§ 100. Исправление кривизны поля для двухлинзовых базовых систем

Рассмотрим оптические системы с двумя силовыми линзами, используя результаты, полученные в предыдущем параграфе, в котором установлено 13 двухлинзовых систем, у которых обеспечивается одновременно устранение астигматизма и комы. Будем вводить в эти системы различные коррекционные элементы для исправления кривизны поля.

Однако в четырех двухлинзовых системах, у которых последняя поверхность является близфокальной, имеется возможность исправления кривизны поля при помощи этой близфокальной поверхности, что позволяет исключить их из рассмотрения. Тогда мы будем располагать лишь девятью двухлинзовыми базовыми системами:

В системах с последней плоской близфокальной поверхностью добавление в качестве коррекционного элемента линзы Смита

(кликните для просмотра скана)

невозможно, а использование самой поверхности приводит системы правого столбца к системам с исправленной кривизной поля, которые отнесены к двухлинзовым системам.

Таким образом, добавление линзы Смита дает нам пять систем из трех линз

Эти системы, за исключением второй, представлены на рис. 20.20; вторую систему не удается осуществить из-за очень крутого радиуса у близфокальной линзы Смита.

Рис. 20.21. Трехлинзовые системы с биапланатической линзой:

Добавление биапланатической линзы также возможно в этих пяти системах; однако в той из них, которая завершается апланатической поверхностью, исправление кривизны поля может быть достигнуто за счет использования толщины линзы, что переведет такую систему в группу двухлинзовых систем.

Таким образом, получаем четыре системы:

Системы нижней строки приводят к чрезмерно малым габаритам последней линзы, что делает их практически не осуществимыми; оставшиеся две системы — могут иметь практическое применение; их схемы представлены на рис. 20.21.

(кликните для просмотра скана)

Добавление концентрической линзы возможно для шести систем, причем для трех из них с перестройкой первой плоской поверхности на апланатическую и размещением концентрической коррекционной линзы впереди, т. е. получаем системы вида которые представлены на рис. 20.22.

Рис. 20.23. Трехлинзовые системы с внутренней концентрической линзой:

Рис. 20.24. Система с задней концентрической линзой

Для двух других систем размещение концентрической коррекционной линзы возможно внутри системы. Они имеют следующий шифр:

и изображены на рис. 20.23.

Последняя система с задней концентрической линзой может быть зашифрована в виде

и представлена на рис. 20.24.

Замена концентрических линз на плоско-вогнутые возможна в системах с передней концентрической коррекционной линзой и приводит к системам вида

которые представлены на рис. 20.25.

(кликните для просмотра скана)

При расположении концентрической коррекционной линзы позади системы тоже возможна замена ее на плоско-вогнутую линзу, что приводит к системе вида

которая представлена на рис. 20.26.

Рис. 20.26. Система с близфокальной линзой

Рис. 20.27. Система с воздушной биапланатической линзой, введенной в концентрическую линзу

Концентрическая коррекционная линза может быть преобразована в две линзы с внутренними апланатическими поверхностями. Это позволяет систему превратить в трехлинзовую

изображенную на рис. 20.27.

Таким образом, получается 19 трехлинзовых систем, корригированных на астигматизм, кому и кривизну поля. В пяти из этих систем, в которых используются концентрические коррекционные линзы, возможно исправление, кроме вышеупомянутых трех аберраций, еще и сферической аберрации.

В базовых системах, построенных на использовании двух симметрично расположенных менисков, точно также можно

применять все коррекционные элементы для исправления кривизны поля. Это позволяет получить следующие системы: с использованием линзы Смита (рис. 20.28)

с использованием биапланатической линзы (рис. 20.29)

с использованием концентрической коррекционной линзы (рис. 20.30)

Рис. 20.28. Симметричные базовые системы с близфокальиой лиизой:

При применении анастигматических линз второго рода размещение концентрической коррекционной линзы вне системы становится невозможным, и тогда приходится переходить к размещению ее между анастигматическими линзами. Это приводит к системе вида

представленной на рис. 20.31.

(кликните для просмотра скана)

Используя анастигматические мениски первого рода и заменяя концентрические линзы на плоско-вогнутые, получаем системы вида

представленные на рис. 20.32.

Таким образом, имеем еще девять систем, корригированных на астигматизм, кому и кривизну поля.

Система типа построенная на сочетании симметричной системы из двух менисков с дальним положением зрачка с внутренней концентрической линзой, использовалась в качестве широкоугольных аэросъемочных объективов «Руссар-1» и «Руссар-19».

Рис. 20.31. Объектив «Руссар-1»

Эти объективы обладали полем зрения при относительном отверстии Графики аберраций объективов «Руссар-1» и «Руссар-19» приведены на рис. 20.31 и 20.33 вместе с их схемами.

Заметим, что системы или построенные на основе использования симметричной базовой системы из двух анастигматических менисков с ближним положением зрачка и концентрической коррекционной линзой снаружи, можно рассматривать как прототипы объектива типа плазмат.

Переход к трехлинзовым системам позволяет использовать для исправления кривизны поля зрения сдвоенные анастигматические и телеанастигматические линзы как первого, так и второго рода. Те и другие могут выполняться стеклянными или воздушными линзами. Поэтому к исходным шести одиночным базовым линзам можно добавить и стеклянные, и воздушные анастигматические и телеанастигматические линзы.

