Теория оптических приборов - Чуриловский В.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Из физической оптики известно, что на границе двух диэлектриков
(например, на поверхности, разграничивающей стекло и воздух) происходит
частичное отражение света. Большая часть света, преломляясь, проходит
через эту границу, а меньшая часть, отражаясь, возвращается обратно в
первую среду. Этот отраженный световой поток теряется, не участвуя в
образовании изображения.
Но дело не только в этом. Вследствие многократного отражения от
преломляющих поверхностей часть потерянного светового потока проникает на
плоскость изображения, где она может вызвать появление бликов (светлых
пятен неопределенной формы) или вуали (более или менее равномерной
засветки). Такой "паразитный" свет не участвует в образовании
изображения. Попадая на те участки картины, которые должны быть темными,
он засвечивает их и этим снижает контраст изображения.
Для вычисления потери света при отражении от преломляющей поверхности
можно применить формулу Френеля для светового потока Fr, отраженного на
границе двух диэлектриков при нормальном падении его на поверхность
= (И- 92)
Здесь F - световой поток, падающий на преломляющую поверхность;
пип' - показатели преломления разделяемых ею сред.
В таком простом виде эта формула справедлива, строго говоря, только при
угле падения, равном нулю. Одиако исследование показывает, что при
изменении угла падения в широких пределах поток Fг остается практически
постоянным до значения угла падения, равного углу Брюстера, а он
составляет на границе воздуха и стекла примерно 56°. Такие углы падения
практически встречаются крайне редко, что и позволяет всегда пользоваться
формулой (II. 92).
Преломляющие поверхности бывают двух родов: поверхности, по которым
оптическая деталь (линза или призма) соприкасается с воздухом, и
поверхности склейки. Склеивание линз производится при помощи бальзама-
или бальзамина. Но между склеиваемыми поверхностями имеется ничтожное
количество этого вещества. По-
170
этому его можно не учитывать и считать, что на поверхности склейки
соприкасаются два стекла с разными показателями преломления.
Поверхности склейки вызывают очень незначительные потери света. Пусть,
например, п- 1,5, а п' = 1,6. По формуле Френеля найдем: Fr = 0,01:
(3,1)2 F = 0,00104/*, т. е. около 0,1 % от падающего на поверхность
светового потока. Такой малой величиной потерь можно пренебречь. Поэтому
при подсчете световых потерь поверхности склейки совсем не принимаются во
внимание. Если же поверхность граничит с воздухом, то формула (II. 22)
приобретает вид
^ = <п-93>
независимо от того, проходит ли свет из воздуха в стекло или из стекла в
воздух. При п = 1,5 найдем по этой формуле
^=(ж)2^ = ^ = " F-
Таким образом, на каждой поверхности, разграничивающей воздух и крон,
потеря света на отражение составляет 4%. На
границе воздуха и флинта по той же причине теряется 5% света.
Поэтому коэффициент пропускной способности составит 0,96 для поверхности
воздух-крон и 0,95 для поверхности воздух- флинт. Если же имеется
оптическая система, состоящая из ряда преломляющих поверхностей,
граничащих с воздухом (поверхности склейки ие учитываются), то
коэффициент хх пропускной способности, обусловленной потерей света на
отражение от преломляющих поверхностей, может быть выражен степенной
зависимостью
т1 = 0,96* .0,95^, (И. 94)
где k - число поверхностей воздух-крон;
f - число поверхностей воздух-флиит.
В случае сложных приборов потеря света на отражение от преломляющих
поверхностей может оказаться большой. Так, в перископах для подводных
лодок насчитывается до 30 поверхностей, граничащих с воздухом (k - 20, f
= 10). Количество прошедшего через перископ света благодаря действию
одной рассматриваемой причины составит ие более 27 % от света, падающего
на его входной зрачок. Таким прибором можно пользоваться при дневном
свете, но при этом изображение получается малокоитрастным из-за большого
количества паразитного света, попадающего в глаз наблюдателя.
До тридцатых годов нашего столетия эти потери света считались
неустранимыми. Но в настоящее время известно, что они могут быть
существенно уменьшены. Это не значит, что можно
171
отменить физический закон, выражаемый формулой Френеля. Но можно
использовать другие физические явления для уменьшения потерь света. Такой
путь предложен академиками И. В. Гребенщиковым и А. А. Лебедевым. Их
метод известен под названием просветление оптики и состоит в том, что
преломляющая поверхность лннзы покрывается тонким прозрачным слоем с
показателем преломления пс, определяемым по формуле
пс ~ У~п, (II. 95)
где п - показатель преломления стекла линзы. Толщина слоя - порядка одной
четверти длины волны света.
Световые потоки, отраженные от двух поверхностей слоя, взаимно погашаются
вследствие интерференции, и вся световая энергия направляется в поток,
проходящий через преломляющие поверхности слоя. Теория просветления
оптики более подробно излагается в курсе физической оптики. Невозможность
