книги из ГПНТБ / Чуриловский В.Н. Общая теория оптических приборов

В. Н. ЧУРИЛОВСКИЙ

ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

М АШ ГИЗ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

М О С К В А I960 Л Е Н И Н Г Р А Д .

В книге рассмотрены основные свойства оптических приборов и изложены методы их конструирования. Раз­ бираются вопросы ограничения пучков лучей в опти­ ческих приборах, передачи перспективы, а также работа прибора совместно с глазом человека.

Книга предназначается для лиц, работающих в области оптического приборостроения, а также может быть полезна для фотолюбителей, кинолюбителей и для лиц, по роду своей деятельности, связанных с работой различных опти­ ческих приборов.

a s "

""fo e . 1ЧУ6 ЛИЧ*

НАУЧНО-ТЕХНИЧ1 15 1 ^ бо 6И6ЛИОТ&МА t

A L

Рецензент инж. Г. Е. Скворцов

Редактор канд. техн. наук доц. Л. В. Романова

ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ МАШГИЗА

Редакция литературы по конструированию и эксплуатации машин

Заведующий редакцией инж. Ф ^И . Фетисов

ВВЕДЕНИЕ

Решения XXI съезда КПСС открывают перспективу нового небы­ валого развития отечественной оптической промышленности на пред­ стоящий семилетний период. За эти годы будет создано множество новых совершенных оптических приборов, столь необходимых для планомерного и быстрого развития науки и техники нашей страны.

Перспективы необычайного роста оптической промышленности и широкое применение оптических приборов в различных областях настоятельно требуют распространения оптических знаний среди широких слоев населения. В первую очередь необходимо дать им основные сведения о теории оптических приборов.

Теория оптических приборов — это техническая наука о рацио­ нальном расчете и проектировании оптических приборов. Общая теория оптических приборов составл-яет ту часть этой науки, в кото­ рой излагаются общие свойства оптических приборов и содержатся основные понятия, положения и формулы, необходимые для пра­ вильного и ясного понимания действия оптических приборов и лежа­ щие в основе их рационального проектирования.

Излагая в настоящей книге лишь общие свойства, присущие различным оптическим приборам, автор не затрагивает здесь специ­ фических особенностей отдельных групп оптических приборов, например, микроскопов, фотографических аппаратов, зрительных труб и т. д. Изучению каждой такой группы приборов должна быть посвящена отдельная монография.

Настоящая работа написана с той целью, чтобы дать читателю, не имеющему специальной подготовки, некоторые сведения, облег­ чающие в дальнейшем изучение методов расчета и конструирова­ ния отдельных конкретных групп оптических приборов, а также и чтение специальной литературы.

Предлагаемая книга содержит три основных раздела: «Ограни­ чение пучков лучей в оптических приборах», «Оптический прибор, как передатчик световой энергии» и «Работа оптического прибора совместно с глазом человека». Кроме того, автор счел целесообраз­

Например, если маленький предмет рассматривать через лупу (увеличительное стекло), то лупа работает совместно с глазом. Также совместно с глазом работают бинокль, зрительная труба, микроскоп. Все приборы такого рода называются. визуальными приборами. Но существуют приборы, которые работают не с глазом, а с фото­ графической пластинкой или пленкой; изображение в этом случае фиксируется на фотослое, как это происходит, например, в любой фотографической камере. Однако и во втором случае снимок, полу­ ченный при помощи такого прибора, в конечном счете рассматри­ вается глазом наблюдателя. Поэтому и фотографические приборы, так же как и визуальные, обслуживают глаз, и возникает необходи­ мость выяснить, какие требования к оптическому прибору предъ­ являют специфические особенности строения глаза человека.

Для того чтобы правильно построить оптический прибор, нужно знать физиологию зрения человека. Поэтому здесь следует рассмо­ треть также вопросы, связанные с условиями совместной работы прибора и глаза.

В геометрической оптике считается, что перед оптическим при­ бором в пространстве предметов имеется плоскость, перпендикуляр­ ная к оптической оси, так называемая плоскость предметов. В про­ странстве изображения имеется сопряженная с нею плоскость— плоскость изображений.

Однако такие условия очень редко встречаются в реальной прак­ тике применения оптических приборов. Возьмем, например, зри­ тельную трубу. При рассматривании какого-нибудь ландшафта через зрительную трубу в поле зрения видны одновременно и очень близкие предметы, и очень далекие. Таким образом, в пространстве предметов предметы оказываются не лежащими в одной плоскости; они расположены совершенно произвольно, разбросаны по всему пространству. Однако в пространстве изображений всегда имеется некоторая поверхность, на которой это изображение улавливается. EcTecfвенно, что отсюда вытекают совершенно своеобразные условия восприятия пространства при помощи оптического прибора.

Г Л А В А I

КРАТКИЙ ОБЗОР АБЕРРАЦИЙ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

1.ХРОМАТИЧЕСКИЕ АБЕРРАЦИИ

Ксовременным оптическим приборам обычно предъявляются высокие требования в отношении качества изображения, которое должно быть резким по всему полю зрения, свободным от цветных каемок и неискаженным по форме. Нарушения этих требований, вызываемые некоторыми физическими свойствами оптических при­ боров, называются аберрациями. Различают семь основных абер­ раций, вызывающих ухудшение качества изображения.

Аберрации оптических приборов можно разбить на две группы: хроматические и монохроматические аберрации. К хроматическим аберрациям относятся две из них, а остальные пять — к монохро­ матическим аберрациям.

Хроматические аберрации следующие: хроматизм положения и хроматизм увеличения. Группу монохроматических аберраций принято разбивать на две подгруппы. К первой подгруппе относятся аберрации широкого пучка, а ко второй — полевые аберрации.

К аберрациям широкого пучка относятся две аберрации: сфери­ ческая и кома; остальные три — являются полевыми аберрациями: астигматизм, кривизна изображения и дисторсия (см. схему, стр. 8).

Сущность явления хроматических аберраций заключается в том, чдо при прохождении через преломляющую поверхность белый луч света разлагается в спектр благодаря известному свойству про­ зрачной среды разлагать проходящий свет на спектральные состав­ ляющие. Это свойство стекла и других прозрачных сред называется

дисперсией.

Известно, что чем короче длина волны света, проходящего через прозрачную среду, тем сильнее свет преломляется на границах этой среды. Таков общий закон, которому подчиняются все известные нам прозрачные среды, поэтому из какого бы материала не была изготовлена линза, можно ожидать, что после прохождения через нее лучи света разложатся в спектр и поэтому возникнет явление хроматизма.