Объектив

Объектив, часть оптич. прибора, обращенная к наблюдаемому предмету. О. зрительной и астрономии. трубы является наиболее ответственной ее частью. Назначение О.—давать действительное уменьшенное изображение удаленного предмета. Это изображение должен быть не окрашенным, плоским и резким не только на оптич. оси, но и на некотором конечн. расстоянии от нее. Более детально эти свойства изображения, зависящие от сортов стекла (смотрите Оптгтескоестекло), радиусов кривизны, толщин и расстояний линз, составляющих объектив, выражаются рядом нижеперечисленных требований, определенная часть которых всегда выполняется при конструировании О. 1) О. должен иметь заданное фокусное расстояние и отверстие; 2) должен быть исправлен на сферическую аберрацию (смотрите Аберрация свопа) для лучей определенной зоны и определенного цвета (моно-хроматич. лучи от удаленной точки, находящиеся на оси О., как центральные, так и падающие на определенную зону, должны сходиться в одну точку); 3) должен быть исправлен на хроматическую аберрацию (центральные лучи двух определенных длин волн должны иметь общий фокус); 4) должен удовлетворять условию синусов, исправлен на кому (смотрите Оптические приборы) (изображения точки, лежащей вне оси объектива, образованные как центральными, так и лучами определенной зоны О., должны совпадать); 5) сферич. аберрация должен быть уничтожена не только для случая предмета, находящегося на бесконечности, но и для предмета на конечном расстоянии; С) должен быть уничтожена хроматич. разница сферич. аберрации (лучи двух различных длин волн, как центральные, так и определенной зоны, должны иметь общий фокус); 7) должен быть уничтожен вторичный спектр (лучи трех различных длин волн должны иметь общий фокус); 8) линзы О. м. б. склеены; для этого радиусы кривизны соприкасающихся поверхностей линз должен быть равны. Первые три условия необходимы для всякого О. Эти условия не м. б. выполнены с помощью одной линзы; если лее мы возьмем две линзы—собирательную из кронгласа и рассеивающую из флинтгласа,™ можно построить О., удовлетворяющий не только первым трем условиям, но и еще одному, например 4, 5, б или 8. Для выполнения условия 7 необходимы специальные сорта стекла. В прежнее время строились О., удовлетворяющие только первым трем условиям. Двухлинзовые О., которые удовлетворяют первым четырем условиям, наиболее часто встречаются у совре-менных астрономия. труб средней величины. Первый О. этого типа был изготовлен для кенигсбергского гелиометра И. Фрауенгофе-ром, почему этот тип О. носит название фрауенгоферовского. Первые три условия н пятое дают О. системы Дж. Г е р-шеля; они же и шестое дают О. Г а у с-с а. Этот последний отличается очень большой кривизной линз и требует тщательной центрировки, а потому был осуществляем только в малых размерах. О. небольших размеров (до 50 миллиметров) из-за удобства сборки и меньшей потери света строятся склеенны-м и. Это вводит добавочное условие—восьмое. Выполнить первые четыре условия и восьмое можно только подбором специальных сортов крона и флинта. Двухлинзовые склеенные объективы употребляются в биноклях, небольших геодезич. инструментах и приборах военного назначения. В призменных зрительных трубах приходится принимать в расчет сферич. и хроматич. аберрации, вводимые системой призм, находящихся между О. и окуляром. Это соответствует некоторому видоизменению условий 2 и 3. Уничтожение сферич. аберрации, комы и т.д. для одной зоны дает практически хороший О. только в том случае, когда диаметр отверстия О. мал по сравнению с его фокусным расстоянием. Поэтому астрономия. О. строятся обычно с отверстием от¹ ₁₂ до ¹18 фокусного расстояния. Изготовление больших астрономия. О. сопряжено со значительными прак-тич. трудностями, как в части изготовления больших однородных дисков оптического стекла, так и в части точной шлифовки и полировки больших линз, требующей навыков и искусства, недоступных рядовому оптику. Наиболее талантливым мастером этого дела был америк. оптик Альван Кларк, который изготовил самые большие О. своего времени, в том числе и 30-дюймовый О. для Пулковской обсерватории. Из них 40-дюй-мовый О. обсерватории Иеркса возле Чикого и до сих пор является наибольшим. Употребление особых сортов стекла, впервые приготовленных на заводе Шотта в Иене, привело к постройке трехлинзовых О. с очень уменьшенным вторичным спектром (т. наз. апохроматы), которые являются наиболее совершенными астрономия. О.

