63. Зеркальные осветительные системы

Рассмотрим зеркальные осветительные системы, предназначенные для освещения предметов, находящихся на конечном расстоянии от этих систем, в целях наблюдения этих предметов или получения их изображений с помощью оптических приборов.

Эти системы, называемые также катоптрическими, имеют следующие отличительные особенности: отсутствие хроматических аберраций, большой угол охвата (до 180° и более), малая масса по сравнению с линзовыми системами при равных относительных отверстиях, большой коэффициент пропускания. Во многих случаях перечисленные особенности являются определяющими при выборе вида осветительной системы.

Простейшая зеркальная осветительная система — это вогнутое сферическое зеркало. Однако она имеет ограниченное применение из-за большой сферической аберрации, больших потерь световод потока и неравномерности освещенности. Сферические зеркала имеют угол охвата до 110° и линейное увеличение Сферическое зеркало часто применяют как концентрический отражатель, в котором источник света помещается в центр кривизны для более полного использования светового потока.

Эллипсоидное зеркало показано на рис. 145, а. В фокусе зеркала находится точечное тело накаливания электролампы, изображение которого получается в фокусе совмещенном с центром входного зрачка последующего объектива. Предмет у, например диапозитив или негатив, помещают вблизи

Рис. 145. Эллипсоидные зеркала

зеркала на расстоянии Наибольший размер предмета равен диаметру выходного зрачка зеркала.

Угол сходимости (удвоенный выходной апертурный угол зеркала) должен быть равен угловому полю объектива или несколько больше его. Расстояние от вершины эллипсоида до фокуса выбирают так, чтобы можно было разместить электролампу с патроном. Положение предмета у относительно входного зрачка объектива, определяемое расстоянием находят, например, требуемому увеличению выбранного объектива.

Из рис. 145, а следует, что

Удвоенный выходной апертурный угол зеркала полученный по формуле (301), как было указано, должен быть больше углового поля объектива.

При назначенном расстоянии между срезом зеркала и освещаемым предметом световой диаметр зеркала (диаметр выходного зрачка)

Найдем полуоси эллипсоида, стрелку зеркала и угол охвата

Расстояние между фокусами эллипсоида

Удаление фокуса от вершины эллипсоида

Возьмем На эллипсе (в меридиональном сечении эллипсоида) точку так, чтобы она лежала на краю выходного зрачка. Для этой точки, как и для другой точки эллипса,

Из формул используя тригонометрические соотношения в соответствии с рис. 145, а, получим следующие зависимости для определения полуосей эллипса:

Стрелка зеркала

Угол охвата определяют по формуле

Пример. Даио угловое поле используемого объектива диапозитива 6X6 см),

Вычисления по формулам (301), (302), (306)-(309) дают следующие результаты:

Угол охвата эллипсоидных зеркал часто превышает 180°, что позволяет наиболее полно использовать световой поток излучателя.

Эллипсоидный отражатель проецирует световое тело излучателя во входной зрачок объектива, заполняя изображением всю площадь зрачка. Обычно диаметр входного зрачка последующей системы должен быть больше диаметра окружности, вписанной в световую площадку излучателя. Для выполнения этого условия линейное увеличение зеркальной системы (рис. 145, а) Одновременно должно быть выполнено условие где — диаметр входного зрачка последующей оптической системы; диаметр светового тела излучателя.

На рис. 145, б показано эллипсоидное зеркало, имеющее не только большой угол охвата но и большой угол сходимости являющийся также важной характеристикой осветительных систем (для обеспечения условия где — угловое поле последующей оптической системы, например широкоугольного проекционного объектива).

В кинопроекторах широко применяют сфероэллипсоидные конденсоры (рис. 146), представляющие собой стеклянные детали с преломляющей сферической поверхностью и эллипсоидной отражающей поверхностью. Угол охвата этих систем достигает 140°, а увеличение

Преимуществом сферических зеркал является их простота, но присущая им сферическая аберрация уже в осевом пучке часто ограничивает их применение. Эллипсоидные и параболоидные зеркала свободны от аберраций осевого пучка лучей, но аберрации наклонных пучков лучей в этих зеркалах превышают аберрации сферических зеркал, кроме того, изготовить их пока еще значительно труднее, чем сферические зеркала.

Рис. 146. Сфероэллипсоидный конденсор

Рис. 147. Сферическое зеркало с коррекционной пластиной

Для устранения сферической аберрации сферического зеркала на пути отраженных лучей устанавливают коррекционную пластину, например, типа пластины Шмидта (рис. 147).

Многие недостатки зеркальных осветительных систем могут быть устранены в линзовых системах, несмотря на наличие в них хроматических аберраций. Поэтому линзовые осветительные системы, называемые линзовыми конденсорами, находят широкое применение в различных оптических приборах.