год издания — 1969, кол-во страниц — 672, тираж — 8000, язык — русский, тип обложки — твёр. 7Б тканев., масса книги — 820 гр., издательство — Машиностроение. Лен. отд.

цена: 1200.00 руб

Сохранность книги — хорошая

Р е ц е н з е н т:
д-р ф.-м. наук проф. Д. Ю. Гальперн

Формат 60x90 1/16

За 30 лет, прошедших со времени выхода первого издания, в прикладной (вычислительной) оптике произошли большие изменения: появились новые области применения оптических систем, новая методика расчёта, на которую повлияло появление электронно-вычислительных машин, в практику вошёл ряд новых систем, усовершенствовалась методика оценки качества изображения, понятие разрешающей способности получило дальнейшее развитие. Всё это вызвало полную переработку книги.

Во втором издании заново написаны главы, посвящённые методике автоматического расчёта систем, основам расчёта допусков в оптических системах, оценке качества изображения, влиянию изменения температуры на изображение, полностью переработаны сведения по расчёту хода лучей, аберрациям третьего порядка, предварительному расчёту конструкций систем, общей методике расчёта систем.

Книга предназначена для инженерно-технических работников — вычислителей и конструкторов оптических систем и широкого круга инженерных работников оптической промышленности.

Табл. 57. Илл. 201. Библ. 69 назв.

За тридцать лет со времени выхода первого издания монографии «Методы расчёта оптических систем» произошли большие изменения в прикладной (вычислительной) оптике. Значительно расширилась спектральная область применения оптических систем, для чего понадобились не только новые материалы, но даже и новая методика расчёта, например для рентгеновского диапазона. Требования к апертурным углам ряда оптических систем типа коллективов и конденсоров достигли пределов возможного —90°, а вместе с тем система не должна содержать более одной-двух линз.

Применение асферических поверхностей уже не является таким редким явлением, каким оно было 30 лет назад, и теория оптических систем с асферическими поверхностями получила заметное развитие; особенно пришлось усовершенствовать методику практических расчётов таких систем.

Но главным событием последних лет оказалось создание быстродействующих электронных вычислительных машин (ЭВМ), от которых помимо значительного сокращения времени на расчёт хода лучей (что привело к возможности не считаться с числом лучей и вычислять на бумаге важнейшие характеристики качества изображения, даваемого оптическими системами) можно было ожидать полной автоматизации расчётов. Однако опыт работы с такими машинами показал, что эти надежды пока преждевременны. Лишь глубокое знание аберрационных свойств оптических систем позволяет направить работу электронных вычислительных машин таким образом, чтобы в малые сроки добиться нужных результатов. Появление машин не умалило значения теории аберраций; наоборот, оно привело к необходимости углубления этой теории в некоторых направлениях, например в области аберраций и исследования свойств систем с асферическими поверхностями. Электронные вычислительные машины значительно ускорили расчёты таких простых систем, как объективы зрительных труб, и в этой области достигнута почти полная автоматизация. Расчёты сложных оптических систем, как, например, объективов с переменным фокусным расстоянием, нашедших в последнее время широкое применение в области фотографии, кинематографии и телевидения, из-за непомерного количества вычислений неосуществимы без помощи этих машин.

Необходимость использования оптических приборов за пределами нижних слоёв атмосферы поставила перед оптической промышленностью новые задачи, в том числе разработку новых групп оптических систем, работающих в условиях значительных изменений температуры. В последние годы советскими и зарубежными авторами создана теория расчёта оптических систем, не расстраивающихся при изменении температуры.

В связи с увеличением светосилы оптических систем и повышением требований к разрешающей способности последних потребовались более совершенные приёмы оценки качества изображения, даваемого этими системами; сложность расчётов, необходимых для этой оценки, уже не страшна после появления ЭВМ. Пришлось более подробно изучить вопросы влияния децентрировки и других ошибок изготовления, а также дефектов материалов на качество изображения.

Во 2-е издание книги введены новые главы: влияние температуры на положение изображения и на аберрации оптических систем, расчёт допусков в оптических системах, в том числе и допусков на децентрировку; глава об оценке качества изображения; о системах, содержащих асферические поверхности, в том числе поверхности с двойной кривизной, из которых составляются анаморфоты. Большое место уделено главе, трактующей о применении ЭВМ к расчёту оптических систем и об автоматизации этих расчётов.

