Слюсарев Г.Г. - Расчет оптических систем (1975) (1060808), страница 96
Текст из файла (страница 96)
При увеличении диаметра сечения волоков (такой элемент иногда называют «фока«) происходит обратное явление: апертура уменьшается, часть лучей возвращается обратно. В наиболее простом случае, «огда фоконы составлены из волоконных элементов, ограниченных коническими поверхностями, числовая апертура такой системы в во«луке определяется но формуле юп и, =- )' л* — яр со« й Ф л, ып(1, (Ч1!.йй) где р — угол конуснасти волокна.
Фоконы из изот«утых элементов с торцами, перпендикуляриыии изогнутой оси, обладают свайствамн, аналогичныьги опи. саниымдля элементов с прямой осью. Наличие кривизны несколько уменьшает апертуру падающих пуч«ов, как это происходит в прямых элементах. Все приведенные выше закономерности, относящиеся к свойствам прямых волоконных элементов, относятся также к фоионам зтт и афоконам. Основное отличие фоконов ст цилиндрических элементов, а котором не следует забывать прн расчетах, — это изменение апертуры, согласно формуле Штраубеля. Рвзрвйввцвз вйвввййвзгь взвэввввн! )авва Образование изображений волокоияыми узламв происходит путем переноса малых учао~коз картины объекта с помощью волоконныя элементов.
Качество изображений, оцениваемое раэре. шающей способностью илн частотяа-контрастной характеристикой (передаточной функцией), зависит от размеров н упаковки волокон; апертура пучков, падающнк на переднюю новерхность и выходящнх нз задней поверхности волокон, имеет лггшь второстепенную роль. Теоретически!7 расчет, падтвержзаеыый экспериментом, показывает, что раарепгаюшая способность, оцениэаемая и линиях на миллиметрах, определяется число», равным половине числа волокон, уменынающахся на длину а ! мм, Одиано при юом контраст далек от единины по причине рассеянного света, вызываемого нерабочей частью узла (!Π— 3)У(), днффрак. цией на торцах, техиологнчесинми дефектами, неполным внутренним отражением стенок,волоион и т.
д. Прн лиаметрах жглокон, мЕньших нескольких длин волн основного (среднего) света, кон. траст приближается к нулю. Если ансртура падающего на волоконный узел лучив больше, чем предельная апертура пучка, пропускаемого узлом, проис. ходит уменьшение свеговога потока, падающего на приемник, ио разрешающая способность системы ие изменяется. - ййййэйзййз Вэйвэййщы Вйййэйтэй ййй Шййущйййа Вйаййзййй Волокна переносят световую энергию, проходящую черЕз нх передние торцы, на задние торцы. Чем меньше диаметр торцоВ и чем резче переносимая картяна, тем больше подробностей будет в изображении, создаваемом на конде волоконного эяемента.
Из этого следует, что всякая аберрация картввы-объекта на перВой поверхности волоконного узла, превышащщая а поперечном направлении диаметр волокон, недопустима. Недопушнмы сфе. ричеагая аберрация, «ома, астигматмзм, хроматические аберрации положения и увеличения, если онн превышают указанный предел. Однако кривизна изображения и дисторсня, не влниющие на резкость н требующие липгь смешения (продольного нлн поперечнога) положения точки изображения, допустимы п с помощью волоконных злементаа поддаются исправлению.
Этот вопрос Хорошо освещен В литературе. Применение концентрического объектива. Пусть 00, — концентрический объектив (рисгУП.25), образующий изображения бесконечно улаяенных прелметов иа сферах А,А Аз. По сравнению зтв лг э Р с. Ч!!.З5 с обычными обьективами концентрический обладает следующими преимушествами! качество изображения осгавмя постоянным па всему полю зрения, а не ухудшался от центра к краям; падеяне освещеняостн от центра к краям в плоскости изображения происходит по закону Е = Ез слэм, где м — наклон главного луча с осью в пространстве объектов.
В обычных объективах закон падения содержит четвертую степень косинуса. В неко(орых объективах, специально рассчи, танных на увеличение освещенности изображения на краю ноля, падение ее происходит медленнее, чем в классичзских случаях. Например, в некоторых широноугольных обьективах,рассчн. лл тавпых М. М.
Русиновым п Ф л гй д. С. Волоотвым, освещенность л следует закову совем н даже Ф ч г Р саэг ! м. Наиболее «ерьсзный недостз- 1 ж ' ток рассматриваемых объектив а... вов — из-за большой кривизны поверхности изображения н значительною поля зрении фоточувствительный слой должен лежать на сфере сравнительна большой кривизны. Вга приводит к ряду неудобств. Обойтн этот недостаток помогла волокоянзя оптика. С понощью волокон наго дискополобного узла (рис, Ч! !.25К состоящего нз изогнутых н расширяющихся по длине жшокои— фоковов, мажяа получить плоскую картину, подобную объекту, т. е.