О. употребляются для рефракторов (смотрите); в рефлекторах (смотрите) О. заменен параболическим зеркалом (смотрите). Вследствие волновой природы света изображение светящейся точки, даваемое самым совершенным по конструкции и по выполнению О., имеет вид кружка конечных размеров, окруженного рядом т. н. дифракционных колец, быстро убывающих по яркости. Размеры кружка и колец зависят от диаметра О. и длины световой волны. Отсюда вытекает, что О. раздельно изображает две точки только тогда, когда угол, под которым видно расстояние между ними, больше некоторой предельной величины. В противном случае никакое увеличение с помощью окуляра (смотрите) не даст более детальной картины. Эта предельная величина угла и вычисляется по ф-ле:

ω=25"-10-р,

где λ—длина световой волны, Р—диаметр отверстия О.; для λ=0,00055 миллиметров (желто-

;е-леный цвет) ω =, где Р выражено в см.

Величина обратная ω измеряет т. н. разрешающую силу О.

Объектив фотографический. Основными данными фотографии. О. является его фокусное расстояние, относительное отверстие и величина покрываемой пластинки.

Относительным отверстием, или светосилой, называется отношение диаметра сечения параллельного пучка лучей, входящего в О., к фокусному расстоянию О. Светосила обозначается обыкновенно через F : А, или 1 : А (что обозначает О. с относительным отверстием j. Фотография. О. по принципу своего действия в общем сходен с О. зрительной трубы, и потому условия, которым он должен удовлетворять, за нек-рыми исключениями, по существу остаются теми же, однако порядок важности этих условий другой. В то время как главным качеством астрономия. О. является возможно резкое изображение в центре поля зрения и на небольшом его протяжении,—для фотография, ©.существенное значение имеет резкость изображения по всему полю, которое должен быть достаточно большим и притом плоским. Кроме того величина относительного отверстия, представляющая для О. зрительной трубы только условие компактности, для фотография. О. является самой важной величиной, определяющей продолжительность экспозиции (в настоящее время имеются О. со светосилой 1:1).

Большое относительное отверстие чрезвычайно затрудняет конструирование системы, которой предъявляются жесткие требования в смысле резкости изображения при очень большом поле. Поэтому приходится поступиться строгим выполнением условия 2 и обратить большее внимание на условие 4, а также на устранение кривизны поля. Иначе говоря, приходится несколько поступиться резкостью изображения в центре поля, чтобы получить достаточно резкое изображение на краях. Кроме того, вследствие астигматизма (смотрите) узкие пучки лучей, идущие от светящейся точки, находящейся не на оси О., по прохождении через О. не собираются в одну точку, а проходят через две взаимно перпендикулярные линии, находящиеся на нек-ром расстоянии друг от друга. Иначе говоря, получаются два различных изображения в виде коротких линий, находящихся на различном расстоянии от О. Отсюда возникает новое условие для фотография. О.—о т с у т с т в и е астигмат и з-м а. Далее, при исправлении О. на хроматич. аберрацию, необходимо совместит!, фокусы желтых и фиолетовых лучей, чтобы иметь возможность при установке на резкость с помощью матового стекла получить резкое изображение лучей, особенно сильно действующих на фотография, пластинку (т. н. ахроматизация в фотографическом смысле). Употребление пластинок, чувствительных к видимой части спектра, а также трехцветная фотография ставят задачу об апохроматах и для фотография. О. Кроме перечисленных выше условий для фотография. О. очень существенным является условие отсутствия дисторсии (условие ортоскопии). Дисторсией называется отсутствие подобия предмета и изображения, что при фотографировании прямолинейных предметов дает искривление линий на снимке. Особенно строгие требования в смысле дисторсии предъявляются к О., применяемым в аэросъемках с геодезич. це лями. Пучок лучей, идущий через О., ограничивается диафрагмой (смотрите). Большое значение имеют размеры отверстия диафрагмы, определяющие светосилу; кроме того место

1
1			J

Фигура 1 И 2.

диафрагмы оказывает влияние на дистор-сию и кому. Очень часто в фотография. О. употребляются так называемым ирис-диафрагмы, в которых отверстие может плавно меняться. Необходимой принадлежностью современного фотография. О. является затвор, обычно составляющий часть его оправы. Большое количество требований, предъявляемых к фотография. О., имеет результатом сложность современного О., состоящего из 4—8 линз. Различие применений в практике привело к постройке ряда разнообразных по сложности О., основные типы которых здесь перечисляются (на прилагаемых фигура стрелкой обозначено направление от объектива к пластинке). Старые конструкции: 1) мениск Волластона (фигура 1), состоящий из одной линзы; 2) ландшафтная линза (фигура 2), ахрома-тизованная в фотографическом смысле; 3) перископ Штейнгейля (фигура 3); 4) апланат Штейнгейля (фигура 4)—один из распростра-неннейших недорогих О.; 5) портретный О. Петцваля (фигура 5)—светосильный О., дающий на небольшой части поля очень резкое изображение. В прежнее время для с мки портретов употреблялся исключительно этот О. и строился с отверстием до 150 лш. С изобретением новых сортов оптического стекла, в частности кронгласа с большим показателем преломления, получилась возможность строить более совершенные О., дающие большое плоское поле при значительной светосиле и почти свободное от астигматизма— т. наз. анастигматы. Первые анастигматы были построены фирмой К. Цейсс по данным Рудольфа. Наиболее употребительные из современных анастигматов: 6) «Тес-сар“ Цейсса (фигура 6) со светосилой от F : 2,7 до F : Б,3, состоящий из трех линз, из которых одна склеенная; 7) 6-линзовый симметричный «Планар» Цейсса; 8) 6-линзовый симметричный «Дагор» Герца (фигура 7); 9) «Ге-лиар» Фохтлендера с вогнутой линзой в середине; 10) очень светосильный «Плазмат» Мейера; 4-линзовый «Догмар» Герца. Для

Фигура 3 и 4.