Хотя некоторые главы, в том числе I, II и III, по названию совпадают с соответствующими главами 1-го издания, они подверглись коренной переработке. Исправлены замеченные опечатки, добавлены формулы и графики, оказавшиеся полезными на практике, в частности ряд формул для вычисления волновых аберраций на основании продольных и поперечных; значительно сокращены разделы, относящиеся к мало применяемой в настоящее время методике тригонометрического расчёта хода лучей, а также некоторые другие, необходимость которых не подтвердилась практикой.

Гл. VII написана канд. техн. наук А. П. Грамматиным, п. 13 гл. VIII составлен д-ром техн. наук Г. В. Погаревым.

Большую помощь при собирании и обработке материала оказали Г. Г. Костина и А. И. Слюсарева. Автор выражает им, а также всем сотрудникам отдела, помогавшим ему советами и замечаниями, глубокую благодарность.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предисловие	3

Г л а в а I. Расчёт хода лучей через центрированные оптические
системы из сферических поверхностей	5

1. Введение	—
2. Расчёт хода луча в меридиональной плоскости	6
Обозначения и знаки	—
Формулы	7
Параксиальные лучи	8
Основные формулы	—
Формулы для расчёта хода параксиального луча через систему
бесконечно тонких соприкасающихся линз	10
Соотношения, связывающие координаты двух параксиальных
лучей	—
Определение кардинальных точек оптической системы по
координатам двух произвольных параксиальных лучей	11
Расчёт хода лучей по Смиту	13
3. Расчёт хода лучей в пространстве	17
Расчет хода лучей в пространстве с помощью формул аналитической
геометрии	—
Расчёт косого луча через отражающую поверхность второго порядка	22
Формулы Федера	24
Расчёт хода луча через сферическую поверхность	—
Расчёт хода луча через поверхность второго порядка	27
4. Бесконечно тонкие астигматические пучки	30
Определения —
Формулы Аббе-Юнга для определения положения астигматических
фокусов	31
Случай одной преломляющей поверхности	—
Случай нескольких центрированных поверхностей	33
5. Разностные формулы	36
Разностные формулы для сферической аберрации	—
Разностные формулы для внеосевых пучков	40
Разностные формулы для волновой аберрации	43
6. Некоторые формулы преломления	45
7. Отражение от сферических поверхностей	—
8. Техника вычислений. Ошибки и их нахождение	46

Г л а в а II. Теория аберраций центрированной оптической системы	48

1. Аберрации монохроматических лучей	—
Гауссова теория изображения и эйконалы	—
Общий вид выражений для аберраций третьего порядка	53
Уравнение поверхности волны	56
Каноническая форма уравнения поверхности волны	59
Изображение точек при наличии аберраций	61
Сферическая аберрация	63
Кома	66
Астигматизм и кривизна поля	68
Дисторсия	73
Комбинированные аберрации	75
Определение коэффициентов аберраций третьего порядка
центрированной оптической системы	79
Выражения сумм S через коэффициенты b	—
Определение коэффициентов b_-1, b₀, b₁, b₂, b₃, b₄	83
Вычисление коэффициентов b для одной сферической поверхности	85
Выражения сумм S через радиус показатели и увеличения τ и τ'	87
Выражения сумм S через α и β	—
Выражения сумм S через s и х	91
Две формулы Зейделя	93
Выражения сумм S после исключения величины Q_x	96
Частные случаи	98
Пример вычисления сумм S для фотографического объектива	100
Выражения сумм S после исключения величин y	101
Влияние перемещения входного зрачка на аберрации третьего
порядка	104
Влияние положения предмета на аберрации третьего порядка	105
Аберрации третьего порядка центрированных систем
с несферическими поверхностями	106
Отступление от отношения синусов и кома	112
Применение формул для аберраций третьего порядка к частным
случаям	128
Простая, бесконечно тонкая линза	—
Влияние формы простой линзы на величины Р и W	137
Апланатические точки преломляющей поверхности	139
Афокальный мениск конечной толщины	—
Аберрации высших порядков	140
Приближённые способы вычисления аберраций пятого и более высоких
порядков	146
Сферическая аберрация высших порядков тонких склеенных систем	—
Сферическая аберрация высших порядков систем значительной
длины	147
Интерполяционный метод вычисления коэффициентов аберраций
высших порядков	148
Аберрации высшего порядка для точек, не лежащих на оси
системы	150
Сложение аберраций	151
2. Хроматические аберрации	153
Зависимость показателя преломления от длины волны	—
Классификация хроматических аберраций	169
Хроматическая аберрация положения	170
Хроматическая аберрация увеличений	175
Хроматическая аберрация высших порядков	184
Вторичный спектр или остаточная хроматическая аберрация
положения	—
Двухлинзовые объективы	185
Вычисление величины вторичного спектра для любой спектральной
области	188
Вторичный спектр сложных систем	193
Устранение вторичного спектра	194
Трёхлинзовые системы	196
Хроматическая разность сферических аберраций	197
Хроматическая разность увеличений высших порядков	204
Зависимость хроматических аберраций от положения предмета и
входного зрачка	205
Хроматическая аберрация положения	—
Хроматическая разность увеличений	207
Вычисление хроматических аберраций кардинальных точек	209
3. Вычисление аберраций тригонометрическим путём и их графическое
представление	211
Аберрации для точки на оси (w = 0)	212
Техника вычисления производной от f(sin u')	214
Степень применяемости упрощённой формулы для комы	215
Аберрации для точки вне оси (w ≠ 0)	216
Аберрации главных лучей и бесконечно тонких пучков, направленных
вдоль этих лучей	218
Выбор плоскости наилучшего изображения	220
Контроль результатов расчётов	221
4. Сводка важнейших формул	224
Формулы, связывающие координаты двух произвольных параксиальных
лучей, проходящих через одну и ту же оптическую систему	—
Формулы для проекций поперечных аберраций третьего порядка в
переменных х и s	225
Аберрации в переменных α	226
Разложение аберраций по координатам на выходном зрачке	227
Влияние асферичности поверхностей	228
Телескопические системы	229
Изменение сумм при перемещении предмета и входного зрачка	—
Вычисление комы на основании отступления от отношения синусов	230
Аберрации третьего порядка простой бесконечно тонкой линзы	231
Определение коэффициентов сферической аберрации высших
порядков на основании тригонометрического расчёта хода лучей	234
Хроматические аберрации	235

