В учебном пособии изложены основные представления, понятия и законы геометрической оптики, необходимые для обоснования получения изображений. Обосновано устройство ряда оптических деталей, составляющих оптические системы. Рассмотрена теория основных видов оптических систем (телескопических, микроскопа, фотографических объективов и проекционных систем), а также некоторых специальных оптических систем (осветительных, телевизионных, фотоэлектрических и анаморфотных).
Учебное пособие, написанное в соответствии с программой курса «Теория оптических систем», предназначено для студентов, изучающих теоретические основы устройства оптических систем и может быть полезным инженерно-техническим работникам оптической промышленности и научно-исследовательских институтов. Табл. 15. Ил. 276. Список лит. 28 назв.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Многообразие существующих оптических приборов, в том числе и приборов квантовой электроники, голографии, трансформирования оптических изображений, телевидения, высокоскоростной фотографии, не позволяет строить учебный курс по типам приборов, так как такое построение было бы громоздким.
Действие многих сложных оптических систем можно расчленить и представить в виде взаимодействия отдельных оптических частей, отличающихся расположением предмета и изображения. На такой же основе построено и изложение учебного материала, которое соответствует классическому делению оптики на оптические системы телескопов, микроскопов, фотографических объективов и проекционной аппаратуры. Несмотря на многообразие современных оптических систем, они обязательно соответствуют перечисленным основным четырем видам оптических систем по признаку положения предмета и изображения.
В пособии кратко и последовательно изложены теоретические основы и принципы устройства оптических систем.
В задачу учебного курса теории оптических систем входит: научить правильно устанавливать оптические характеристики оптического прибора, выполнять свето-энергетический и габаритный расчеты оптических систем, подбирать оптические узлы, составляющие оптическую систему, и вычислять аберрации оптической системы, заданной радиусами кривизны, толщинами линз и воздушными промежутками, а также оптическими константами стекол.
Теория оптических систем основана на геометрических понятиях, поэтому ее часто называют геометрической оптикой.
Геометрическую оптику можно условно разделить на две части: на собственно геометрическую оптику, в кото-
рой излагаются основные законы, понятия и представления, включая учение об аберрациях, и на теорию оптических систем, в которой используются теоретические положения геометрической оптики для создания геометрической теории различных видов оптических систем. Аберрационная коррекция оптических систем является основным содержанием учебного курса — аберрационного расчета оптических систем, изучаемого студентами после освоения курса теории оптических систем.
Физические основы оптического излучения учитываются при создании оптических систем, поэтому изучению курса теории оптических систем предшествует прохождение учебного курса физической оптики.
Одним из центральных понятий курса «Теория оптических систем» является понятие о свете. Авторы пособия под понятием «свет» подразумевали оптическое излучение в оптическом диапазоне спектра, т._ е. электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от 0,01 нм до 1 см. Свет, оптическое излучение, поток излучения являются идентичными понятиями, световой же поток или видимое излучение приняты как понятия, относящиеся к области спектра с длинами волн от 380 до 770 нм.
Авторы просят читателей присылать критические замечания и пожелания по адресу: Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., 3, издательство «Машиностроение».
ВВЕДЕНИЕ
Оптической системой называют совокупность оптических деталей: линз, призм, зеркал, плоскопараллельных пластин, клиньев и т. п., предназначенную для формирования пучков световых лучей. Теория оптических систем занимается как теорией отдельных деталей, так и теорией их совокупности. Эти детали составляют оптическую часть прибора, поэтому иногда теорию оптических систем называют теорией оптических приборов.
Приборами являются устройства, обеспечивающие наблюдение, измерение, контроль, вычисления, регистрацию, регулирование, управление, защиту, блокировку и т. п. Прибор как измерительное устройство расширяет границы наших познаний. Прибор позволяет непосредственно наблюдать новые явления, устанавливать закономерности и затем от абстрактного мышления переходить к практике, к познанию объективной реальности. Приборы, основанные на использовании каких-либо явлений или свойств света, являются оптическими.
В различных отраслях техники применяются разнообразные оптические приборы, например: микроскоп и телескоп, киноаппарат и диаскоп, интерферометр и фотометр и т. д. и т. п. В этих приборах оптические системы могут выполнять различные функции — основные или вспомогательные.