аэрофотосъемок с геодезич. целями весьма удобен «Messflieger» Цейсса, к-рый при большой светосиле (1 : 4,5) очень хороню исправлен на дисторсшо; Л) довольно совершен ный и простой О. из трех линз (т р и н л е тонн) был изобретен Тайлором в Англии и впервые был построен Куком (фигура 8). Сейчас он строится многими фирмами под разными названиями. Весьма большое ноле при малой светосиле дают т.н. широкоугольные О.;таков например «Гипергон» Герца. В условиях немного отличных от обыкновенных фотография. О. работают репродукционные О., которые должны давать резкое, плоское, свободное от искажений изображение, для случая, когда предмет по величине сравним с его изображением. Особый тип фотографического О. представляет телеобъектив (смотрите). Это оптич. система, состоящая из двух частей, положительной и отрицательной, находящихся на нек-ром расстоянии друг от друга, и потому имеющая фокусное расстояние

^г	1 ¹	и
Ii	-1 1 L	[

Фигура 5 и 6.

значительно большее, чем расстояние от линз до изображения. Поэтому у телеобъектива изображение имеет размеры большие, чем у обыкновенного О. с таким же расстоянием от линз до изображения.

О. микроскопа (смотрите Микроскоп)—система линз, которая дает действительное увеличенное изображение весьма малого предмета, помещенного на расстоянии несколько большем главного фокусного расстояния системы. Это изображение рассматривается с помощью окуляра. Главные условия, которым должен удовлетворять О. микроскопа, следующие: уничтожение сферической аберрации, соблюдение условия синусов, ахроматизм, плоское поле (смотрите Оптические приборы). Одной из существенных^величин, опре-

Фигура 7 ц 8.

деляющих свойства О. микроскопа, является численная апертура (смотрите), представляющая собой произведение из показателя преломления среды, в которой находится наблюдаемый объект и обращенная к нему поверхность О., на синус половины угла, под которым из объекта видна действующая часть фронтальной линзы О. С увеличением апертуры, а также с уменьшением длины волны употребляемого света, уменьшается минимальное расстояние между двумя еще раздельно видимыми объектами: возрастает т. н. р а з-р е ш а ю iif а я сила О. Так как апертура пропорциональна показателю преломления, то для получения большей разрешающей силы строятся т. и. и м м е р с и о н н ы е О., где все пространство от О. до наблюдаемого предмета заполнено преломляющей средой.

Если эта среда имеет показатель преломления одинаковый с фронтальной линзой О., то последний называется объективом с однородной иммерсией. И м м е р с и я дает и др. преимущества. При употреблении не иммерсионных, т. наз.«сухих» систем приходится считаться с употреблением покровного стекла, к-рое закрывает объект в обычной микроскопической практике. Это стекло вводит гл. обр. сферич. аберрацию, меняющуюся с толщиной покровного стекла. Поэтому при расчете О. вводится поправка на покровное стекло определенной толщины. Для наблюдения объектов при различной толщине покровных стекол строятся т. и. коррекционные оправы, где остаток аберрации от неравенства толщины компенсируется раздвижением линз О. Менее удобно такая компенсация достигается изменением длины тубуса микроскопа. Употребление особых сортов оптич. стекла, а также флюорита, дают О., в которых в значительной мере уменьшен вторичный спектр, а также хроматич. разница сферич. аберрации. Эти О. называются апохроматами. В соединении с компенсационным окуляром (смотрите) они дают наиболее совершенное изображение. Менее совершенны О. с частью линз из флюорита; такие О. известны под названием полуапо-хроматов.

Лит.: Хвольсон О. Д., Курс физики, т. 2, Берлин, 1923; Кис л о в, Теория оптич. инструментов, М., 1913; С zaps k i S.u. E р р e n s t e ί η О. Grundziige d. Theorie d. optischen Instrumente nach Abbe, 3 Aufl., Lpz., 1924; Gleichen A., Lehr-buch d. geometrischen Optik, B., 1902; Handb. d. Phy.si к, hrsg. v. H. Geiger u. K. Sclieel, B. 18,Geomet-rische Optik, Optische Konstante, Optische Instru-mente, B. 1927; Rohr M., Theorie u. Geschichte d. photographischen Objektivs, B., 1899. В. Линнин.