Оптические системы

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

Сначала методами параксиальной оптики (см. Параксиальный пучок лучей)производят расчёт общего расположения оптических деталей и их размеров (габаритный расчёт). В результате определяются число компонентов О. с., расстояния между ними, их диаметры и фокусные расстояния, на основе чего составляют эскизный проект системы, уточняют её размеры и вес. Иногда при габаритном расчёте выясняется, что построить О. с. принципиально невозможно (не выполняются какие-либо общие законы энергетики или противоречивы требования). На втором этапе расчёта определяются конструктивные элементы отдельных узлов О. с. из условия устранения её аберраций (см. Аберрации оптических систем). Количество исправляемых аберраций связано как с назначением О. с., так и с её 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). Ещё сложнее (20-25 линз) объективы с переменным фокусным расстоянием, в которых аберрации должны быть исправлены для нескольких значений фокусного расстояния. В первом приближении расчёт выполняется на основе теории аберраций 3-го 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.

Лит. см. при ст. Объектив.

? Г. Г. Слюсарев.