§ 99. Системы с двумя базовыми линзами

Рассматривая базовые линзы предыдущего параграфа, следует обратить внимание на то обстоятельство, что во всех этих линзах, кроме линзы оптическая сила создается за счет работы одной преломляющей поверхности. Совершенно очевидно, что сосредоточение силы на одной поверхности приводит к уменьшению ее радиуса, со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Вполне естественно попытаться разложить оптическую силу системы на две или большее число силовых линз. При этом можно сохранить те же самые требования, которые предъявлялись при исправлении аберраций к одиночным базовым линзам, т. е. обеспечение устранения астигматизма и комы.

Такое составление систем из двух базовых линз должно свестись к суммированию одиночных силовых линз с силовыми элементами участие в суммировании других базовых элементов невозможно, так как это приводит к нереальным системам.

Таким образом, получим следующие базовые системы:

и

Системы второй строки, построенные на сочетании концентрической базовой линзы с линзами, расположенными после нее, приводят к конструкциям с несоразмерными передней и задней линзами и с весьма ограниченными полями зрения; из-за этого такие системы не будут представлять практического интереса.

Системы третьей строки можно получить из одиночных базовых линз введением в них воздушной биапланатической линзы, устраняющей в этих линзах большую массу стекла.

Поэтому эти три системы можно зашифровать в виде

Двухлинзовые базовые системы четвертой строки представляют самостоятельный интерес, так как в этих системах, подобно системам первой строки, существенно увеличивается относительное отверстие и уменьшается исходная сферическая аберрация.

Таким образом, получим 13 двухлинзовых базовых систем. Пять из них, которые завершаются близфокальными и апланатическими поверхностями могут быть исправлены на кривизну поля.

Все вышеперечисленные системы вместе с графиками аберраций и конструктивными элементами представлены на рисунках: системы первой строки — рис. 20.13; системы второй строки — рис. 20.14; системы третьей строки — рис. 20.15; системы четвертой строки — рис. 20.16.

При переходе к двухлинзовым базовым системам можно отказаться от одновременного исправления в обеих базовых линзах астигматизма и комы, ограничиваясь, например, одним исправлением астигматизма, т. е. используя в качестве базовых линз анастигматические.

В этом случае, очевидно, потребуется взаимная компенсация комы для совокупности обеих анастигматических линз, что осуществляется симметричным расположением анастигматических линз по обе стороны относительно материальной диафрагмы. Для лучшего исправления комы всегда возможно прибегнуть к введению некоторого коэффициента пропорциональности между обеими анастигматическими линзами.

Рис. 20.13. (см. скан) Двухлинзовые базовые системы на основе плоско-выпуклой линзы:

Учитывая, что анастигматические линзы могут быть либо первого, либо второго рода, двухлинзовые базовые системы можно зашифровать в виде

где цифрой 2 обозначена симметричная система, буквами анастигматичность и цифрами I и II — принадлежность линзы

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

к первому или ко второму роду, характеризующемуся одинаковыми или различными знаками углов падения и преломления главного луча на обеих поверхностях анастигматических линз.

Эти две базовые системы с графиками аберраций представлены на рис. 20.17, а, б в виде схем объективов «Гипергон» и типа перископ; первый объектив, как уже отмечалось ранее, обладает весьма большим полем зрения, доходящим до величины

Рис. 20.17. (см. скан) Симметричные базовые системы на основе двух менисков:

Сопоставляя графики аберраций этих объективов, видим, что у объектива «Гипергон» устранена кривизна поверхности изображения за счет удовлетворения условия Петцваля уравниванием радиусов у обеих анастигматических линз второго рода, тогда как у объектива типа перископ кривизна поля остается недоисправленной.

Принципиально представляется возможным, переходя к ближнему положению входного зрачка у менискообразпых линз

объектива «Гипергон», превратить эти анастигматические линзы в линзы первого рода с равными радиусами кривизны и тем самым обеспечить исправление кривизны поля в объективе типа перископ.

Однако ближнее положение анастигматического зрачка у мениска с равными радиусами кривизны оказывается в глубине линзы, делая невозможным размещение материальной диафрагмы и создание симметричной системы.

Вместе с тем углубление зрачка внутрь линзы может привести к его выходу из линзы с другой стороны. Тогда приходим к весьма своеобразной конструкции симметричного объектива из двух менисков с равными радиусами, обращенных выпуклыми сторонами друг к другу, корригированных на астигматизм, кому и кривизну поверхности изображения. Схема такого объектива и графики аберраций приведены на рис. 20.17, е; она получена также на основе рассматриваемой классификации.

К числу двухлинзовых базовых систем, корригированных на астигматизм и кому, можно было бы условно присоединить и системы одиночных базовых линз в сочетании с коррекционными элементами, не обеспечивавшими полного исправления кривизны поля. К таким системам могут быть отнесены системы, построенные из четырех одиночных базовых элементов с концентрической наружной поверхностью с добавлением плоско-вогнутой коррекционной линзы впереди.

Таким образом, получаем еще пять базовых систем следующего вида:

которые представлены на рис. 20.18. Две из этих систем — — могут быть исправлены на кривизну поля, поэтому их следует отнести в группу систем с одиночным базовым элементом, исправленных на астигматизм, кому и кривизну поля.

Размещая коррекционные элементы позади одиночных базовых линз, получаем системы следующего вида:

не корригированные на кривизну поля. Эти три системы представлены на рис. 20.19.

Добавление элемента приводит к трем системам с исправленной кривизной поля, которые тоже можно отнести к группе систем с одиночным базовым элементом, корригированных на астигматизм, кому и кривизну поля.

Таким образом, общее число систем, составленных из двух линз и позволяющих обеспечивать исправление трех аберраций (астигматизма, комы и кривизны поверхности изображения),

(кликните для просмотра скана)

возрастает, с учетом компенсационных схем, до 30. Эти системы могут быть представлены в виде классификационных таблиц.

В табл. 20.1 приведены почти все двухлинзовые системы, построенные из концентрических и апланатических поверхностей.

Рис. 20.19. (см. скан) Двухлинзовые системы с вогнуто-плоской линзой, расположенной позади базовой линзы:

Четыре вертикальных столбца этой таблицы соответствуют четырем простейшим базовым линзам, а горизонтальные строки — простейшим коррекционным элементам. На пересечении вертикальных столбцов с горизонтальными строками размещаются двухлинзовые системы, шифр которых складывается из шифров базовой и коррекционной линз. При этом в системах двух последних

(см. скан)

строк роль коррекционных элементов играют базовые линзы незаполненные клетки таблицы объясняются нереальностью некоторых систем.

Симметричные и компенсационные двухлинзовые системы, исправленные на астигматизм, кому и кривизну поля, приведены в табл. 20.2.

Таблица 20.2 (см. скан)