.3. Двухлинзовые базовые системы ........... 138
11.4. Симметричные базовые системы .......... 141
Глава 12. Коррскционно-силовые элементы.............. 143
12.1. Концентричная линза........:....... —
12.2. Биапланатическая линза............... 146
12.3. Конфокально-апланатическая линзэ ........ 148
12.4. Линза Смита ...................• 149
Глава 13. Линзы ......................... 150
13.1. Анастигматические линзы............... —
13.2. Телеанастигматические линзы............ 151
13.3. Кома телеанастигматических линз........... 156
13.4. Тонкая линза, совмещенная со зрачком ........ 156
13.5. Мениски..................... . 159
Глава 14. Коррекционные элементы с малой оптической силой .... 161
14.1. Работа склеенной поверхности............ —
14.2. Влияние склеенной поверхности на сферическую аберрацию ....................... 168
14.3. Работа тонкой воздушной прослойки......... 169
Глава 15. Компенсаторы .......•............... 175
15.1. Деформированная плоскопараллельная пластинка ... —
15.2. Двухлинзовый и трехлинзовый несклеенные компенсаторы 178
15.3. Компенсатор В. Н. Чуриловского ......... 181
15.4. Хроматические склеенные компенсаторы ....... 182
Глава 16. Тонкий компонент .................... 184
16.1. Сферическая аберрация тонкого компонента...... '—
16.2. Работа поверхности склейки в качестве коррекционного элемента в тонком компоненте............ 187
16.3. Две склеенные поверхности.............. 190
16.4. Использование малых деформаций для устранения неэлементарной сферической аберрации в тонком двухлин-зовом компоненте.................. 195
'лава 17. Оптические системы с вынесенным вперед зрачком..... 196
17.1. Особенности работы окуляров............ —
17.2. Простейшие окуляры ................ 197
17.3. Усложненные окуляры............... 202
17.4. Окуляры с большим удалением выходного зрачка . . . 204
17.5. Широкоугольные окуляры.............. 208
17.6. Перефокусировка окуляра.............. 210
Глава 18. Объективы, построенные на сочетании тонкого компонента с
конфокальной поверхностью и на основе концентричной лиизы 213
18.1. Совокупность тонкого компонента с конфокальной поверхностью ..................... —
18.2. Фотографические объективы с использованием конфокальной поверхности.................... 214
18.3. Объективы, построенные на основе концентричной линзы 217
Глава 19. Симметричные объективы................. 222
19.1. Двухлинзовые объективы .............. —
19.2. Меридиональная сферическая аберрация анастигматических менисков при дальнем и ближнем положении входного зрачка..................... 227
19.3. Астигматизм склеенной поверхности.......... 233
19.4. Двойные четырехлинзовые анастигматы........ 240
19.5. Объективы типа плазмат............... 243
Глава 20. Широкоугольные объективы................ 245
20.1. Общие сведения................... —
20.2. Широкоугольные объективы с положительным аберрационным виньетированием............... 247
20.3. Особо широкоугольные объективы .......... 252
20.4. Объективы с большой отрицательной дисторсией . . . 255
Глава 21. Гидросъемочные объективы................ 257
21.1. Иллюминаторы.................... —
21.2. Телеконцентрические переходные системы....... 260
382
21.3. Гидросъемочные объективы, построенные из воздушных
линз ........................ 264
21.4. Гидросъемочные объективы с передними отрицательными линзами менискообразной формы........... 267
21.5. Гидросъемочные объективы с использованием изоплана-тических линз.................... 268
21.6. Гидросъемочные объективы с использованием эллиптических поверхностей................. 269
Глава 22. Зеркально-линзовые системы................ 274
22.1. Система Шмидта................... —
22.2. Зеркало, совмещенное с входным зрачком ...... 278
22.3. Совокупность сферического зеркала с толстой плоскопараллельной пластинкой................ 279
22.4. Двухзеркальные системы............... 283
Глава 23. Микрообъективы ..................... 285
23.1. Разрешение микрообъективов............. —
23.2. Сильные микрообъективы .............. 288
23.3. Микрообъективы планахроматы ........... 292
23.4. Микрообъективы с фронтальными конфокальными линзами ........................ 295
23.5. Об исправлении хроматизма в микрообъективах .... 302
23.6. Зеркальные и зеркально-линзовые микрообъективы . . 305
Глава 24. Телескопические системы.................. 309
24.1. Общие свойства телескопических систем ....... —
24.2. Простые зрительные трубы ............. 312
24.3. Трубы с внутренней фокусировкой.......... 315
24.4. Геодезическая труба с прямым изображением..... 316
24.5. Бинокли с линзовой оборачивающей системой .... 317
24.6. Галилеевские системы................ 319
24.7. Перископы и цистоскопы .............. 324
24.8. Зеркально-линзовые телескопические системы..... 328
24.9. Панкратические системы............... 331
Глава 25. Нетрадиционные конструктивные элементы......... 334
25.1. Линзы Френеля................... —
25.2. Градиентная оптика................. 347
25.3. Волоконная оптика ................. 350
26.4. Фоконы....................... 353
Глава 26. Нецентрированные оптические системы........... 354
26.1. Нецентрированные аберрации............ —
26.2. Дисторсия при малых нарушениях центрировки оптической системы.................... 360
26.3. Кома и астигматизм нецентрированной системы..... 363
26.4. Инварианты наклонов меридионального и сагиттального изображений..................... 372
26.5. Зеркальные нецентрированные системы без экранирования , ....................... 375
Список литературы......................... 379
Цена: 300руб.
