35. Угловое и линейное поля. Виньетирование. Входное и выходное окна

Одной из основных характеристик оптической системы является ее линейное или угловое поле.

Линейным полем оптической системы в пространстве предметов называют наибольший размер расположенной на конечном расстоянии изображаемой части плоскости предмета, а линейным полем оптической системы в пространстве изображений — наибольший размер изображения, расположенного на конечном расстоянии.

Угловым, полем оптической системы в пространстве предметов называют удвоенное абсолютное значение угла между оптической осью и лучом в пространстве предметов, проходящим через центр апертурной диафрагмы и край полевой диафрагмы, а угловым полем оптической системы в пространстве изображений — удвоенное

абсолютное значение угла между оптической осью и лучом в пространстве изображений, проходящим через центр апертурной диафрагмы и край полевой диафрагмы.

Вернемся к рис. 78, а. Согласно определению полевой диафрагмы (см. п. 33) расположим ее в плоскости промежуточного изображения Тогда согласно изложенному выше линейным полем в меридиональном сечении пространства предметов будет удвоенный отрезок А В, а угловым полем в этом же сечении — ему противолежащий угол с вершиной в точке центре входного зрачка. Аналогично линейным полем рассматриваемой оптической системы в меридиональной плоскости пространства изображений является удвоенный отрезок а угловым полем в этом же сечении — ему противолежащий угол с вершиной в точке центре выходного зрачка.

В общем случае между углами и имеет место следующая зависимость, получаемая аналогично формуле (149):

где показатели преломления сред пространства предметов и пространства изображений соответственно; линейное увеличение в зрачках, равное диаметры входного и выходного зрачков соответственно).

Заметим, что при отыскании входного зрачка были получены изображения 2 и 3. Одно из них (3) оказалось входным зрачком. Рассмотрим действие двух других. Для этого возьмем точку В — крайнюю точку линейного поля в пространстве предметов. Пучок лучей, выходящий из этой и опирающийся на диаметр входного зрачка, будет урезан изображением 2 оправы компонента 2, т. е. самой оправой, которая также является диафрагмой. Через оптическую систему от точки В в меридиональном сечении пройдет только заштрихованная часть пучка лучей, опирающихся на входной зрачок. В рассматриваемом случае оправа компонента 1 (ее изображение на сужение пучка не влияет.

Естественно, можно сделать заключение о том, что освещенность точек в плоскости изображения зависит от степени срезания пучков лучей, идущих от сопряженных предметных точек. В рассматриваемом случае (см. рис. 78, а) освещенность точки будет меньше освещенности точки Точка В является крайней точкой поля. Если увеличить диаметр полевой диафрагмы то крайняя точка увеличенного поля изображения будет иметь еще меньшую освещенность. Следовательно, диаметр полевой диафрагмы должен быть таким, чтобы обеспечивалась приемлемая освещенность крайних точек изображения (расчеты, связанные с освещенностью изображения, изложены в гл. VII. Кроме того, следует заметить, что увеличение поля изображения

Рис. 80. Схема для определения углового поля в пространстве предметов

ограничивается ухудшением качества изображения, обусловленным так называемыми аберрациями.

Из рассмотренных четырех диафрагм (апертурная, полевая и две оправы компонентов) одна — оправа компонента 2 — ограничивает (срезает) пучки лучей, выходящих из точек предмета, лежащих вне оптической оси. Это ограничение пучков лучей называется виньетированием, а диафрагма, вызывающая ограничение,

— виньетирующей. Виньетирующей диафрагмой может быть любая, кроме апертурной и полевой.

На рис. 78, а виньетирующей диафрагмой является оправа компонента

Изображение виньетирующей диафрагмы в пространстве предметов называется входным окном, а в пространстве изображений - выходным окном.

При рассмотрении явления виньетирования было принято, что при определенном размере полевой диафрагмы в образовании изображения участвуют главные лучи (см. рис. 78, а).

Отметим, что в образовании изображений периферийных предметных точек главные лучи могут не принимать участия. Этот случай иллюстрирует рис. 80. Входной зрачок, а следовательно, и апертурная диафрагма, и выходной зрачок имеют конечные размеры. Поэтому предельно возможные границы изображаемого пространства определяют крайние неглавные лучи а, проходящие через оптическую систему.

Угол фактического поля будет больше углового поля определяемого крайними главными лучами.

Если расстояние между входным окном и входным зрачком равно а диаметр входного зрачка и диаметр входного окна то откуда

Абсолютное значение длины отрезка с в формуле (156) означает, что входное окно может находиться (задано) как перед входным зрачком, так и за ним.

Заметим, что вершина угла не совпадает с центром входного зрачка.

Лучи проходящие через односторонне расположенные края входного окна и входного зрачка, ограничивают зону

пространства предметов, все точки которой являются вершинами углов, опирающихся на весь диаметр входного зрачка.

Точки пространства предметов, находящиеся в зоне между лучами уже не могут быть вершинами углов, крайние лучи которых опираются на весь диаметр входного зрачка. На рис. 80 лучи, выходящие из точки В, лежащей на главном луче, опираются лишь на половину диаметра входного зрачка. Вторая половина лучей срезается входным окном. Таким образом, для главных лучей, являющихся сторонами углового поля виньетирование в меридиональной плоскости равно 50%.

Виньетирование, равное 50%, считается допустимым, поэтому угол и принят за угловое поле в пространстве предметов. (В некоторых случаях, в целях увеличения углового поля допускается и большее значение виньетирования.)

Для предметных точек, находящихся на лучах а (рис. 80), виньетирование равно 100%.