Г л а в а III. Аберрации третьего порядка систем из бесконечно
тонких линз	240

1. Аберрации третьего порядка бесконечно тонкого компонента	—
2. Хроматические аберрации	246
Хроматическая аберрация положения	—
Хроматическая разность увеличений	247
Величина С_i в простейших компонентах	248
3. Теория основных параметров	249
Основные параметры бесконечно тонкого компонента	251
Некоторые свойства бесконечно тонких компонентов, вытекающие
из теории основных параметров	258
Устранение сферической аберрации бесконечно тонкой системы
для нескольких положений предмета	—
Обращение хода луча в бесконечно тонкой системе. Аберрации
третьего порядка при обращении хода	259
Случай, когда n и n' не равны единице	260
4. Основные параметры в простейших оптических системах	261
5. Афокальные бесконечно тонкие компоненты	266
Двухлинзовые бесконечно тонкие компоненты	267
Предел коррекционных возможностей афокальных бесконечно
тонких компенсаторов и способы их расширения	269
6. Сводка основных формул	270
Аберрации третьего порядка бесконечно тонкого компонента	—
Основные параметры бесконечно тонкого компонента	271
Основные параметры бесконечно тонкой простой линзы	272
Афокальные бесконечно тонкие компоненты	—

Г л а в а IV. Влияние изменения температуры на изображение,
даваемое оптическими системами	273

1. Введение	—
2. Термооптические аберрации при отсутствии градиента температуры	274
Изменение фокусного расстояния бесконечно тонкой линзы	275
Системы с большими воздушными промежутками	277
Коэффициент V оптических стёкол	280
3. Влияние температурного градиента стекла на качество изображения	285
Изменение формы оптической детали и вызванное им отклонение луча	286
Отклонение луча под влиянием градиента в предположении, что
форма поверхности не изменилась	288
Некоторые частные случаи	291
Несимметричное распределение градиента	—
Распределение градиента, симметричное вокруг оптической оси	293
4. Сводка основных формул	295
Случай, когда градиент температуры отсутствует	—
Влияние температурного градиента	296

Г л а в а V. Предварительный расчёт конструкций оптических систем	298

1. Введение	—
2. Основания для габаритного расчёта оптических систем	—
3. Параметры оптической системы	299
4. Соотношения между внешними элементами оптических систем
и требованиями, предъявляемыми к оптической характеристике
системы	300
5. Различные конструкции оптических систем, состоящих из тонких
компонентов и оборачивающих призм	304
Оптические системы из двух компонентов	—
Оборачивающие призмы	305
Качающиеся призмы	311
Оптические системы с обрачивающими системами линз	312
Земные зрительные трубы с одной оборачивающей системой	—
Перископы (с одной или несколькими оборачивающими системами)	314
6. Оптические системы, не входящие в перечисленные группы	322
7. Предварительные данные об аберрациях наиболее часто применяемых
компонентов оптических систем	323
Простые линзы	324
Двухлинзовые склеенные системы	325
Трёхлинзовые склеенные комбинации	—
Несклеенные двухлинзовые системы	326
Несколько бесконечно тонких линз, разделённых бесконечно малыми
воздушными промежутками	327
Окуляры	329

