Техника - молодёжи 1969-03, страница 7

Техника - молодёжи 1969-03, страница 7

втом способе карта получилась бы на несколько порядков менее точной) и раалагает это дифракционное пятно в ряд Фурье по синусоидальным гармоникам светлых и темных зон.

Теоретически считают, что исходный «фурье-обраа» точечного источника объекта составлен из чередования всех мыслимых синусоид освещенности. Чередование же синусоид в «гало» (изображении) мы рассчитали. Сравнивая исходный И конечный «фурье-образ», ЭВМ извлекает отображающую кривую, по которой уже можно объективно судить о «способностях» оптической системы.

Благодаря такой методике теперь стало проще проверять на каждой стадии настройку сложных «линвовых» инструментов (камеру для аврофотосъемки. телескоп и Т. д.) и корректировать их изготовление.

Раньше прикладная оптика была фактически искусством, во многом опирающимся не интуицию. Ныне лазер и ЭВМ превратили ее в ремесло.

МЕЧТЫ И ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТЬ

Если бы 10—20 лет навад инженерам продемонстрировали снимки Земли, сделанные ив космоса, они не поверили бы своим глазам. Тавая четкость и контрастность изображения им показались бы фантастикой. Шутка ли, на снимке, полученном с высоты двухсот километров, заметны предметы размером в иесиолько метров.

В прежних оптических системах величина волновой аберрации измерялась в несколько длин волн, и для описания их достоинств достаточно было языка геометрической оптики. Волновые искажения современных оптических систем, к расчету и изготовлению которых приложили руку кибернетики и лазерщнкн, измеряются долями длин волн. Это означает, что практически все участки «волнового конуса» складываются («сходятся») в фазе друг с другом, анергия конуса концентрируется в пределах изображения, размытие резко уменьшается, а разрешающая способность системы стремительно растет.

Именно такие оптические инструменты стали острыми глазами космических кораблей.

Совершена революция — иконика, так сказать, преодолела волновой барьер. Нащупаны «эй'долы», сокращенные светооб-ра ы вещей. На очереди воплощение новой, совсем уже фантастической идеи: оптический прибор, который повволил бы ие просто видеть, а «ясно видеть», который улавливал бы не просто «вндолы», а «вйдосы», живые образы предметов, нх «души».

До сих пор оптика основывалась то на корпускулярно-гео-метрнчсской, то на волновой теории света. Но ие создана еще единая корпускулярно-волновая теория света и материи, единая теория мира как «света белого», ато грядущее лоно оптики идеальной остроглазостн, оптики «ясновидения».

На вкладке поиазаио, май в принципа рассчитываются on-тичеенне системы. Если предположить, что на яинэу падает достаточно узннй пучои яучей, параллельных оптичвсиой оси, и понваатель преломлении дли всех этих лучей постоянен, то определить фокусное расстояние f не составляет труда. Но все эти условии не соблюдаются в практической оптине. Тан, мы обычно имеем дело со светом сложного спектрального состава и должны учитывать зависимость поквавталл преломления от длины волны (дисперсия). Лучи могут падать иа линзу под самыми различными углами, да н сама линза, ограничивая световой пучок, вносит дополнительные исиажения.

Иначе говоря, яииза иак реальный прибор вносит своего рода шумы (аберрации) в идеальную иартииу схождения лучей в фокусе.

темы и, следовательно, меняется от центра изображения и периферии,

В отличив от аберраций в широких пучках зти три п о я е • вые аберрации обнеружнвеются даже ■ бесконечно уз-иих пучивх (проходящих нвнлонно через оптическую систему). Обычно объекты в оптичесник приборах изучаются при белом свете, здесь большую роль играют хроматические аберрации, открытые еще Ньютоном.

в. ХРОМАТИЗМ ПОЛОЖЕНИЯ. При прохеиздонии ч >р«» линзу белый луч света разлагается в спеитр Олвгодарл дисперсии: чем нороче длина волны евета. тем сильнее свет преломляется на границах прозрачной среды (етенла) По тему фиолетовые лучи преломлпютси сильнее н фокусируются быст рее чем, и примеру, ирвеиые.

