Условие, когда объектив СПУ должен быть зеркальным, по-
лучаем из (18):
(19)
т. е.
L (/М4-1)	L
i0 > —----—------ при -------> 0;
Л(/М-1) Л4 — 1
L
i0 < —----=------ ПРИ -------< 0.
Л4 — 1
Выбирая передаточное отношение z'o, удовлетворяющее нера-
венствам (19), получаем СПУ с зеркальным объективом.
Пример. Рассчитаем одпокомпонентную СПУ, обеспечивающую
перепад увеличений Л4 = 2,25; максимальное смещение плоскости
изображения £ = 0,01 при Л=1.
По формулам (15) находим уЛИ— 1=0,5; ir=—0,05; d^ =
= 52; До = —0,00923;	=—0,384; х'1О =0,1108.
Смещение Л плоскости изображения определяется следующей
зависимостью:
m2 —0,384
Д =----—-------- — о, 00923.
х0=
fl =
При т = + 1 смещение ПИ Д=0,01.
Экстремумы т имеют место в точках W] = 5 и /п2=0,2; причем
Дэкстр (0,2)=—0,01.
Коэффициенты dp, ср , До и iv подсчитаны правильно, так
как действительно получилась дробь, наименее уклоняющаяся от
нуля.
Задавшись, например, значением io=O,l, находим
= -0,05 (0,1 + 0,05 )52=—0,05 -52-0,15=—2,6 • 0,15=—0,39;
=—(0,1108)(—0,39)=+0,0432, т. е. получилась линзовая система.
Возьмем 16=0,1; тогда х0=—0,05 (—0,1+0,05)52=—2,6 (—0,05) =
Л 0,12	12
Р xt 0,13	13
fi=—(0,13) (0,1108)=—0,0144, т. е. получилась зеркальная система.
Таким образом, для рассматриваемого случая можно построить
различные системы. Все эти системы имеют одни и те же значения
максимального смещения плоскости изображения и перепада уве-
личений. В зависимости от назначения системы следует выбрать
один из этих вариантов.
3. ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ СИСТЕМЫ
Рассмотрим двухкомпонентную панкратическую систему, изме-
нение увеличения которой в заданном диапазоне достигается пере-
мещениями предметной плоскости, первого и второго компонентов
(рис. 3).
16
В рассматриваемой оптической системе предметная плоскость
перемещается на величину i^m, первый компонент — на величину
цт и второй компонент — на величину i2m\ й/й— передаточное от-
ношение между перемещениями ПП и первого компонента; i2/io —
передаточное отношение между перемещениями ПП и второго ком-
понента; й/й— передаточное отношение между перемещениями пер-
вого и второго компонентов; т — переменный параметр, характери-
Рис, 3. Схема двухкомпонентной панкратической системы
зующий величины перемещения ПП и компонентов. При произ-
вольных значениях i0, й и i2 происходит перемещение плоскости
изображения (ПИ) на некоторую величину А.
На рис. 3 введены следующие обозначения: Х] — расстояние от
фокуса Fi первого компонента до ПП; х0 — расстояние от фокуса
Ft первого компонента до ПП при т = 0 (в нулевом положении);
d — расстояние от фокуса Fj первого компонента до фокуса F2
второго компонента; d0 — значение величины d в нулевом положе-
нии (при /и = 0); х2—расстояние от фокуса F2 до ПИ; х20 —зна-
чение величины х2 в нулевом положении; А — величина смещения
ПИ от ее нулевого положения.
Выразим величину смещения плоскости изображения А в функ-
ции параметров оптической системы х0, d0, f\, [г, *20 и величин т,
io, й и й [16]. Используем для величин т и А обычное правило
знаков, применяемое в теории оптических систем (влево от нуле-
вого положения величины имеют знак минус, вправо — плюс).
Из рис. 3 следует, что
А = х2 — х20 + i2tn\
= *о + lom —	= хо + 1пг>
d = dQ-\- i2m — ixm. = d0 + &n.
где j=io—й; £ = Й-
Используя формулу Ньютона, получаем
f2
12
(20)
(21)
(22)
17
Определяя из (22) х2о и подставляя х2 и х20 в (20), находим
выражение для величины смещения ПИ:
Д =-------------—----------------------+ <>.	(23)
/? , . ft ..