Если, все оптические системы классифицировать по принципу положения предмета и изображения, то легко обнаружить, что любую сложную оптическую систему можно расчленить на четыре вида, традиционные наименования которых сложились исторически:
1) зрительная труба, предмет и изображение расположены в бесконечности;
2) микроскоп, предмет находится на конечном расстоянии от системы, а изображение — в бесконечности;
3) объектив, предмет расположен в бесконечности, а изображение — на конечном расстоянии;
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ....................... 3
Введение......................... 5
Глава I. Основные понятия и законы геометрической оптики 9
1. Основные положения (9). 2. Предмет и.его изображение (13). 3. Реальная оптическая система (15). 4. Правила знаков (19). 5. Линейное увеличение (22)
Глава II. Оптическое излучение.............. 23
6. Спектр электромагнитных колебаний и оптическое излучение (23). 7. Энергетические и фотометрические величины и единицы их измерений (25)
Глава HI. Оптические среды................ 40
8. Материалы оптических деталей (40). 9. Оптические постоянные (42). 10. Физико-химические свойства оптических сред (50)
Глава IV. Прохождение излучения через оптические среды 52
11. Потери света на отоажрниа /зд» •« "
.-..„..„.тдсиие излучения через оптические средь
I. Потери света на отражение (52). 12. Прозрачность оптических сред (55). 13. Определение потерь света (56) Глава V. Преломление лучей..........,..... 6j
14. Преломление луча плоской поверхностью (61). 15. Преломление луча сферической поверхностью (63). 16. Преломление луча несферической поверхностью (65). 17. Преломление луча плоскопараллельной пластинкой (69). 18. Преломление луча призмой (72)
Глава VI. Отражение лучей ................ 76
19. Отражение от плоской поверхности (76). 20. Отражение от сферических поверхностей (78). 21. Отражение . от несферических поверхностей (80)
Глава VII. Оптика параксиальных и нулевых лучей .... 22. Вычисление хода параксиальных лучей через оптическую систему (83). 23. .Фокусы, главные плоскости, фокусные расстояния и фокальные плоскости (85]
83 (85)
485
24. Вычисление хода нулевых лучей через оптическую систему (89). 25. Инвариант Гюйгенса—Гельмгольца (93). 26. Формулы линз (96)
Глава VIII. Свойства идеальной оптической системы .... 27. Идеальная оптическая система (101). 28. Зависимости между положениями предмета и изображения (102). 29. Бесконечно тонкая" система (104). 30. Угловое увеличение (105). 31. Продольное увеличение (106). 32. Построение изображений (108). 33. Вычисление хода луча через идеальную систему (111). 34. Оптические системы из нескольких компонентов (112). 35. Изображения наклонных плоскостей предметов (117)
Г-лава IX. Ограничение пучков лучей...........,
36. Апертурная диафрагма (120). 37. Виньетирование (123). 'tj 38. Входной и выходной зрачки (126). 39. Полевая J диафрагма (128) . • .
Глава X'. Монохроматические аберрации.......... 13(
40. Образование точечного изображения (130). 41. Сферическая аберрация (134). 42. Волновая аберрация (138) 43. Отступление от закона синусов (142). 44. Апланати- . ческие точки и поверхности (145). 45. Условие изопла-назии (148). 46. Кома (149). 47. Астигматизм (153). 48. Кривизна поля изображения (155). 49. Дистор-сия (157)
Глава XI- Хроматические аберрации ............ 16
50. Хроматизм положения (162). 51. Вторичный спектр (165). 52. Сферохроматическая аберрация (166). 53. Хро- . матизм увеличения (167) 54. Хроматическая аберрация наклонного пучка лучей (168)
Глава XII. Вычисление хода лучей........... . . 1"
55. Вычисление хода меридиональных лучей (170). 56. Вычисление хода лучей через систему плоских поверхностей преломляющих призм (173). 57. Вычисление хода луча • ;•; через систему отражающих сферических поверх-ностей (178). 58. Вычисление хода луча через кособокую ',,-оптическую систему (180) . .
Глава XIII. Основные характеристики оптических систем . . 1 59. Масштаб изображения (184). 60. Светосила (186). 61. Освещенность изображения в зависимости от линейного увеличения в зрачках (187). 62. Освещенность рО полю ;".,. изображения (189). 63. Поле зрения (191). 64. Разрешаю- ; щая способность (192). 65. Частотно-контрастная харак-теристика (193) .^.