Р Е Ш Е п it I

Р Е Ш Е п it I

М1И

Ч L Р I f

-

i5s

Г f ^ £ 1 К 0 II л

ш Ш

ЙИ

ВИЦ И " 1 ГГТГ7

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА

I, Аберрации можно разбить на две группы: м о и о х р о -матичееиие (дли одной длины волны) и х р о м а т и -ч е е и и е (для разных длин волн). Рассмотрим их по поридиу.

1. СФЕРИЧЕСКАЯ АБЕРРАЦИЯ. При значительной ширине пучна «оираинные» (для линзы) лучн фонусируютеи ближе, чем «центральные». За меру этого вида аберрвции — С — принимают расстояние между F и Fi для соответствующих зон. (В дальнейшем мы не будем указывать «меры» аберрвций, они корошо показаны иа рисунках.)

а. КОМА возниквет в том случае, если широкий пучои проходит не вдоль оптической оси, а наклонно н ней. Нв эирвив возникает изображение — неравномерно освещенное пятнышко, неснольио иапоминвющее иомету с хвостом (отсюда и само иазввиие аберраций).

Эти два вида аберраций наблюдаются а широких пучках.

3. АСТИГМАТИЗМ. Если из ианлониого пучив лучвй «выразить» цилиндрик света с осью, проходящей ие через центр линзы, а где-то в стороне, мы заметим новую вберрацию. «Рвботающий» участок лииаы не будет симметричен по кривизне а меридиональном и евгиттвяьном (в двух взвимно перпендииулярных) нвпрввяениях. Меридиональные и сагиттальные лучи сфокусируются в различных точках Fm н гс .

4. КРИВИЗНА ИЗОБРАЖЕНИЯ. Рассматривай через лупу какой-либо объент (например, сетиу), можно эвметить, что по ираим изображение нееиольио рвэмыто. Перемещая лиизу, мы можем улучшить разность одних участков, укудшая резкость другик. Это говорит о том, что фоиальная поверхность (поверхность фокусов) изогнутая. Причина — опять же иосые пучки.

5. ДИСТОРСИЯ. Сетка через линзу выглядит ие тольио размытой по ирвям, но и иенаженной (бочиообразкой, каи иа рисунке, или подушкообразной). Этот вид аберрации обуелоалви тем, что увеличение линзы ваеиемт от угла пучна е осью сие-

7. ХРОМАТИЗМ УВЕЛИЧЕНИЯ. Допустим, что мы устранили предыдущую аберрацию, те есть совместили «цветные» фокусы В одну точну. Онаэыввется, что и в этом случае хроматические явления все же будут иеблюдетьси — совпвдающне по положению и лежащие в одной плосности цветные изображения могут не совпадать друг с другом по величине: евируг предмета (треугольника), который мы рассматриваем под лупой, возникнет радужный ореол.

Устранение всех этих семи аберраций — ирайне сложней и подчас даже неразрешимая задача. Поэтому нерадно идут на компромисс, рассчитывают оптику, предназначенную для определенной цели. При этом устраняются те из иедоствтнов. ноторые особенно опасны для поставленной задачи, и мирятся с неполным устранением других. Тви, для объективов еетрономичесиих труб важно устранение сферичесиой и хроматической аберраций для точен в центре поля: для миире-и фотообъентнвов — устранение аберреций, иснажающнх поле (диеторсия, кривизна изображения), в таиже хроматиче-сной аберрации и т. Д. Исходя из этих соображений, составляется программа ДЛЯ ЭВМ н производится расчет разных оптических систем.

11>Но даже уменьшив вберрецнн, мы получим оптическую систему, весьма далвиую от идеала. Здесь нужно чнтыввть более тоннне, волновые аффекты. Тан. еели через линзу пропустить лазерный луч, мы увндим на экране «гало», а мар-тина трехмерного распределения световой энергии будет представлять собой «тупую вершину». Причина в том, что реальный волновой фронт «посла лннзы» имеет форму, не совпадающую с теоретической.

ЭВМ перебирает варивнты улучшения начест а оптичесной системы (рассчитывая прохождение «лучей* через умозрительную «линзу» е отверстиями различной конфигурации и стараясь собрать втн «лучн» в фонуе) и останавливается на одном, оптимальном. Переделанной в соответствии е этими указаниями система давт теперь менее размытое тело» к более «острую вершину».

4

Обсуждение
Понравилось?
Войдите чтобы оставить комментарий
Понравилось?