Контрольні питання

1. Що називається полем оптичної системи?

2. В яких одиницях може вимірюватися поле оптичної системи?

3. Яка діафрагма називається польовою? Що таке вхідне та вихідне вікно оптичної системи?

4. Де розташовують польову діафрагму?

5. Чи є зв'язок між кутовими полями оптичної системи та її зіницями? Якщо так, то який?

6. Чи буде залежите діаметр польової діафрагми від місця її розташування при заданому полі оптичної системи?

7. Хід яких променів розглядається для визначення світлових діаметрів компонентів оптичної системи при заданому полі?

8. Польова діафрагма розташована у задній фокальній площині оптичної системи. Де буде знаходитися вхідне вікно?

4.3 Він’єтуюча діафрагма

Якщо пучки променів обмежуються тільки апертурною діафрагмою, то вони повністю проходять через вхідну зіницю, незалежно від того, з якої точки поля оптичної системи вони розповсюджуються (рис. 4.4 а).

Якщо існує діафрагма, що може обмежувати деякі похилі пучки променів, то через вхідну зіницю такі пучки будуть проходити не повністю. Як видно з рис. 4.4 б, діафрагма Д може затримувати частину променів, що розповсюджуються з деяких позаосьових точок поля оптичної системи. Таке затримання (зрізання) похилих пучків променів називається він’єтуванням, а сама діафрагма Д, на якій відбувається він’єтування – він’єнтуючою.

Рисунок 4.4 – Розповсюдження похилих пучків променів через оптичну систему: а – без обмежень; б – з частковим зрізанням (він’єнтуванням)

Він’єтуючоюназивається будь-яка матеріальна діафрагма, крім апертурної та польової, що обмежує пучки променів, які розповсюджуються з позаосьових точок предмета. Зазвичай, він’єтуючими діафрагмами в оптичних системах є оправи оптичних елементів.

Зображення він’єтуючоїдіафрагми, отримуване у зворотному ході променів через частину оптичної системи, що розташована перед нею, називаєтьсявхіднимвікном.

Зображення він’єтуючої діафрагми, отримуване у прямому ході променів через частину оптичної системи, що розташована за нею, називається вихіднимвікном.

Для різних пучків він’єнтування виявляється різним. Чим далі знаходиться точка від оптичної осі, тим більша частина променів, що розповсюджуються з цієї точки, буде затримана він’єтуючою діафрагмою. Внаслідок цього освітленість зображення буде зменшуватися від центру до країв.

На рис. 4.5 наведений приклад неоднакового він’єнтування похилих пучків променів, що розповсюджуються з різних точок предметної площини, та його вплив на освітленість зображення. Від точок, що розташовані в межах кола радіуса АВ, через оптичну систему проходять повні пучки променів, які опираються на усю вхідну зіницю (рис. 4.5 а), тобто для цих пучків він’єнтування немає. У результаті, зображення буде мати рівномірну максимальну освітленість у центрі в межах кола радіуса А′В′ (рис. 4.5 б). Усі інші пучки, що розповсюджуються з точок, які знаходяться за межами кола радіуса АВ, у тому чи іншому ступені будуть він’єнтуватися діафрагмою Д. Так, з точки С через оптичну систему пройде тільки половина пучка, і освітленість зображення в точці С′ буде у два рази меншою, ніж в точках від А′ до В′. Від точки Dв оптичну систему потрапить лише один промінь, тому освітленість зображення в точціD′ спаде до нуля. Таким чином, у результаті він’єнтування освітленість зображення плавно зменшується від максимального значення на межі кола радіуса А′В′ до нуля на межі кола радіуса А′D′ (рис. 4.5 б).

Рисунок 4.5 – Він’єтуюча діафрагма: а - схема дії; б – розподіл освітленості в площині зображення

Він’єтування характеризується коефіцієнтом геометричного він’єтування k_Q, який дорівнює відношенню площ перетинів похилого та осьового пучків променів з вхідною зіницею (рис. 4.6):

,

де Q_– площа діючого отвору вхідної зіниці для похилого пучка променів (діючий отвір вхідної зіниці – перетин пучка з вхідною зіницею);

Q₀– площа діючого отвору вхідної зіниці для осьового пучка променів (для випадку, що наведений на рис. 4.6, діючий отвір для осьового пучка співпадає з отвором вхідної зіниці).

Рисунок 4.6– До визначення коефіцієнта він’єнтування

Рисунок 4.7– Приклад отримання проекції діафрагми або її зображення на площину вхідної зіниці із центром проекції в позаосьовій точці

Як видно з виразу для визначення коефіцієнта геометричного він’єтування необхідно знати площу діючого отвору вхідної зіниці для похилого пучка променів. Для визначення площі діючого отвору вхідної зіниці необхідно:

1. Побудувати у зворотному ході променів зображення всіх діафрагм, розташованих усередині системи або за нею;

2. Спроекціювати отримані зображення та діафрагми, що знаходяться в просторі предметів перед оптичною системою, на площину вхідної зіниці із центром проекції в заданій позаосьовій точці (приклад, знаходження проекції наведений на рис. 4.7, Д1- діафрагма, що розташована перед оптичною системою, Д2′ та Д3′ – зображення діафрагм, що розташовані всередині та позаду оптичної системи);

3. Площа, що є загальною площею для всіх проекцій у площині вхідної зіниці, і буде площею діючого отвору вхідної зіниці для похилого пучка променів, що розповсюджується з вибраної позаосьової точки (на Рисунок 4.7 площа діючого отвору показана штриховкою).

Якщо предметна площина оптичної системи знаходиться в нескінченності, то проекціювання здійснюється прямими, паралельними головному променя.

Приблизно він’єтування може бути визначене через коефіцієнт лінійного він’єтуванняk_, який дорівнює відношенню розміру 2m(рис. 4.6) перетину похилого пучка у площині вхідної зіниці до діаметраDвхідної зіниці:

.

Зазвичай в оптичних системах k_Qприймається меншим одиниці, наприклад, у візуальних системах припустимим вважається він’єтування на рівні 50 %, а в складних перископічних системах - 20 %. В особливих випадках припускається підвищене він’єтування для збільшення поля системи. Наприклад, максимально можливе поле оптичної системи, показаної на рис. 4.5, визначається променем, що йде з точкиDчерез краї діафрагми Д і вхідної зіниці при коефіцієнті він’єтування, близькому до нуля.

У ширококутних і надширококутних оптичних системах явище він’єтування викликає неприпустиме зменшення освітленості по краях поля зображення. У таких системах вдається уникнути різкого зниження освітленості від центру до країв, якщо зробити коефіцієнт він’єтування більшим за одиницю. Ця умова забезпечується за допомогою так званого абераційного він’єтування, яке можливо в системах, що містять передній негативний меніск. В таких системах площа перетину похилого пучка променів у вхідній зіниці більше площі перетину осьового пучка променів.

Перевагою він’єнтування є виключення з формування зображень крайніх зон позаосьвих пучків, які зазвичай призводять до аберації, що важко усуваються.