4.8.2. Диафрагмы и зрачки.

Количество света, достигающее пространство изображения оптической системы, зависит не только от яркости предмета, но и от размеров оптических элементов (линз, зеркал) и диафрагм. Диафрагма представляет собой отверстие, обычно круглое, в непрозрачном экране. Этот экран не пропускает лучи, претерпевшие сильную аберрацию. В этом разделе

под термином «диафрагмы» мы будем понимать не только отверстия в экране, но и края линз и зеркал.

Рассмотрим все лучи, исходящие из осевой точки предмета . Диафрагма, определяющая поперечное сечение пучка, формирующего изображение, называется апертурной диафрагмой. Для определения ее положения необходимо найти параксиальное изображение каждой диафрагмы в части системы, предшествовавшей ей; изображение, которое видно из точки под наименьшим углом, называется входным зрачком. Реальная диафрагма, изображением которой является входной зрачок, является апертурной диафрагмой. (Если эта диафрагма находится перед первой поверхностью, то она совпадает с входным зрачком.) Угол 290, под которым виден диаметр входного зрачка из точки называется угловой апертурой со стороны предмета или просто угловой апертурой (рис. 4.33).

Изображение апертурной диафрагмы той частью системы, которая находится за этой диафрагмой (или изображение входного зрачка всей системой), называется выходным зрачком, угол , под которым виден его диаметр из точки можно назвать угловой апертурой со стороны изображения (или углом проекции системы).

Рис. 4.33. Диафрагмы и зрачки.

В пучке лучей, исходящих из каждой точки предмета, всегда имеется луч, проходящий через центр входного зрачка; он называется главным (или опорным) лучом пучка и играет важную роль в теории аберраций. В отсутствие аберраций главный луч проходит также через центры апертурной диафрагмы и выходного зрачка.

Если апертурная диафрагма находится на задней фокальной плоскости той части системы, которая предшествует этой диафрагме, то входной зрачок расположен в бесконечности и все главные лучи в пространстве предмета будут параллельны оси. Такая система называется гпелецентрической со стороны предмета. Если апертурная диафрагма находится на передней фокальной плоскости той части системы, которая следует за этой диафрагмой, то выходной зрачок лежит в бесконечности, и все главные лучи в пространстве изображения будут параллельны оси; в этом случае система называется телецетрической со стороны изображения. Телецентрические системы используются при измерениях размеров предметов.

Если параметры системы, за исключением величины угловой апертуры, фиксированы, то последняя определяет количество света, проходящего через систему. Имеются и другие величины, часто используемые для описания «светосилы» оптической системы, например числовая апертура объектива микроскопа. Последняя определяется как произведение синуса от половины угловой апертуры со стороны предмета на показатель преломления среды в пространстве предмета, т. е.

Подходящей мерой, характеризующей светосилу систем, предназначенных для работы с предметами, расположенными на больших расстояниях, например телескопов или некоторых фотографических объективов, служит так называемое «число или «номинальное фокальное отношение». Оно равно отношению фокусного расстояния объектива к диаметру входного зрачка т. е.

Так для линзы с фокусным расстоянием 10 см и апертурой 2 см величина . Такая линза называется линзой

Такие величины, как угловая апертура, числовая апертура и число , которые можно считать мерой светосилы прибора, часто называют относительными апертурами.

Кроме апертурных диафрагм, в оптических системах существуют еще и диафрагмы поля ярения-, они определяют ту часть поверхности протяженного предмета, которая отображается прибором. Рис. 4.34 иллюстрирует различие между этими двумя типами диафрагм.

Рис. 4.34. Схема, иллюстрирующая различия между апертурной диафрагмой и диафрагмой поля зрения.

Рис. 4.35. Виньетирование.

Чтобы определить диафрагму поля зрения, найдем сначала изображение каждой диафрагмы той частью системы, которая предшествует ей. Изображение, которое видно из центра входного зрачка под наименьшим углом на рис. 4.33), называется входным люком, а угол полевым углом или углом поля зрения. Диафрагма, которой соответствует входной люк, и является требуемой диафрагмой поля зрения.

Изображение входного люка всей системой (или изображение диафрагмы поля зрения той частью системы, которая следует за ней) называется выходным люком. Угол, под которым виден выходной люк из центра выходного зрачка ( на рис. 4.33), иногда называется угловым полем, изображения.

Может случиться, что некоторые лучи полностью минуют линзу или на часть ее не попадут лучи от ряда областей предмета, даже если величина апертурной диафрагмы меньше диаметра линзы. Такое срезание части пучка называется виньетированием (рис. 4.35). Подобное явление наблюдается довольно редко в системах, обладающих относительно малым полем зрения (например, в телескопах), однако оно играет важную роль в других приборах, например в фотообъективах. Иногда при конструировании оптических приборов используют эффект виньетирования для уничтожения нежелательных внеосевых аберраций.