Оптические Системы

Оптические Системы (методы расчета), совокупности оптических деталей (линз, зеркал, призм, пластинок, диспергирующих элементов), образующие изображения оптические предметов на приемниках световой энергии (глаз, светочувствительный слой, фотоэлемент и т. д.) или преобразующие по заданным законам пучки световых лучей (осветительные системы). Расчет оптических систем состоит в подыскании конструктивных элементов (радиусов кривизны, преломления показателей и дисперсии стекол или иных прозрачных материалов, расстояний между линзами и их толщин), при которых оптическая система обладает требуемыми характеристиками: числовой апертурой, угловым или линейным полем зрения, увеличением оптическим, размерами, качеством изображения или разрешающей способностью, распределением световой энергии. Этот расчет выполняется в два этапа.

Сначала методами параксиальной оптики (см. Параксиальный пучок лучей) производят расчет общего расположения оптических деталей и их размеров (габаритный расчет). В результате определяются число компонентов оптической системы, расстояния между ними, их диаметры и фокусные расстояния, на основе чего составляют эскизный проект системы, уточняют ее размеры и вес. Иногда при габаритном расчете выясняется, что построить оптическую систему принципиально невозможно (не выполняются какие-либо общие законы энергетики или противоречивы требования). На втором этапе расчета определяются конструктивные элементы отд. узлов оптической системы из условия устранения ее аберраций (см. Аберрации оптических систем). Количество исправляемых аберраций связано как с назначением оптической системы, так и с ее основными характеристиками. Например, в астрономических объективах (состоят из 2-3 линз), в которых мал угол поля зрения и велико фокусное расстояние при малом относительном отверстии, исправляются только сферическая аберрация, хроматическая аберрация и кома. В фотографических объективах велики и относительное отверстие, и угол поля зрения; в них нужно откорригировать большее число аберраций (от 7 и более), и этим объясняется сложность их конструкции (современные светосильные объективы состоят из 10-15 линз). Еще сложнее (20-25 линз) объективы с переменным фокусным расстоянием, в которых аберрации должны быть исправлены для нескольких значений фокусного расстояния. В первом приближении расчет выполняется на основе теории аберраций третьего порядка; окончательная подгонка делается на ЭВМ, для которых разработаны специальные программы. Критерием качества изображений служат либо значения поперечной или волновой аберрации, либо величина частотно-контрастной характеристики, которая должна быть задана заранее.