• 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

25 октября 1898 г. Аббе получил патент на изобретение анаморфотных оптических систем. В формуле изобретения говорилось:

Анаморфотная оптическая система, состоящая из сферических линз, цилиндрических линз и призм, или только из одних цилиндрических линз или из сферических линз совместно с цилиндрическими линзами, которые установлены определенным образом...[1]

Специфической особенностью анаморфотных оптических систем являлось наличие в них двух плоскостей симметрии (в отличие от обычных оптических систем, где имеется только одна такая плоскость). Это позволяло использовать анаморфотную систему в качестве очковых линз для исправления астигматизма глаз.

В настоящее время анаморфотные оптические системы нашли широкое применение в кинематографе. Благодаря им стало возможно использовать обычную киноаппаратуру и стандартную кинопленку для съемки и проекции широкоэкранных фильмов. При съемке с применением анаморфотной насадки на обычном кинокадре получается изображение, сжатое по ширине. При проекции перед объективом кинопроекционного аппарата устанавливается анаморфотная насадка, которая состоит из положительной и отрицательной цилиндрических линз, образующие которых параллельны вертикальной оси кадра. Насадка при проекции на экран растягивает изображение, восстанавливая тем самым действительное соотношение размеров снятых сцен.

Аббе о функциях объектива и окуляра микроскопа[править | править код]

Простейшие конструкции сложного микроскопа появились, как уже было сказано, еще в. XVII в. Состояли они из объективной и окулярной линз. Но какова функция объектива и окуляра микроскопа и какова их роль в образовании микроскопического изображения - на этот вопрос ответа долгое время не было. Было известно, что объектив микроскопа обращен к объекту наблюдения и дает его промежуточное изображение (действительное, увеличенное и перевернутое). Окуляр же служит лупой, с помощью которой рассматривается это промежуточное изображение. Окуляр дополнительно увеличивает промежуточное изображение и доводит его до размеров, при которых оно наблюдается под достаточно большим углом зрения.

Такое толкование функций объектива и окуляра микроскопа правильно отражало их роль в "увеличительном действии" микроскопа, однако оно не давало возможности оценить роль объектива и окуляра в процессе образования изображения. Именно этим вопросом заинтересовался Аббе.

Он писал:

Усматривая задачу объектива в получении действительного изображения, а окуляра - в его дальнейшем увеличении, мы, несмотря на полезность такого представления, не вскрываем наиболее существенного в принципе сложного микроскопа. В результате приведенного выше толкования функций объектива и окуляра можно прийти к выводу, что их соединение предпринимается исключительно с целью получения необходимого увеличения, в то время как действительное преимущество сложного микроскопа перед наилучшим простым заключается главным образом в качестве изображения. Это характерно для всех увеличений, в том числе и для тех, которые легко достигаются с помощью простых микроскопов.

Где искать истинное значение принципа построения сложных микроскопов? Ответ на этот вопрос подсказывает тот факт, что во всех случаях создания сложных систем происходит характерное «разделение труда» между элементами системы в отношении фокусирующего действия и увеличения, причем так, что одну функцию принимает на себя объектив, а другую -окуляр. Объектив дает совершенное увеличенное изображение объекта по закону образования изображения бесконечно малого элемента поверхности; окуляр изменяет сходимость отдельных световых пучков без заметных аберраций, что характерно для бесконечно узких пучков. И наоборот, именно в объективе происходит изменение сходимости лучей большой апертуры, а в окуляре - увеличение поверхности изображения до больших угловых размеров.

Можно, однако, показать, что получение достаточно совершенного изображения больших угловых размеров при больших апертурных углах световых пучков в любом оптическом приборе может быть осуществлено лишь при условии разделения функций фокусирующего действия и увеличения изображения между составными частями оптической системы; следовательно, высокое качество изображения в микроскопе обусловлено главным образом этой стороной взаимодействия объектива и окуляра. При рассмотрении различий в функциях объектива и окуляра не следует считать, что объектив подает окуляру действительное промежуточное изображение; правильнее считать, что объектив сначала преобразует расходящиеся пучки в параллельные, после чего дополнительным преломлением в линзах эти пучки направляются к окуляру сходящимися.

Следствием такого рассуждения является особый способ схематического разделения системы микроскопа, который должен заменить обычный, принятый в настоящее время, особенно в том случае, когда рассматривается вопрос о качестве изображения, даваемого микроскопом, и причинах, его обусловливающих.

В соответствии с новой схемой разделения микроскопа на два узла первый акт образования изображения заключается не в создании объективом перевернутого действительного изображения перед окуляром (или в нем), а в создании объективом бесконечно удаленного мнимого изображения, образованного пучками параллельных лучей. Второй акт охватывает дальнейший процесс образования изображения с угловыми размерами, соответствующими окулярному полю, и на расстоянии «наилучшего видения»; осуществляется этот акт преломлением лучей последними линзами объектива и преломлением в линзах окуляра. Первый акт образования изображения в микроскопе можно назвать «лупным» действием объектива, так как он соответствует действию обычной лупы, установленной перед глазом, аккомодированном на бесконечность. Второй акт соответствует действию зрительной трубы с малым размером отверстия объектива, для которой описанное выше бесконечно удаленное мнимое изображение служит объектом[2].

Мы видим, что соображения Аббе относительно структуры схемы микроскопа и функций ее отдельных частей отличаются большой ясностью и образностью: объектив выполняет функцию лупы, а окуляр - зрительной трубы. Собирающая линза совместно с окуляром образует зрительную трубу, с помощью которой рассматривается находящееся в бесконечности изображение, даваемое объективом.

Схема микроскопа, разложенная на функциональные элементы по способу Аббе, имела и чисто практическое значение. В прошлом объективы и окуляры микроскопов маркировались произвольно. Это приводило к тому, что пользующийся микроскопом должен был определять общее увеличение микроскопа по специальным таблицам. Аббе заменил этот неудобный способ маркировки более рациональным, позволяющим легко находить общее увеличение микроскопа без вспомогательных средств.

Для объективов Аббе предложил обозначения, включающие в себя, кроме апертуры, фокусное расстояние, исходя из которого легко определить "лупное" увеличение объектива. Для окуляров Аббе рекомендовал обозначения, соответствующие их увеличению, используя при этом целые числа.

Ограничение хода лучей в оптических системах по Аббе[править | править код]

Идея единства теории и практики при конструировании оптических систем проходит красной нитью через всю творческую деятельность Аббе. Слова Аббе "нет практики без теории" были путеводной звездой в его работе. Именно теоретические рассуждения Аббе привели его к мысли о необходимости введения в оптическую систему различных приборов(зрительных труб, микроскопов, фотообъективов и т.п.), специальных приспособлений - диафрагм, применяемых для ограничения пучков световых лучей (рис. 16). Для чего это было нужно?

Рис. 16. Ограничение хода лучей в оптических системах (рисунок Э. Аббе)

Аббе рассуждал следующим образом: для образования изображения в оптической системе нужны только те лучи, которые без задержки проходят через прибор до даваемого им изображения. Те же лучи, которые падают на оптическую систему и проходят только часть ее, задерживаясь, например, оправами линз, из которых состоит оптическая система, не только бесполезны, но и вредны, так как увеличивают светорассеяние и снижают контраст изображения.

Аббе понял, чтобы правильно рассчитать, построить и эксплуатировать оптический прибор, необходимо обеспечить в нем правильное ограничение пучков лучей. Для выбора диафрагмы, которая более всего ограничивала бы ширину пучков лучей, Аббе предложил строить изображения всех диафрагм (в том числе оправ и световых отверстий оптических деталей) в пространстве предметов через часть оптической системы, расположенную между диафрагмами и плоскостью предметов.

Все изображения диафрагм Аббе условно принимал за воображаемые объекты, а за изображения - реальные дифрагмы оптической системы. Далее, Аббе строил изображения этих же диафрагм в пространстве изображений посредством части оптической системы, расположенной между диафрагмами и плоскостью изображений.

Чтобы определить, какая же из диафрагм более всего ограничивает ширину световых пучков, Аббе находил то изображение диафрагмы в пространстве объектов, которое от точки объекта, расположенной на оптической оси системы, будет видно под наименьшим углом. В этом случае лучи, идущие вне наименьшего угла, не могут достигнуть изображения предмета, так как они будут задержаны указанной диафрагмой. Изображение диафрагмы в пространстве объектов, видимое из центра предмета под наименьшим углом, Аббе назвал входным зрачком оптической системы.

Для отыскания диафрагмы, более всего ограничивающей сечение пучков лучей, прошедших через всю оптическую систему, Аббе предложил следующее: надо выбрать то изображение диафрагмы в пространстве изображений, которое из точки изображения на оптической оси системы будет рассматриваться под наименьшим углом. Такое изображение диафрагмы Аббе назвал выходным зрачком.

Развитие Аббе методов ограничения пучков лучей в оптических системах было новым шагом на пути конструирования все более и более совершенных оптических инструментов. Разработчик оптических приборов теперь мог теоретически рассчитать не только продольные габаритные размеры (вдоль оптической оси) будущего инструмента, но и получил возможность, пользуясь методикой Аббе, заранее рассчитать ее поперечные размеры и наиболее оптимальным образом выбрать диаметры линз и других оптических компонентов. Труды Аббе в области прикладной оптики и по сей день не потеряли своего значения, став классическими.

Оптические измерительные инструменты Э. Аббе[править | править код]

Инструменты для измерения характеристик оптических систем[править | править код]

Рис. 17 Фокометр Аббе

Во второй половине XIX в. в связи с расширением производства оптических приборов и инструментов появились и получили распространение инструменты, предназначенные для измерения основных характеристик оптической системы. К таким характеристикам относятся: фокусное расстояние, угол поля зрения и увеличение.

Рис. 18 Рисовальный прибор Аббе: а - оптическая схема; б - общий вид

Для измерения фокусного расстояния в конце XIX в. применялся фокометр Аббе, предложенный им в 1891 г. [3]. Первое свое сообщение об этом приборе Аббе сделал 22 сентября 1891 г. на 64-м заседании Общества естествоиспытателей в Халле. Подробное описание фокометра было опубликовано в 1893 г. в каталоге "Оптические измерительные инструменты" оптического завода Карла Цейсса в Йене [4].

Измерение фокусного расстояния по методу Аббе было основано на определении увеличения для нескольких (не менее чем для двух) различных положений предмета, находящегося на оптической оси испытуемой оптической системы. Общий вид фокометра Аббе, изготовленного на оптическом заводе Карла Цейсса в Йене в 1893 г., приведен на рис. 17.

Другой важной характеристикой оптической системы является ее увеличение. Для измерения увеличения микроскопа в конце XIX в. применяли рисовальный прибор Аббе (рис. 18), который устанавливали на микроскопе. При этом увеличение микроскопа определяли путем сравнения двух масштабных объектов - объект-микрометра с ценой деления шкалы 0,01 мм и масштабной линейки.

Конструктивно рисовальный прибор Аббе устроен следующим образом. В оправе, помещенной над окуляром микроскопа, находится стеклянный кубик, состоящий из двух прямоугольных призм. Одна из поверхностей призм имеет зеркальное покрытие, в середине которой имеется небольшой участок без покрытия. Через это "отверстие" могут свободно проходить лучи от объекта наблюдения к глазу. На некотором расстоянии от призм расположено зеркало, укрепленное за длинной ручке. Зеркало может вращаться около горизонтальной оси прибора.

При рисовании микроскопических объектов, наблюдаемых через микроскоп, поступают следующим образом. Бумагу располагают точно под зеркалом рисовального прибора. В этом случае лучи от бумаги (и карандаша) отразятся зеркалом рисовального прибора и пойдут до встречи с зеркальной поверхностью призмы и отразятся от нее в глаз наблюдателя. Одновременно глаз наблюдателя будет видеть через "отверстие" в зеркальной поверхности призмы прибора Аббе отчетливое изображение микроскопического объекта, которое и можно будет срисовать.

После того как рисунок сделан, можно определить его увеличение, которое соответствует увеличению микроскопа.

Примечания[править | править код]

  1. Abbe E. Anamorphotisches Linsensystem. - Deutsche Patentschrift №99722, ausgegeben den 25. Oktober 1898.
  2. Abbe E. Gesammelte Abhandlungen, Bd. I, S. 53-55.
  3. Сzapski S. Methode und Apparat zur Bestimmung von Brenweiten (Fokometer) nach Abbe. - Zeitschr. Instrumentenk., 1892, Bd. XII, S. 185-197.
  4. Catalog uber optische Messinstrumente der optischen Werkstalte von Karl Zeiss in Jena, 1893, N 18, S. 27-29.

Ссылки[править код]

См. также-Литература[править | править код]

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