Введение в матричную оптику - Джеррард А.
Скачать (прямая ссылка):
Вероятно, читатель уже встречался с такими терминами, как апертурная диафрагма, зрачки и люки оптической системы. Однако ради полноты изложения мы дадим здесь точные определения этих технических понятий.
§ 1. ДИАФРАГМЫ, ОГРАНИЧИВАЮЩИЕ АПЕРТУРУ
Рассмотрим систему, которая отображает плоскость, содержащую точечный объект О на оси системы, на плоскость изображения, содержащую точечное изображение источника на оси в точке I (фиг. П.1). Из всего пучка лучей, исходящих из точки О, только центральная часть лучей достигнет точки изображения /; остальные будут обрезаны либо краями линз, либо края-
268
Приложение I
а
-----------------Апертурная диафрагма .
-------------источника в точке Q
I
Линза 1 Линза 8
б
Фиг. П.1
ми любых других апертур оптической системы. Среди всех диафрагм будет одна такая, которая максимальным образом ограничивает размеры пучка и таким образом определяет конус лучей, проходящих через систему. Именно эту фактически действующую диафрагму называют апертурной диафрагмой, или ирисовой диафрагмой.
На фиг. П.1,а роль апертурной диафрагмы выполняет первая линза, а на фиг. П. 1,6 вторая линза обрезает часть света, проходящего через первую линзу, и таким образом действует как апертурная диафрагма. На фиг. П.2 показаны два примера, когда предмет расположен на бесконечности; в обоих случаях вопреки ожиданиям лучи проходят так, что эффективной апертурной диафрагмой является линза большего диаметра.
С обеих сторон системы можно построить действительные или мнимые изображения реальной апертурной диафрагмы. Входным зрачком системы называют изображение апертурной диафрагмы, образованное всеми линзами системы, которые встречаются на пути светового пучка до того, как он достигнет апертурной диафрагмы, т. е. изображение апертурной диафрагмы, которое можно увидеть, глядя на систему слева *) (см. фиг. П.З). Выход-
') Или изображение апертурной диафрагмы в пространстве предметов.— Прим. перев.
Апертурные свойства центрированной системы линз 269
ной зрачок — это изображение апертурной диафрагмы, образованное линзами системы, которых свет достигает после прохождения апертурной диафрагмы, т. е. изображение, которое можно увидеть, глядя на систему, изображенную на фиг. П.З, справа.
С точки зрения устранения паразитного света иногда выгодно размещать апертурную диафрагму перед первой линзой системы, причем в этом случае входной зрачок системы совпадает .
(Мнимое изображение)
Входной
зрачок (Действительное
270
Приложение I
с апертурной диафрагмой. Однако существуют причины (как механические, так и оптические), по которым переменную апертурную диафрагму, используемую, например, в объективе фотоаппарата, размещают где-либо внутри оптической системы. Часто выгодно сконструировать систему так, чтобы входной или выходной зрачок располагался на бесконечности. Такую схему применяют, в частности, в проекторах, где необходимо сравнивать и измерять размеры изображений, или в системах преобразования изображения. Такие системы называют телецентрическими в пространстве соответственно предметов или изображений. Афо-кальные системы могут быть телецентрическими с обеих сторон.
Поскольку входной зрачок отображается первой частью системы на апертурную диафрагму, а второй частью, системы — на выходной зрачок, любой луч из пространства предметов, распространяющийся под некоторым углом к оптической оси, но идущий через центр входного зрачка, будет проходить через центр выходного зрачка в пространстве изображений. Такой луч мы будем называть главным лучом, или кардинальным лучом. (Поскольку входной зрачок не обязательно совпадает с первой главной плоскостью системы, главный луч, определенный выше, не обязательно проходит через главные точки системы.)
§ 2. ДИАФРАГМЫ, ОГРАНИЧИВАЮЩИЕ ПОЛЕ ЗРЕНИЯ
Отыскав положение и размер апертурной диафрагмы для данной плоскости предмета и соответствующие выходной и входной зрачки, попытаемся теперь определить размеры поля зрения, видимого в пространстве предметов оптической системы. Для этого рассмотрим вначале всевозможные главные лучи, которые исходят из различных точек плоскости предмета и проходят через центр входного зрачка.
Полевая диафрагма — это оправа линзы или апертура, ограничивающая размер пучка главных лучей, проходящих через
Входной и выходной люки на бесконечности
Линза
Фиг. П.4
Апертурные свойства центрированной системы линз
271
Минза 1
Изображение полевой диафрагмы в линзе 1 (Входной, люк)
Линза 2
Полевая
диафрагма
Изображение полевой диафрагмы в линзе 2 (Выходной люк)
Фиг. П.5
центр выходного зрачка в пространство изображений (фиг. П.4). Входным люком (иногда его называют входным окном) системы называют изображение полевой диафрагмы, видимое со стороны входа системы. Выходной люк — это изображение полевой диафрагмы, видимое со стороны выхода системы (фиг. П.5). В правильно сконструированных системах входной и выходной люки располагаются в плоскости предмета и в плоскости изображения соответственно.
Если точечный предмет расположен в плоскости входного люка, то лучи, которые из него исходят, равномерно освещают входной зрачок, а следовательно, и выходной зрачок. Для протяженных предметов однородной яркости такое положение входного люка дает протяженное изображение также однородной яркости, вплоть до резкой границы поля зрения, соответствующей краю выходного люка.
