- •Глава 1. Теоретические основы прикладной оптики
- •1.1. Природа света. Волновой и квантовый характер световых явлений
- •1.2. Законы распространения света
- •1.3. Способы определения скорости света
- •1.4. Когерентность [7]
- •1.4.1. Степень когерентности светового пучка
- •1.4.2. Методы измерения пространственной и временной когерентности
- •1.5. Дисперсия света
- •1.6. Интерференция света
- •1.7. Интерференционные линии равной толщины и равного наклона
- •1.8. Интерферометры
- •1.8.1. Интерферометр Линника
- •1.8.2. Интерферометр Рэлея
- •1.8.3. Звездный интерферометр Майкельсона
- •1.8.7. Схема интерферометра Майкельсона
- •1.8.4. Интерферометр Фабри-Перо
- •1.8.5. Интерферометр Жамена
- •1.8.6. Интерферометр Рождественского
- •1.8.7. Использование интерференции света в промышленности
- •1.9. Дифракция света. Принцип Гюйгенса Френеля
- •1.10. Дифракция Фраунгофера
- •1.10.1. Дифракция от щели
- •1.10.2. Дифракционная решетка
- •1.10.3. Дифракционная решетка как спектральный прибор
- •1.11. Дифракция на круглом отверстии
- •1.11.1. Зоны Френеля
- •1.11.2. Зонная пластинка
- •1.11.3. Линза как дифракционный прибор
- •1.11.4. Пятно Пуассона
- •1.12. Поляризация света
- •1.12.1. Свет поляризованный и неполяризованный. Закон Малюса
- •1.12.2. Одноосные кристаллы
- •1.12.3. Скрещенные поляризаторы
- •1.12.4. Двойное лучепреломление
- •1.12.5. Поляризаторы
- •1.12.6. Анализ поляризованного света
- •1.12.7. Естественное вращение плоскости поляризации
- •1.12.8. Эффект Зеемана и поляризация
- •1.12.9. Искусственное двойное лучепреломление
- •1.12.10. Магнитное вращение плоскости поляризации
- •1.13. Оптически бесцветное стекло. Марки стекла
- •1.14. Требования к стеклу. Классы и категория стекла
- •1.15. Цветное оптическое стекло. Техническое стекло
- •1.16. Выполнение рабочих чертежей оптических деталей в соответствии с ескд
- •Глава 2. Основные оптические детали
- •2.1. Зеркала
- •2.2. Тонкие линзы
- •2.3. Плоскопараллельная пластинка
- •2.4. Оптический клин
- •2.5. Отражательные призмы
- •2.6. Развертка призм в плоскопараллельную пластинку
- •Для прямоугольной призмы с двумя отражениями
- •2.7. Редуцирование призм. Графоаналитический метод расчета призм
- •2.8. Компенсаторы
- •Глава 3. Основные свойства идеальной оптической системы
- •3.1. Идеальная оптическая система
- •3.2. Линейное и угловое увеличение оптической системы.
- •3.3. Правило знаков
- •3.4. Основные оптические формулы. Построение изображения
- •3.5. Инвариант Аббе
- •3.6. Расчет хода нулевого луча
- •3.7. Отдельная линза в воздухе
- •3.8. Расчет хода нулевого луча через сложную оптическую систему
- •3.9. Оптическая система из двух компонент
- •Положим и выберем произвольно, тогда из формул
- •3.10. Графический способ определения хода нулевого луча
- •3.11. Определение хода действительного луча
- •Глава IV. Общие свойства оптических систем
- •4.1. Основные характеристики оптического прибора
- •4.2. Видимое увеличение
- •4.3. Основные фотометрические понятия
- •4.4. Потери света
- •4.5. Диафрагмы и их значение
- •4.6. Виньетирование
- •4.7. Светосила
- •4.8. Освещенность по полю изображения
- •4.9. Поле зрения
- •4.10. Глубина изображаемого пространства
- •4.11. Глубина резкости
- •4.12. Аберрации оптических систем
- •4.12.1. Классификация аберраций
- •4.12.2. Хроматическая аберрация
- •4.12.3. Сферическая аберрация
- •4.12.4. Астигматизм и кривизна изображения
- •4.12.5. Кома
- •Величина, численно характеризующая кому, равна
- •4.12.6. Дисторсия
- •Глава 5. Теория оптических приборов
- •5.1. Зрачки и люки
- •5.2. Отрезки, определяющие положение зрачков
- •5.3. Передача перспективы оптическими приборами
- •5.4. Основные фотометрические величины
- •Мы имеем
- •5.5. Источники излучения
- •5.6. Приемники световой энергии
- •5.7. Светосила оптического прибора
- •5.8. Светосила оптического прибора с малой передней апертурой и малой задней апертурой
- •5.9. Потери света в оптическом приборе
- •5.10. Глаз человека
- •Преобразуем эту формулу
- •5.11. Видимое увеличение оптического прибора
- •5.12. Глубина резкости фотографического аппарата, лупы и микроскопа
- •5.13. Критерий разрешающей способности оптического прибора
- •5.14. Разрешающая способность зрительных труб и фотографических объективов