Глава XIV. Детали и узлы оптических систем
~ ~ *~~ ----*—• • » /1ГЛЛ
66. Л„»Ы (196). 67. П~е,ы. »™ ^"Д™",
ftSSsssanr^Siiss
раллельные пластинки (219). 73. Плоские зеи
74. Светофильтры (223). 75. Отражательные призмы (225). 76. Обратные отражатели (232). 77. Разделительные призмы (234). 78. Клинья (237). 79. Преломляющие призмы (240). 80. Светопроводы и волоконная оптика (242). 81. Аксиконы' (245). 82. Оптические растры (248)
Глава XV. Глаз человека как оптическая система и приемник
света..................... 252
83. Устройство глаза (252). 84. Основные характеристики глаза как оптической системы (254). 85. Недостатки глаза (261)
Глава XVI. Фотографический объектив ........... 264
86. Основные характеристики объектива (264). 87. Глубина изображаемого пространства (267). 88. Глубина 1 резкости (271). 89. Определение выдержки при фотогра-
фировании (273). 90. Передача перспективы фотогра-t, фическим объективом (275). 91. Оценка качества изображения объектива (278). 92. Основные виды объективов (285). 93. Телеобъективы (286). 94. Реверсивные телеобъективы (290). 95. Зеркальные и зеркально-линзовые объективы (293). 96. Дисторзирующие объективы, (297). 97. Концентрические объективы (299). 98. Панкратические объективы (300)
Главе XVII. Осветительные системы ............ 305
, 99. Назначение и виды осветительных систем (305). 100. Оп-? тические системы прожекторов (307). 101. Зеркальные
| осветительные системы (311). 102. Линзовые конден-
$ соры (315)
и Глава XVIII. Микроскоп.................. 318
?
;':'•• 103. Лупа и ее оптические характеристики (318). 104. Тео-' рия оптической системы микроскопа (322). 105. Разре-
шающая способность и полезное увеличение микро-;; скопа (328). 106. Оптические части микроскопов (330)
Глава XIX. Телескопические системы,............ 341
107. Теория телескопической системы (341^. 108. Разре-,.; шающая способность и полезное увеличение (346).-109. Про-, стые зрительные трубы <349). 110. Габаритный расчет теле-
скопической системы (352). 11.1. Призменные зрительные трубы (356). 112. Оптическая система земной зрительной трубы (359). 113. Перескопическая телескопическая система (365). 114. Телескопические системы переменного увеличения (368). 115. Панкратическая телескопическая система (374). 116. Афокальные насадки к оптическим квантовым генераторам (ОКГ) (379). 117. Оптическая система зрительной трубы ночного видения (383). 118. Стереоскопические телескопические системы (386). 119. Зрительные трубы с внутренней фокусировкой (389). 120. Астрономические телескопы (392)
487
Глава XX. Проекционные системы............. 397
121. Виды и особенности проекции (397). 122. Эпископи-ческая проекционная система (400). 123. Диаскопическая проекционная система (402). 124. Габаритный и светоэнер-гетический расчет проекционного устройства с зеркальной осветительной системой (406)
Глава XXI. Телевизионные оптические устройства ..... 410
125. Основные параметры телевизионного изображения (410)
126. Оптические характеристики передающих телевизионных трубок (416). 127. Оптические характеристики приемных телевизионных трубок (420). 128. Объективы для передающих телевизионных камер (422). 129. Телевизионная оптическая система с бегущим лучом (429). 130. Оптические телевизионные системы с оптическим квантовым генератором (432)
Глава XXII. Фотоэлектрические оптические устройства . . . 436
131. Особенности устройств (436). 132. Основные виды фотоэлектрических оптических устройств (439). 133. Оптические характеристики приемников излучения (444). 134. Основы светоэнергетического расчета (451). 135. Габаритный расчет фотоэлектрических оптических систем (461)
Глава XXIII. Оптические системы двоякой симметрии .... 467
136. Характеристика трансформированного изображения (467). 137. Теория цилиндрического объектива-анамор-фота (470). 138. Теория сферо-цилиндрического объектива-анаморфота (471). 139. Теория цилиндрической афокальной насадки (474). 140. Призменные афокальные панкратичес-кие насадки (480)
Список литературы.................... 483
Бегунов Борис Николаевич, Заказнов Николай Петрович
Цена: 300руб.