Стеклянные линзы можно добавить лишь к базовым линзам При этом линза преобразуется в линзу и мы получаем следующие системы:

причем линзы могут быть выполнены в виде тонких отрицательных линз. Эти четыре системы представлены на рис. 20.34.

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

Воздушные анастигматические линзы требуют для своего размещения в базовых линзах заполнения стеклом, пространства вокруг материальной диафрагмы.

Такими базовыми линзами могут служить линзы ; в линзах кривизна поля может быть устранена с помощью последней поверхности, поэтому ее не учитываем. Тогда, применяя воздушные анастигматические линзы первого рода, получаем следующие системы:

Рис. 20.35. Трехлинзовые системы с воздушными анастигматическими линзами:

Эти три системы представлены на рис. 20.35. Система широко известна как один из вариантов объектива типа триплет. Система — триплет с передней плоской поверхностью — в литературе не встречалась и определилась лишь на основе классификации. Она может быть полезной в качестве прототипа гидросъемочного объектива средней широкоугольности.

Используя в качестве коррекционного элемента двойные воздушные телеанастигматические линзы второго рода, получаем следующие три системы:

представленные на рис. 20.36.

Первая система может служить прототипом гидросъемочного объектива с увеличенным полем зрения; вторая система является прототи пом широкоугольного аэросъемочного объектива «Руссар-29»

с аберрационным виньетированием, соответствующим третьей степени косинуса полевого угла, и полем зрения, доходящим до

Рис. 20.36. (см. скан) Трехлинзовые системы с воздушными телеанастигматическими линзами:

Добавление третьей линзы за счет введения концентрической склеенной поверхности (нормальной склейки, обладающей положительной сферической аберрацией) позволяет в двухлинзовых базовых системах, корригированных на астигматизм, кому и кривизну поверхности изображения, решить задачу исправления

сферической аберрации. Таким образом, приходим к системам следующего вида:

В эти системы не включены системы с концентрическими менисками, которые обеспечивают не только исправление кривизны поля, но и сферической аберрации.

Перечисленные выше системы с концентрическими склеенными поверхностями представлены на рис. 20.37.

Общее число трехлинзовых систем, корригированных на астигматизм, кому и кривизну поверхности изображения, достигает 44. В это число не вошли трехлинзовые системы компенсационных типов, составляемые из тонких линз.

Аналогично двухлинзовым системам все трехлинзовые системы можно свести в классификационные таблицы.

Табл. 20.3 содержит два вертикальных столбца, соответствующих двум исходным базовым линзам на основе которых возможно построение трехлинзовых систем. В горизонтальных строках этой таблицы помещены системы, в которых используются в качестве коррекционных элементов близфокальные биапланатические концентрические и плоско-вогнутые линзы.

Остальные трехлинзовые системы, корригированные на астигматизм, кому и кривизну поля, представлены в табл. 20.4. В горизонтальных строках этой таблицы сначала расположены системы, в которых используются сдвоенные коррекционные элементы. Затем следуют системы, построенные на основе использования базовых систем симметричного типа, и в последней части таблицы — системы со склеенными концентрическими поверхностями.

Перейдем к рассмотрению компенсационных схем из трех тонких линз. Наиболее типичной системой такого рода является объектив типа триплет, состоящий из двух положительных линз, между которыми расположена третья, отрицательная линза.

Оптическая сила третьей линзы должна быть по абсолютной величине равной сумме сил обеих положительных линз.

В подобной системе уместно расположение материальной диафрагмы вблизи средней линзы. Благодаря этому обеспечивается возможность варьирования прогиба средней линзы без изменения ее астигматизма и, как следствие, астигматизма всей системы.

Изменение прогибов наружных положительных линз будет связано с изменением всех аберраций (кроме изменения кривизны поля); однако здесь может быть установлено некоторое разделение влияний прогибов.

Так, если обе положительные линзы будут прогибаться в одну и ту же сторону, будем наблюдать преимущественное изменение нечетных аберраций — комы и дисторсии.

(кликните для просмотра скана)

(см. скан)

(см. скан)

Прогибы же положительных линз, направленные навстречу друг другу, наоборот, будут оказывать преимущественное влияние на четные аберрации — астигматизм и сферическую аберрацию.

Прогиб средней линзы не изменит астигматизма и выразится в воздействии на кому и сферическую аберрацию.

Таким образом, представляется возможным, задаваясь некоторым прогибом первой положительной линзы, с помощью другой положительной линзы добиться устранения астигматизма.

Из оставшихся после этого неустраненных аберраций — комы и сферической аберрации — одну из них можно устранить с помощью прогиба средней отрицательной линзы, не ухудшая исправления астигматизма.

В результате устанавливается зависимость между величиной прогиба первой линзы и величиной последней оставшейся неисправленной аберрации. Используя эту зависимость, можно подобрать такую величину прогиба первой линзы, при которой произойдет устранение последней аберрации.

При этом в трехлинзовой системе остаются неиспользованными два воздушных промежутка, изменением которых можно влиять на дисторсию.

В компенсационных системах с достаточно большим числом свободных параметров легко произвести перестройку одной системы в другую, что затрудняет четкое их разделение. Нередко компенсационные системы приводят и к системам с использованием концентрических и апланатических поверхностей и коррекционных элементов, обеспечивающих исправление кривизны поля.