Г л а в а VI. Методика расчёта оптических систем	334

1. Введение	—
2. Основные уравнения алгебраического метода	336
Составление уравнений, их решение	337
Выбор аберраций, подлежащих исправлению	340
Исправление кривизны изображения	342
Исправление астигматизма	344
Исправление аберрации по отдельным компонентам	345
Определение свободных членов аберрационных уравнений	347
Решение уравнений и определение конструктивных элементов
в первом приближении	348
Второе приближение. Учёт толщин и аберраций высших порядков	351
Определение толщин линз	—
Толщина как средство исправления аберраций	353
Переход к системе с конечными толщинами линз	355
Вычисление конструктивных элементов системы	360
3. Тригонометрический контроль	361
Сферическая аберрация	363
Кома	364
Астигматизм и кривизна изображения	367
Дисторсия	368
Хроматическая аберрация положения	369
Хроматическая разность увеличений	—
4. Численные значения аберраций наиболее распространённых категорий
оптических систем	371
5. Нахождение элементов окончательной системы	375

Г л а в а VII. Методы автоматического расчёта оптических систем	378

1. Введение	—
2. Программа для автоматического расчёта двухкомпонентных систем	381
3. Универсальные методы автоматического расчёта	386
Общие соображения	—
Метод Ньютона	390
Первая модификация метода Ньютона	399
Вторая модификация метода Ньютона	414
Метод наименьших квадратов и его модификации	431
Методы минимизации функции качества	438
Некоторые трудности, связанные с использованием метода Ньютона	446
Ускорение сходимости итерационного процесса путём вариации
направления	450
Пример автоматического расчёта объектива для микроскопа	455
4. Проблемы и перспективы автоматизации расчётов	466

Г л а в а VIII. Основы расчёта допусков в оптических системах	471

1. Общие соображения	—
2. Определение частных производных	472
3. Определение максимально допустимого отклонения отдельного
параметра	—
4. Определение значений допустимых отклонений при совокупном
действии всех параметров оптической системы	473
5. Влияние изменения параметров системы на аберрационные
характеристики	—
6. Децентрировка	481
7. Некоторые дополнительные соображения по вопросу допусков	499
8. Окончательное значение допуска	500
9. Уточнение системы допусков	502
10. Допустимая неоднородность оптических стёкол	503
11. Допустимое отклонение углов отражательных призм	506
12. Допустимое отклонение от плоскости для плоских отражающих
зеркал, нормаль к которым образует с осью угол i	509
13. Установление допусков на ошибки изготовления углов призм
и на пирамидальность	510

Г л а в а IX. Асферические поверхности	520

А. Оптические системы, обладающие осью симметрии	—
1. Введение	—
2. Малые отступления от сферических поверхностей	520
Расчёт с помощью логарифмических таблиц	—
Деформирование поверхности	525
3. Точный расчёт хода лучей через поверхности второго порядка
с помощью таблиц логарифмов	526
4. Ряды, определяющие меридианное сечение асферических
поверхностей, и их обращение	529
5. Расчёт хода лучей на ЭВМ	531
6. Расчёт бесконечно тонких астигматических пучков	532
7. Расчёт астигматического пучка для слегка деформированных
поверхностей	538
8. Децентрированные поверхности второго порядка	540
9. Расчёт центрированных систем, содержащих несферические
поверхности, в области аберраций третьего порядка	542
10. Исправление аберраций высших порядков деформацией
преломляющих (отражающих) поверхностей	545
11. Вычисление волновых аберраций	__
Вычисление волновой аберрации для точки на оси	549
Вычисление волновой аберрации для точки вне оси	552
Правило знаков для волновой аберрации	553
12. Деформирование одной поверхности	554
13. Деформирование двух и более поверхностей	556
14. Случай трёх и более деформированных поверхностей	559
15. Применение дифференциальных уравнений для расчёта оптических
систем с несферическими поверхностями	—
Случай одной отражающей поверхности	560
Преломляющая поверхность	—
Апланатическая система двух зеркал	563
16. Применение торических поверхностей в оптических системах	568
17. Сводка основных формул	572
Б. Анаморфоты	574
18. Введение	—
19. Гауссова оптика анаморфотов	576
20. Аберрации третьего порядка анаморфотов	580
21. Вычисление дополнительного члена W_τ— W_H	584

