§ 112. Широкоугольные зеркально-линзовые объективы
Одной из особенностей работы отражательных несферических поверхностей второго порядка является возможность строгого устранения астигматизма для расположения выходного зрачка в одном из геометрических фокусов кривой второго порядка.
Кроме того, так как при отражении всегда сохраняется равенство углов падения и отражения, точки отражения главного луча всегда можно рассматривать как узловые точки.
Равенство же отношения показателей преломления минус единице обусловливает собой равенство передних и задних фокусных расстояний. Благодаря этому при прохождении главного луча через геометрические фокусы кривой второго порядка имеет место равенство сагиттальных и меридиональных фокусных расстояний вдоль главного луча и, как следствие, отсутствие астигматизма при произвольном положении предметной точки на главном луче. Вместе с тем геометрические фокусы отражательных поверхностей второго порядка являются сопряженными точками, изображаемыми друг другом без возникновения сферической аберрации.
Таким образом, отражательная поверхность второго порядка может рассматриваться как строго анастигматическая поверхность для произвольного положения предмета при строгом отсутствии аберрации в зрачках, когда последние будут совмещены с ее геометрическими фокусами.
Такими же свойствами обладают и концентрические поверхности. Они так же строго свободны от астигматизма при произвольном положении предмета, если главные лучи проходят через общий центр этих поверхностей.
Рассматривая такие отражательные поверхности и концентрические системы как конструктивные элементы, обладающие одними и теми же свойствами, сохраняем эти свойства (строгое отсутствие астигматизма при произвольном положении предмета и строгое отсутствие аберрации в зрачках) для оптических систем, скомпонованных только из вышеуказанных элементов.
При этом и концентрические линзы и отражательные поверхности будут также строго свободными и от хроматизма увеличения.
Одной из особенностей отражательных поверхностей является то, что отраженные ими лучи идут в том же пространстве, что и падающие лучи. Поэтому для их разделения приходится прибегать либо к пропусканию изображения через часть зрачка (что практикуется в тех случаях, когда величина поля зрения меньше, чем величина отверстия зрачка, как это имеет место в зеркальных объективах астрономических инструментов), либо, наоборот, при больших полях зрения пропускать через часть поля зрения зрачки системы.
При развертке зеркальных вогнутых поверхностей их можно рассматривать в качестве положительных зеркальных линз,
отличающихся тем, что создаваемая ими при этом кривизна поверхности изображения при положительной силе получается не отрицательной, а положительной;
Рис. 22.11. Зеркально-линзовый широкоугольный объектив
поэтому, сочетая зеркальную линзу с концентрической системой, обладающей при положительной силе отрицательной кривизной, получаем потенциальную возможность устранения кривизны поля для какого-то одного заранее выбранного полевого угла.
Наиболее простой оптической системой подобного рода является сочетание эллиптического зеркала с концентрической линзой. Конструктивно в такую систему целесообразно ввести [плоское зеркало с отверстием, совпадающим со зрачком входа.
Подобная система представлена на рис. 22.11, а на рис. 22.12 — ее развертка. В качестве численного примера приведем систему со следующими данными:
Графики аберраций этой системы для угла поля зрения 
представлены на рис. 22.13. Эллиптическая поверхность не будет корригирована на кому и дисторсию, что наблюдается на графиках аберраций.
Рис. 22.12. Развернутая схема зеркально-линзового объектива
Совершенно очевидно, что приведенная система при обратном ходе лучей может быть также корригирована на кривизну поля для одного полевого угла, но тогда она будет иметь уже положительную дисторсию.
Рис. 22.13. Графики аберраций зеркально-линзового объектива
Ранее было установлено, что при составлении симметричной системы при увеличении, равном минус единице, происходит автоматическое устранение полевых аберраций нечетного характера — комы, дисторсии и хроматизма увеличения.
В подобном случае объединяем обе концентрические линзы друг с другом и тогда приходим к симметричной системе, представленной на рис. 22.14.
Так как рассматриваемая система не обладает аберрацией в зрачках, то при изменении положения предмета, вплоть до удаления его в бесконечность, должно соблюдаться строгое отсутствие астигматизма и дисторсии по всему полю зрения, а кривизны поля — для одного определенного полевого угла.
Однако при отступлении от увеличения, равного минус единице, начнется возникновение комы, присущее всем симметричным системам независимо от их конструктивных схем.
Заменяя в симметричной зеркально-линзовой системе плоские зеркала на гиперболические и не нарушая при этом всех основных свойств системы, можно добиться также строгого исправления кривизны поверхности изображения по всему полю зрения независимо от положения предмета.
Рис. 22.14. Схема ортоскопического зеркально-линзового объектива
При введении в подобную систему компенсаторов комы, расположенных в зрачках, получаем схему объектива «Руссар-69», представленную на рис. 22.15 вместе с графиками аберраций.
Заметим, что система, построенная по этому принципу, легко может быть превращена в зеркально-линзовый перископ со строгим исправлением всех аберраций, кроме сферической аберрации и хроматизма положения.
Схема такого перископа с однократным увеличением представлена на рис. 22.16, а графики аберраций из-за их отсутствия, естественно, неприводятся.
(кликните для просмотра скана)
