• Страница 0 - название энциклопедической статьи.
  • Страницы 1, ... - доп. материал, связанный с энциклопедической статьей, указывать в "Ссылки".
  • Страница: инфо , 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25

Рис.12 Оптическая схема портретного объектива Й. Петцваля (1840 г.) и графики его аберраций: а - график сферической аберрации ( δ S'); б - график астигматизма ( m - для меридиональной составляющей; S - для сагиттальной); h - высота падения луча; W - полевой угол

Рис. 13.png

Рис.14 Микроскопы Аббе, объективы которых имеют гомогенную иммерсию (Политехнический музей, Москва): а - образца 1898 г.(№ 44648); б - конца XIX в. (№ 44657)

В 1886 г. сотрудником Аббе становится П. Рудольф - специалист по тригонометрическим расчетам оптических систем. Им был произведен расчет предложенного Аббе симметричного триплета, в котором крайние линзы были простыми, а средняя - склеена из трех линз; ее назначение состояло в том, чтобы уничтожить сферическую и хроматическую аберрации. Для расчета этого объектива Аббе вывел новые формулы, позволяющие определять астигматизм. Вычисления проводил Рудольф. Выбор стекол с различной относительной дисперсией давал Аббе и Рудольфу возможность не только уничтожить вторичный спектр, но и выполнить условие синусов для многих цветов, т.е. появилась возможность создания фотографического объектива-апохромата. В конце 80-х годов XIX в. такой объектив был создан. Он имел фокусное расстояние 100 мм, относительное отверстие 1 : 7,2; продольная сферическая аберрация не превышала 0,4 мм.

В 1888-1889 гг. Рудольф по поручению Аббе занялся расчетом объективов, в которых должен был быть исправлен астигматизм - главный недостаток фотографических объективов того времени. Рудольф прежде всего хотел получить оптическую систему, свободную от сферической аберрации, астигматизма и дисторсии для однородных лучей определенного цвета, а затем при помощи новых сортов стекла уничтожить и хроматическую аберрацию.

На основании проведенного тригонометрического расчета хода лучей Рудольф пришел к следующим выводам: если в апланате расстояние между линзами выбрано так, чтобы изображение было возможно плоским, то астигматическая разность равна нулю только в точке пересечения изображения с осью системы; с увеличением угла наклона главных лучей к оси системы астигматическая разность увеличивается; с уменьшением расстояния между половинами апланата астигматическая разность уменьшается, но изображение перестает быть плоским.

Согласно вычислениям Рудольфа, объектив-анастигмат должен состоять из двух систем:

1 - склеенной системы, в которой показатель преломления крона меньше показателя преломления флинта (это необходимо для уничтожения сферической аберрации);

2 - склеенной системы, в которой показатель преломления крона больше показателя преломления флинта (такое сочетание необходимо для получения анастигматического плоского изображения).

В 90-х годах XIX в. Аббе предложил конструкцию симметричного фотографического объектива-триплета типа "перископ", в котором крайние линзы были простыми, а средняя представляла собой ахроматическую пластинку, склеенную из трех линз; она предназначалась для коррекции сферической и хроматической аберраций. В 1893 г. Рудольф построил анастигмат-дублет, который можно считать образцом объектива такого типа. В 1896 г. Рудольф рассчитал светосильный объектив "рланар", имеющий фокусное расстояние 100 мм и относительное отверстие 1 : 3,3. В этом объективе была применена гиперхроматическая линза. В 1902 г. Рудольф создал известный во всем мире и употребляющийся до сих пор четырехлинзовый объектив "Тессар" (рис. 13).

После того как на основании теоретических и практических исследований был найден принцип ахроматизации оптических систем, а из работ Аббе выявилось значение апланатизма и апохроматизма, стали изготовлять оптические системы, почти достигающие те пределы, которые ставит перед оптикой волновая природа света.

Иммерсионные объективы[править | править код]

Около 1860 г. известные немецкие оптики Е. Гартнак и Г. Мерц, следуя идее итальянского оптика Д. Амичи, стали создавать так называемые иммерсионные оптические системы, при употреблении которых в микроскопе между его объективом и покровным стеклышком вместо воздуха помещалась какая-нибудь жидкость, например вода, глицерин или маковое масло. В результате этого разрешающая способность микроскопа повышалась.

Говоря о первых иммерсионных системах Гартнака, известный микроскопист П. Гартинг писал в 1861 г.:

Гартнак в своей системе последовал примеру, данному Амичи в 1850 г., и поместил между покровным стеклом и свободной поверхностью нижней линзы объектива тонкий слой воды... Так как вода сильнее преломляет, чем воздух, то благодаря этому значительно ослабляется, или даже совсем пропадает, отражение света с поверхности объектива. Поэтому в микроскоп попадает большее количество лучей, и, таким образом, тонкий слой воды производит то же самое действие, что и увеличение апертуры микроскопа. Это благоприятное действие сказывается преимущественно на краевых лучах, падающих наиболее косо... поэтому указанный слой должен повышать разрешающую способность микроскопа[1].

В 1878 г. Аббе совместно со Стефенсоном изготовили масляный иммерсионный объектив. Они назвали его объективом с гомогенной иммерсией. Этот объектив был рассчитан на применение в качестве иммерсионной жидкости кедрового масла и имел существенные преимущества перед объективом с водной иммерсией итальянского оптика Амичи. 10 января 1879 г. на оптическом заводе в Йене Аббе сделал доклад о новом, иммерсионном объективе и продемонстрировал возможности этого объектива[2].

Интересно отметить, что в коллекции микроскопов, экспонирующейся в Политехническом музее в Москве, имеется несколько микроскопов фирмы Карла Цейсса конца XIX., объективы которых имеют гомогенную иммерсию (рис. 14).

На рис. 14, а изображен микроскоп 1898 г., расположенный на массивном подковообразном основании. Предметный столик микроскопа круглый. Он имеет устройство, позволяющее перемещать препараты в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Для отсчета величины передвижения имеются нониусы. Микроскоп снабжен тройным объективом револьверного типа, диафрагма ирисовая. Один из трех объективов отсутствует. На разных деталях микроскопа повторяется надпись: С. Zeiss. На тубусе микроскопа имеется фирменная марка предприятия, номер 44648 и год 1898.

На рис. 14, б представлен микроскоп, расположенный на большом микрофотографическом штативе. Объектив микроскопа имеет салазочное приспособление, обеспечивающее ему хорошую устойчивость и центрировку. На тубусе микроскопа - заводская марка фирмы Цейсса и номер 44657. В комплект микроскопа входят четыре окуляра.

Создание во второй половине XIX в. иммерсионного объектива явилось крупным достижением в технике микроскопии. Исследователи получили в свои руки сильный объектив, который давал большое увеличение, не ослабляя освещения поля зрения. Масляная гомогенная иммерсия быстро завоевала всеобщее признание и обусловила успехи оптического приооростроения в последней четверти XIX столетия, что привело к новым научным открытиям, например в цитологии.

Осветительные аппараты[править | править код]

В 1872 г. Аббе занялся созданием осветительных аппаратов (конденсоров), при помощи которых можно было увеличить количество света, поступающего в микроскоп.

Необходимо отметить, что конденсоры пытались строить и до Аббе. Одно из первых описаний конденсора в виде плосковыпуклой линзы можно найти у Декарта[3]. Аналогичную конструкцию конденсора, располагаемого между зеркалом и объективом, предложил в XIX в. А. Дюжарден. У Гартнака конденсор содержит уже три ахроматических линзы. Но, безусловно, самым совершенным из конденсоров явился осветительный аппарат Аббе, изготовленный фирмой "Карл Цейсc" в 1872 г.

Рис. 15.png

Осветительный аппарат Аббе (рис. 15) состоит из трех основных частей: осветительной системы линз, диафрагмы и зеркал. Все эти три элемента заключены в оправу.Осветительная система линз была разработана Аббе в двух вариантах. В первом случае она состояла из двух неахроматических линз: одной двояковыпуклой, другой плосковыпуклой, обращенной к объекту наблюдения (плоская сторона этой линзы направлена вверх). Передний фокус такого конденсора находился лишь в нескольких миллиметрах над плоской поверхностью передней линзы объектива микроскопа. Апертура такого конденсора была 1,20.

Во втором случае конденсор Аббе состоял из трех линз, расположенных следующим образом: верхняя линза - плосковыпуклая (плоская сторона направлена к объективу), далее следовала вогнутовыпуклая линза (вогнутая сторона которой была обращена к передней линзе) и, наконец, третья линза была двояковыпуклой. Апертура такого конденсора составляла 1,40.

В своих осветительных аппаратах Аббе применял двойное отражательное зеркало, имеющее с одной стороны плоскую, а с другой - вогнутую зеркальные поверхности. Оно могло свободно вращаться в любом направлении около точки крепления. Между зеркалом и осветительной системой приблизительно в плоскости ее нижнего фокуса Аббе расположил ирисовую диафрагму, которая могла откидываться в сторону, и, кроме того, ее можно было передвигать на небольшие расстояния вбок от оптической оси при помощи зубчатого колесика.

Для специальных целей, например для микрофотографии, Аббе разработал ахроматический конденсор оригинальной конструкции. Он также был снабжен ирисовой диафрагмой, расположенной между ахроматическими парами линз и приспособлением для их центрировки. Апертура этого конденсора была равна единице.

Оптические системы Аббе с асферическими поверхностями[править | править код]

Вопрос о создании оптических систем, состоящих из линз с поверхностью, отличной от сферической, ставился и решался еще задолго до Аббе, на заре развития оптического приборостроения.

В 1637 г. Р. Декарт, зная об аберрациях оптических систем, в частности сферической, предлагал исправлять ее, придавая преломляющим поверхностям линз специально подобранную форму. Комбинируя гиперболические и эллиптические поверхности со сферическими, Декарт с помощью двух линз полностью исправлял сферическую аберрацию. Для придания линзе асферической поверхности Декарт предложил оригинальную конструкцию шлифовального станка.

Вопросу исправления аберраций посредством применения линз с асферическими поверхностями уделял внимание в раннем периоде своего творчества И. Ньютон. Д. Грегори и другие ученые для постройки своих телескопов пытались применять эллиптические и гиперболические зеркала.

Но изготовление линз и зеркал с асферическими поверхностями было связано с огромной затратой сил и времени, так как они делались вручную. На шлифовальных станках можно было получать только сферические линзы. Поэтому для изготовления линз с другими поверхностями были разработаны многочисленные конструкции различных шлифовальных станков.

В последние годы жизни Аббе заинтересовался возможностью использования асферических поверхностей в оптических системах для устранения их аберраций. Он хорошо понимал, что оптические системы с асферическими поверхностями обладают в отдельных случаях существенными преимуществами перед обычными. Рассуждения его сводились к следующему: сферическая поверхность определяется полностью всего лишь одним параметром - ее радиусом кривизны, в то время как асферическая поверхность определяется ее меридиональной кривой, которая сама зависит от нескольких переменных. Чем большим числом независимых параметров обладает элемент оптической системы (например, линза), тем больше возможностей для исправления многих аберраций сложной оптической системы.

Хотя Аббе запатентовал свою оптическую систему с асферическими поверхностями, реализовать ее при жизни ему не удалось (возникли многочисленные трудности чисто технического порядка: надо было осуществлять контроль формы поверхностей в процессе их обработки, создать ряд специальных станков для шлифовки и полировки линз с асферическими поверхностями и т.п.).

Асферические поверхности получили довольно широкое распространение в оптическом приборостроении только в середине XX в. Они используются при создании зеркальных и зеркально-линзовых систем, в конденсорах-осветителях, в фотографической оптике и т.п.

Применение параболических поверхностей оказалось очень плодотворным в лупах и окулярах, где они устраняют дисторсию, астигматизм, кому и сферическую аберрацию в гораздо большей степени, чем сложные дополнительные линзы с обычными сферическими поверхностями.

Анаморфотные оптические системы[править | править код]

Процесс анаморфирования есть не что иное, как преднамеренное трансформирование изображения объекта оптическим, способом. Так, например, посредством анаморфирования изображения из круга можно получить овал, из квадрата - прямоугольник и т.п.[4]

Анаморфирование осуществляется с помощью специальных оптических систем - анаморфотов, представляющих собой чаще всего цилиндрические линзы. Применяя анаморфотные оптические системы, можно достигнуть равномерного сжатия или растяжения изображения в вертикальном или горизонтальном направлениях.

Впервые анаморфотные оптические системы были предложены Аббе в 1898 г.[5] Конструкция первой анаморфотной системы была осуществлена сотрудником Аббе - Рудольфом; она состояла из двух цилиндрических линз.

Примечания[править | править код]

  1. Poggendorffs Annalen, 1861, Bd. CXIV, S. 82.
  2. Auerbach F. Ernst Abbe. Leipzig, 1918, S. 274.
  3. Декарт Р. Рассуждение о методе с приложениями.
  4. Бегунов Б. Н. Трансформирование оптических изображении. М.: Машиностроение, 1965.
  5. Abbe E. Anamorphotisches Linsensystem. - Gesammelte Abhandhmgen. Jena, 1906, Bd. II, S. 283-295.

Ссылки[править код]

См. также-Литература[править | править код]

Материалы сообщества доступны в соответствии с условиями лицензии CC-BY-SA, если не указано иное.