Г л а в а X. Оценка качества изображения	596

1. Введение	—
2. Геометрический и физический луч	598
3. Распределение энергии в изображении точки	606
4. Изображения, симметричные относительно оси	612
Дефокусировка идеальной оптической системы с круглым зрачком	—
Вычисление распределения энергии в пятне рассеяния, вызываемом
дефокусировкой, при круглом зрачке	613
Распределение освещённости при произвольных аберрациях	615
5. Преобразование Фурье и его основные свойства	618
6. Передача пространственных частот	621
Некогерентное освещение	622
Частотно-контрастная характеристика при наличии аберраций	623
Влияние малых аберраций на ЧКХ	625
Переход к случаю больших волновых аберраций	627
Вычисление ЧКХ для точки на оси при малых μδg'	630
Когерентное освещение	631
7. Методика численного определения ЧКХ	634
Случай малых аберраций, не превышающих нескольких длин волн	—
Вычисление ЧКХ для очень малых частот	643
Вычисление ЧКХ в случае больших волновых аберраций
(геометрическое приближение)	646
Вычисление на ЭВМ	648
Некоторые простейшие случаи вида кривой n = f(z)	649
Вычисление ЧКХ аподизированных оптических систем	651
ЧКХ с учётом хроматической аберрации	652
Случай, когда волновые аберрации не превышают нескольких
длин волн	653
Случай, когда волновые аберрации велики	656
Некоторые полезные формулы для вычисления ЧКХ в области
геометрической оптики	657
8. О некоторых других способах оценки качества изображения,
даваемого оптическими системами	—

Книги на ту же тему

Управляемые оптические системы, Воронцов М. А., Корябин А. В., Шмальгаузен В. И., 1988
Структура оптического изображения: Дифракционная теория и влияние когерентности света, Марешаль А., Франсон М., 1964
Габаритный расчёт оптических систем, Русинов М. М., 1959
Оптика микроскопов. Расчёт и проектирование, Панов В. А., Андреев Л. Н., 1976
Методы решения задач по вычислительной оптике, Нефедов Б. Л., 1966
Графо-аналитическая геометрия в применении к оптическим задачам, Пошехонов Б. Л., 1967
Оптические призмы. Проектирование, исследование, расчёт. — 2-е изд., перераб. и доп., Кожевников Ю. Г., 1984
Техническая оптика, Мартин Л., 1960
Прикладная оптика. Фотографические, проекционные и фотоэлектрические системы. Методы аберрационного расчёта оптических систем, Турыгин И. А., 1966
Световые приборы. Учебник для вузов, Карякин Н. А., 1975
Техническая оптика, Русинов М. М., 1979
Силовая оптика, Шмаков В. А., 2004
Инженерная оптика, Сакин И. Л., 1976
Техническая оптика, Русинов М. М., 1961
Волновая оптика. Учебное пособие для университетов. Изд. 2-е, испр. и доп., Калитеевский Н. И., 1978
Физическая оптика, Ахманов С. А., Никитин С. Ю., 2004
Прикладная физическая оптика, Шишловский А. А., 1961
Оптика спектральных приборов, Пейсахсон И. В., 1970
Оптические телескопы будущего, Пачини Ф., Рихтер В., Вильсон Р., ред., 1981
Асферические поверхности в астрономической оптике, Попов Г. М., 1980
Изготовление асферической оптики, Заказнов Н. П., Горелик В. В., 1978
Методы контроля оптических асферических поверхностей, Пуряев Д. Т., 1976
Оптические отсчётные системы в приборостроении и машиностроении, Грейм И. А., 1963
Прикладная оптика и оптические измерения, Мальцев М. Д., Каракулина Г. А., 1968
Теория оптических систем и оптические измерения; Учебник для техникумов, Гвоздева Н. П., Коркина К. И., 1981
Прикладная оптика и оптические измерения (учебник для техникумов), Гвоздева Н. П., Коркина К. И., 1976
Оптические приборы для точных измерений крупногабаритных изделий, Киссам Ф., 1966
Сборка оптических приборов. Учебник для средних профессионально-технических училищ, Ефремов А. А., Законников В. П., Подобрянский А. В., 1978

elapsed time 0.024 sec

/Наука и Техника/Инженерное дело

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему