Лекция 9

Апертурная диафрагма может быть расположена до оптической системы, внутри ее или за ней. Рассмотрим примеры,

1. Зрительная труба Кеплера. Апертурной диафрагмой является оправа объектива.

 

 

 

 

2. Зрительная труба Кеплера с линзовой оборачивающей системой. Апертурная диафрагма устанавливается между линзами оборачивающей системы.

 

 

3. Если апертурная диафрагма установлена в фокальной плоскости объектива, то главные лучи в пространстве предметов параллельны оптической оси. Такие системы называют телецентрическими.

4. Зрительная труба Галилея.

 

 

Апертурной диафрагмой является выходной зрачок системы, совпадающий со зрачком глаза. Входной зрачок находится за выходным зрачком.

В сложной оптической системе для того, чтобы определить какая из диафрагм является апертурной необходимо построить в пространстве предметов изображения всех диафрагм, расположенных внутри или после системы. Та диафрагма, находящаяся перед системой, или изображение диафрагмы, которые имеют наименьший угловой размер при рассмотрении из осевой точки предмета, является входным зрачком. Диафрагма, изображением которой является входной зрачок - АД, а ее изображение через следующую за ней часть ОС - выходной зрачок.

Абсолютное значение отношение Dвх.зр. к f’ называется относительным отверстием : D /f’; величина, обратная относительному отверстию, называется диафрагменным числом К=f’/ D . Принято задавать относительное отверстие как 1: К.

A=n₁ êsins_Aê¾числовая апертура пространства предметов.

A’=n’_k |sins¢_A¢ê¾числовая апертура пространства изображений.

Оптическая система может изображать только определенную часть пространства, расположенного вокруг оптической оси.

Линейным полем 2ув пространстве предметов называется наибольший размер изображаемой части плоскости предмета, расположенного на конечном расстоянии. Диафрагма, расположенная в плоскости предмета или в одной из плоскостей с ней сопряженных и ограничивающая размер линейного поля оптической системы в пространстве изображений называется полевой диафрагмой. Угловым полем 2w оптической системы в пространстве предметов называют удвоенный угол между оптической осью и главным лучом в пространстве предметов, проходящим через край полевой диафрагмы.

Вх. Зр. ПД вых. зр. ПД

ПД

 

Аналогично, линейным полем ОС в пространстве изображений называется наибольший размер изображения, находящегося на конечном расстоянии, и угловым полем 2w’ оптической системы в пространстве изображений называется удвоенный угол между оптической осью и главным лучом в пространстве изображений, проходящим через край полевой диафрагмы.

tgw’= g_Rtgw=tgw/ b_p ,

где g_p и b_p ¾ угловое и линейное увеличения в зрачках . При положении предмета в бесконечности размер полевой диафрагмы определяется следующим образом:

2y’=2f’tgw.

Любую диафрагму, кроме апертурной и полевой, ограничивающую пучки лучей, идущих из внеосевых точек предмета, называют виньетирующей - она неодинаково задерживает пучки лучей из осевой и внеосевых точек предмета, виньетирует или срезает наклонные пучки лучей, что приводит к уменьшению освещенности от центра к краям плоскости изображения.

Входным и выходным окнами или люками ОС называется параксиальное изображение виньетирующей диафрагмы в пространствах предметов и изображений соответственно. Обычно виньетирующими диафрагмами являются оправы линз и зеркал. Тогда входное окно – это изображение в обратном ходе виньетирующей диафрагмы через предшествующую часть системы, а выходное окно –изображение виньетирующей диафрагмы через следующую за ней часть оптической системы.

В реальных оптических системах виньетирование допускается для уменьшения поперечных размеров ОС и для повышения резкости изображения на краях поля. Для оценки виньетирования вводятся коэффициенты линейного и геометрического виньетирования. Коэффициент линейного виньетирования определяется как к_w = D_w /D, где D_w - диаметр наклонного пучка лучей в плоскости входного зрачка. Коэффициент геометрического виньетирования – k_S определяется как отношение площади сечения наклонного пучка лучей, перпендикулярного оптической оси, S_w к площади входного зрачка S₀ - k_S = S_w / S₀.

Для характеристики оптических систем используют понятие виньетирование системы, определяемое как (1- k)*100%. В визуальных ОС допустимым является виньетирование 50%, т.е. k_S =0,5; в сложных перископических системах до 80%, т.е. k_S =0,2.

Описание предметов, изображений и зрачков При проведении автоматизированных расчетов удобно описывать предметы, изображения и зрачки одинаковыми величинами, вкладывая разный смысл. Все отрезки по оптической оси Z обозначим z. Обобщенные характеристики Они имеют различный смысл и размерность, хотя обозначаются одинаково. В таблице показано соответствие реальных и обобщенных характеристик друг другу. Обобщенные характеристики Ближний тип Дальний тип Величина предмета (изображения) , , , , Положение предмета (изображения) , , (измеряется от поверхности) , , (измеряется от зрачка) Входная (выходная) апертуры (числовая апертура) , , (апертура) Положение входного (выходного) зрачка   (измеряется от предмета/изображения) , , (измеряется от поверхности)