Оптика

Свет, оптические детали и характеристики систем

Основные введения о свете читателю, вероятно, известны. Но для того, чтобы избежать недоразумений в терминологии и основных понятиях, договоримся о главном — значении слов.

Свет точечного источника распространяется волнами, которые в однородной среде имеют сферическую форму. Световая волна образует волновой фронт. Нормали к фронту, вдоль которых распространяется свет, называются световыми лучами. Лучи, исходящие из одной точки или собирающиеся в точку, называются гомоцентрическими. Если источник расположен очень далеко (в «бесконечности»), волновой фронт, становится плоским, а пучок лучей — параллельным (рис. 1)

Конические сечения. поверхности вращения

Рис. 4 показывает формы сечения конуса плоскостями, направленными под разными углами к его оси. Плоскость, перпендикулярная оси конуса, пересекает его поверхность по окружности. Если угол уменьшить, линия пересечения будет иметь вид эллипса. Плоскость, проходящая параллельно образующей конуса, пересекает его поверхность по параболе, а если угол еще уменьшить, то по гиперболе.

Как работает телескоп?

Спроецируем с помощью линзы изображение предмета, например окна в комнате, на кусочек матового стекла или кальки и добьемся резкости. С противоположной стороны станем рассматривать изображение на матовом стекле с помощью лупы (рис. 5). Мы увидим увеличенное изображение, которому будут мешать крапинки на стекле. Уберем матовое стекло, не меняя расстояние между первой линзой и лупой. Мы ясно увидим предмет, его «воздушное» изображение. Первая линза — объектив, вторая (лупа) — окуляр телескопа (рис. 6, а).

Простейший телескоп

Если вы впервые сталкиваетесь о телескопостроением, будет полезно построить небольшой телескоп, на сооружение которого уйдут один — два вечера. В качестве объектива лучше всего использовать ахроматический (склеенный из двух линз) объектив от подзорной трубы, теодолита, нивелира и т. п. Фокусные расстояния таких объективов обычно от 200 до 500 мм. Если же такого объектива нет. можно воспользоваться одиночной, лучше плоско-выпуклой или двояко-выпуклой линзой. К сожалению, положительные очковые линзы и насадочные линзы к фотоаппаратам сейчас делают в виде менисков — вогнуто-выпуклых линз, которые меньше годятся для нашей цели. Но на худой конец подойдут и они. Только нельзя, как это иногля рекомендуется, ставить два мениска вогнутыми поверхностями друг к другу. От этого их сферическая аберрация (см. § 5) резко возрастает, уж если мы и решили поставить две линзы мениска, то лучше их обе ставить выпуклыми сторонами вперед.

Аберрации

Каждый объектив или окуляр в той или иной мере страдает от различных оптических дефектов — аберраций. Общая картина искажений вида предмета в фокальной плоскости сложна, но из этой сложной картины можно выделить главные составляющие.

Сферическая аберрация. Особенностью сферической поверхности является то, что ни линза, ни зеркало с такой поверхностью не могут свести параллельный пучок строго в точку. Это происходит от того, что оптическая сила краев такой линзы или зеркала больше, чем это надо было бы.

Ахроматические линзы

В общем случае оптические силы линз из двух разных стекол и их числа Аббе можно подобрать так, чтобы хроматизм пары был равен нулю (такие системы называются

ахроматическими, или ахроматами). Тогда. В этом случае лучи С и F соберутся в одной точке, а все остальные в непосредственной близости. С таким объективом наблюдатель увидит значительно меньший ореол вокруг звезды Это так называемый остаточный хроматизм.