- •Глава 6. Теория микроскопа
- •6.1. Оптическая система микроскопа
- •Из формулы
- •6.2. Формулы геометрической теории микроскопа
- •Поэтому
- •6.3. Осветительная система микроскопа
- •6.4. Основы дифракционной теории микроскопа
- •6.5. Разрешающая способность микроскопа
- •Окуляр, в нашем случае, есть лупа, для которой мы имели формулу
- •6.6. Фазовый контраст
- •6.7. Производство современных микроскопов
- •6.7.1. Световые
- •Микроскопы серии dm lm
- •Глава 7. Теория телескопических систем
- •7.1. Телескопические системы
- •Для продольного увеличения была получена формула
- •7.2. Зрительная труба Галилея
- •7.3. Зрительная труба Кеплера
- •7.4. Окуляры и объективы зрительных труб
- •7.5. Зрительные трубы с призменными оборачивающими системами
- •7.6. Зрительные трубы с линзовыми оборачивающими системами
- •7.7. Телескопические системы со скачкообразной переменной увеличения
- •Глава 8. Методы компьютерной оптики
- •8.1. Задачи компьютерной оптики [1,2]
- •8.2. Цифровая голография [3-5]
- •8.2.1. Общая процедура изготовления синтезированной голограммы
- •8.2.2. Получение цифровой голограммы Фурье и ее бинаризация
- •8.2.3. Киноформ
- •8.3. Фазовая проблема в оптике. Cоздание на основе решения обратных задач нового класса оптических элементов [1, 2, 6-9]
- •8.3.1. Извлечение фазовой информации из данных об интенсивности
- •8.3.2. Особенности расчета характеристик фокусаторов и корректоров излучения
- •8.3.3. Дифракционные оптические элементы
- •8.3.4. Создание фокусаторов на основе управляемых зеркал
- •8.4. Фокусировка излучения при наличии случайных помех. Использование методов адаптивной оптики [7-9]
- •8.5. Оптические элементы для анализа и формирования поперечного состава излучения [1]
- •8.6. Цифровая обработка полей в оптических системах [10-13]
- •8.6.1. Виды обработки оптических полей
- •8.6.2. Автоматизированная измерительная система для диагностики структуры лазерных пучков
- •Глава 9. Запись и обработка оптической информации
- •9.1. Общая характеристика оптических систем [1-3]
- •9.2. Однолинзовая система [1-4]
- •9.2.1. Линзы как элементы, выполняющие преобразование Фурье
- •9.2.2. Формирование изображения [1]
- •9.3. Получение изображений в сложных системах [1, 8]
- •9.3.1. Дифракционно-ограниченные системы
- •9.4. Учет аберраций [5]
- •9.5. Голографическая запись информации [2, 6-9]
- •9.5.1. Принцип голографической записи
- •9.5.2. Голограммы Фурье
- •9.6. Оптическая фильтрация и распознавание образов [2,3]
- •9.6.1. Применение системы 4-f
- •9.6.2. Голографический метод синтезирования пространственных фильтров и проблема апостериорной обработки информации
- •9.7. Сопоставление методов когерентной и некогерентной оптики [2]
- •9.8. Характеристики качества изображения [10]
- •Оглавление
Глава 7. Теория телескопических систем
7.1. Телескопические системы
Телескопические системы, или зрительные трубы, это наиболее распространенная группа оптических приборов, используемая для самых разнообразных целей и выполняющих роль как самостоятельных приборов, так и составных частей более сложных оптических устройств.
Принцип действия телескопических систем вытекает из двух требований, предъявляемых к ним в процессе эксплуатации.
а). Телескопическая система предназначена для наблюдения далеких предметов, диаметр входного зрачка мал по сравнению с расстоянием до наблюдаемого предмета, поэтому допустимо считать переднюю апертуру системы равной нулю и предполагать, что в ее входной зрачок входят параллельные пучки света.
б). Телескопическая система является визуальным прибором. Если глаз человека эмметропический и его дальняя точка лежит на бесконечности, то для устранения утомления глаза напряжением аккомодации необходимо, чтобы изображение располагалось также на бесконечности. А это значит, что окуляр прибора должен покидать параллельный пучок лучей и, следовательно, задняя апертура системы также должна быть равной нулю.
Рис. 7.1.1
Вот из этих условий и строится оптическая схема телескопической системы. На рис. 7.1.1 показана принципиальная схема простейшей телескопической системы, составленной из двух компонентов: объектива, главные плоскости H1 и H’1 и окуляра – главные плоскости H1 и H’1.