с исправленной днсторсисй. К сожалению, прн нерсхохе от сферической новерхносгл нзображепия А,ААг к плоеной В,Вг исчезает основное преимущество концентрическою объектива. Оснещенность на плоскости теперь меняется по закону соз' м, как это вытекает ив формул фотометрин н иэ принципа сохранения энергии. Растут также потери световой энергия вследствие поглощения, отражений на торцах и т. д. Кроме того, изготовление необходимой волоконной оптики представляет трудности.
Хороший обьектив с исправленной кривизной и без волоконной оптики может дать лучшее качеспю изображения при тех же характеристиках (фткусное рассюяине, относительное отверстие, угол поля зрения! и иесиолько ббльшем значении освшценностн плоскости изображения. Эпгг вывод относится лишь к рассмотренному частному случаю. . Замена яонзектява ввлааонивй лияэой, В свожпых оптических системах (например, в перископак! ход главных лучей регулнруетси коллективами, с помощью иоторых постигается ограничение поперечных размеров компонентов свсгемы. Коллективы, представляющее собой, как правило, положительные линзы, 574 обладают недонсправленной кривизной (положительным значением четвертой суммы), которая прибавляется к кривизне, созда.
вэемой остальными компоиеитамн, болыпннство которых также составляют положгпельные линзы. Как следствие, вся сисюма страдает весьма значительной кривизной, инканимн обычными средствамн не поддакацейся исправлению. Хороший выход нз этого положения создает волоконная линза, помещенная на месте коллЕктива. На рнс.
ЧП.26 изображена телескопическая система, состоящая иэ обьектнва Со коллектива Ь„ оборачявающей системы 2а н окуляра Ьз. Все детали обладают положительной оптической силой. Четвертая сумма системы значительна н с домащью линз не может быть яа сколько-нибудь заметно уменьшена. Однако, + пг ьг Рзс. Чы.тт Рас. Ш!.та если заменнть ноллектнв !., волоконным элементом в виде двояковогнутой линзы йы (на рпс. ЧП.27 изображена в увеличенном масштабе), можно полностью компенсировать кривизну изображений, вызываемую всеми остальными уэламн оптической системы. С этой целью нужно рассчитать для всей системы за исклю- 1 ~~2 а— чением коллектива — Бщ =- ~~ эх †» = †,, Здесь г — радиус я'' 1 крквизны поверхности, а величина Й' =.
— ~ — представляет гт. собой радиус крввизны изображения в среде изображений (для простоты полагаем л, = лг = 1). Пусть Ь вЂ” полудйаметр коллектива, оютаетствующнй краю Ь» ~%т поля зрения. Отложение †,, = разно разности стрелок тд' т ВВ,— АА, которую следует 'придать волоконной линас для тою, чтобы онз компенсировала кривизну всей оптической системы. Величины Щ можно с достаточной степенью точности считать не по дугам (форма которых еще неизвестна), з вдоль прямой, параллельной осн.
Кривизна торцов САВ и С,А,В, определяется нз следующих условвйг 1). поверхмость САВ лолжпа быть сферической, центр ее совпадщт с центром выходного зрачка объектива; 2) поверхность СзА,В, — сферическая с центром на взодцом зрачке си- стемы линз Ез Зтн два условия необходимы, чтобы избежать явления оимметрнэацни, для чего воверхношн торцов должны быть перпендикулярны главным лучам.
Их можно соблюдать лишь приближенно, так иак небольпгое нарушение зтпх условий особенного вреда не принесет. Однако они могут противоречить вышеуназанному требованию исправления кривнзнм всей системы. Кроме того, на поверхности САВ должно образоваться резкое иэображение плоскости предметов, так как иерезиость на торце Волоконного элемегпа никаким образом в дальнейшем не может быть исправлена.
Поскольку число перечисленных условий превышает число свободных параметров, остается юлько одни выход — найти оптимальный коьшромисс между ними. В частности, следует объектив Ег исправить таким образом, чтобы изображение, создаваемое им было резким (из аберраций допустимы только кривизна н листорсия). Желательно подобрать фокусные расстояния отдельных узлов системы таким образом, чтобы устранить перечне ленные противоречия.
Воаможно также присоединение обычной линзы к золокозной, что цоззоляет про эвочь о брат зн ченне кривизны первой (илн второй) поверхности волоконной линзы. Слелует отметить, что изготовление такой сложной волоконной детали, как рассмотренная выше линза, представляет значительные трудности иа-за особой упаковки вазонов, обеспечивашшей, помимо перечисленнык ранее условий, еще'и компенсацию дисторсии всей систены.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