Как известно, для того чтобы луч выходил из системы параллельно оптической оси необходимо его прохождение через передний фокус окуляра. Луч же, попадающий в оптическую систему параллельно оси, проходит через задний фокус объектива. Отсюда вытекает, что в телескопической системе задний фокус объектива и передний фокус окуляра должны быть совмещены.
Если мы будем перемещать предмет вдоль оптической оси, то в следствии рассмотренного хода лучей изображение l’ не изменит своей величины, то есть для телескопической системы линейное увеличение, равное, как видно из рисунка, отношению фокусных расстояний компонентов, остается постоянным
.
А отсюда вытекает, что линейное увеличение в зрачках также является постоянной величиной.
.
Как было показано, связь между линейным и угловым увеличениями всякой оптической системы выражается формулой
Следовательно, угловое увеличение телескопической системы также постоянно и равно
При n = n’
Для продольного увеличения была получена формула
Для телескопической системы, при n = n’ будем иметь
Видимое увеличение
Для телескопической системы можно считать, что p =x (в следствии большого расстояния объекта наблюдения от зрительной трубы можно принять его равным расстоянию от объекта наблюдения до наблюдателя) и p’ = x’ (зрачок глаза совпадает с выходным зрачком), отсюда
при n = n’
;
;
Из рис.111 также можно видеть, что абсолютная величина линейного увеличения VC равная линейному увеличению в любых точках, равна отношению диаметров выходного зрачка D’ и входного зрачка D.
7.2. Зрительная труба Галилея
Зрительная труба Галилея, называемая еще голланской, была построена впервые в 1609 г. С помощью этой трубы Галилей в короткий срок сделал ряд астрономических открытий.
Характерной особенностью трубы Галилея является то, что ее первый компонент, объектив, положительный, а второй компонент окуляр, отрицательный (рис. 7.2.1). При этом, задний фокус объектива совмещен с передним фокусом окуляра.
Рис. 7.2.1
Труба Галилея имеет два достоинства, которые определяют ее использование в современных приборах.
1). Зрительная труба Галилея имеет очень небольшую длину, действительно, расстояние между объективом I и окуляром II, определяемое как сумма задних фокусных расстояний этих компонентов, оказывается меньше фокусного расстояния объектива:
Так как f’2<0 то d определяется как разность абсолютных величин f’2 и f’1.
Это обстоятельство позволяет использовать трубы Галилея в качестве систем смены увеличения о чем будет сказано ниже.
2). Зрительная труба Галилея дает прямое изображение объекта. Действительно, так как f’1>0 , а f’2<0 то
,
т.е. изображение неперевернутое.
Однако, зрительная труба Галилея имеет и ряд существенных недостатков, в следствии чего они не нашли широкого применения.
1). Луч AD1 исходящий из осевой точки бесконечно далекого предмета, нигде не пересекает оптическую ось, т.е. нигде не возникает действительного промежуточного изображения предмета. Отсюда вытекает следующее: во-первых, в приборе нет места, где можно было расположить полевую диафрагму, чтобы полностью устранить виньетирование. Во-вторых, невозможно разместить сетку с маркой, чтобы ее можно было наблюдать вместе с объектом.
2). Зрительная труба Галилея имеет малое поле зрения. Чтобы понять это, нужно проследить ход лучей и найти положение выходного люка.
Луч AD1 проходит через край свободного отверстия объектива 1. Найдем величину и положение изображение этого отверстия объектива. Построим луч, проходящий через совмещенные главные точки объектива (луч BLE) и продолжим его до пересечения с передней фокальной плоскостью MF2 окуляра. Чтобы найти ход луча после окуляра через точку M и точку H (совмещенные главные плоскости окуляра) проводим вспомогательный луч KM.
Пучок лучей, имеющий точку пересечения M, расположенную в передней фокальной плоскости окуляра, после окуляра должен идти параллельным пучком. Следовательно, луч BLE после окуляра будет параллелен вспомогательному лучу KM.
Точка пересечения L’ продолжения этого луча с оптической осью дает положение центра изображения объектива 1. Размер этого изображения определяет точка D’, где продолжение луча D2A’ (проходящего через край объектива 1 ) встретится с плоскостью, проходящей через точку L1. Т.о. изображение входного отверстия объектива получается мнимым и расположенным внутри зрительной трубы. Наблюдатель лишен возможности совмещать зрачок глаза с изображением входного объектива, т.к. глаз находится за окуляром, например, в точке C’.
Т.к. в зрительных трубах выходным зрачком является глаз человека то изображение входного отверстия объектива будет выходным люком и ограничивается видимое поле зрения: угол =LCD’ представляет собой половину угла зрения прибора со стороны глаза.
Малый и не поддающийся увеличению угол поля зрения служит препятствием для применения труб галилеевского типа в современных оптических приборах.