х0 4- ]fn	х0
Выражение (23) приводится к виду
т* + с(22)т* + с\2)т	f (m)
А =-------------------1,	(24)
-2L+(fm„ + (i<2>	6(m)
*2
где	42) = ~v [i2 (U + /Л) — /S*2o] •
*2/5
42) = "tV {if2 — *20 (£*o + AM + *« (f2i + -Mo)];
*2/5
d(2) = B*o + jdp .	d(2) _	+ X°d°
1	*2B/	’	0	*2/S
Из формулы (24) можно выразить гауссовы параметры пап-
кратической системы х20, х0, f2 , f2 и d0 через коэффициенты
с\2\ 42>, 42>, <2> и передаточные отношения
*о» *1 и *2-
/ _ л(2) ;2 —
*20 — а1 12 С2 *2’
Il = (Л [с<2> - 42) <-2+и2’ 4 -42’'.)]:
/Иг>4-42)4)4г>
Л“ Н2) - 42’ «2+d'.2’	4 - 42’ <0] :
, _ t Ги(2>  _	И2)4-42)^)42>	1 I' (25)
‘° 4'11 с<2>-42>.',+<2’(^2*4-42,‘*)]’
f 1 = *г/^()2^ — •Мо*
Увеличение СПУ определяется как произведение увеличений
первого и второго компонентов системы:
₽ = ₽i₽2=f-—У-—)•	(26)
\	*1 J \	^2 /
18
Подставив в (26) выражения для Xi и х2 из (21) и (22), полу-
чим формулу для увеличения СПУ:
о ______________ЬЬ._______________ рух
^Г- + <2,™ + 42)1	’
L <2
Следует отметить то обстоятельство, что при постоянных й и
й величина Д может принимать значение, равное нулю, не более
чем в трех точках, а именно в точках
42>	~
т, = 0; m2i3= ——2-±|/ —“с',2’.
Следовательно, во всех остальных точках будет- иметь место
смещение плоскости изображения, и возможны потери резкости изо-
бражения при больших значениях величины Д. Поэтому смещение
плоскости изображения Д должно быть ограничено по абсолютной
величине значением Дшах = П1ах|Д|. В каждом конкретном случае
величину Дтах определяют особо, исходя из назначения системы.
Например, при использовании СПУ в качестве панкратической си-
стемы для зрительной трубы величина Дтах определяется макси-
мально допустимым значением расфокусировки всей системы (на-
пример, при расфокусировке системы 2 дптр и фокусном расстоя-
нии окуляра 20 ММ Дтах —0,8 мм). Если систему используют в
качестве проекционной, величина ДШах определяется значением глу-
бины резкости изображаемого пространства.
Расчет панкратической системы с линейной зависимостью меж-
ду перемещениями компонентов проводится с целью обеспечения не-
обходимого перепада увеличений М при заданном значении макси-
мально допустимого перемещения плоскости изображения Дтах,
которое определяется назначением СПУ.
Найдем условия, обеспечивающие требуемый перепад и увели-
чений М и максимально допустимое смещение плоскости изобра-
жения Д
max*
Будем считать, что параметр т изменяется в диапазоне
m\^tn^.m2 и значения коэффициентов с^2’ и заданы, т. е.
известно максиимальное значение по абсолютной величине числителя
f(m) в выражении (24). Максимальное значение числителя для за-
данного Дтах определяет значение знаменателя в выражении (24),
т. е. вместо величины Дтах можно пользоваться однозначно свя-
занной с ней величиной знаменателя б в формуле (24).
Пусть при т=т2 значение величины
Для обеспечения нужного препада увеличений необходимо вы-
полнить следующее условие:
т2
12
19
Будем считать, что величина б выбрана для заданных коэф-
фициентов 42)и с|2) таким образом, что обеспечивается получение
смещения плоскости изображения в нужных пределах. Тогда усло-
вия получения нужного перепада увеличений М и заданного зна-
чения Атах запишутся в таком виде:
+ ^2) m2 + d{Q} = 6;
12
т2
-р- + d\2 mt + d(02 * = Mb.
2
(28)
Из (28) находим выран<ения коэффициентов d^ и через
величины гп\, тг и i2:
42) = -
+ ^2
*2
(1-М)
m2 —
42,=
mtm2	гп2М — mt
i2	т2 — т1
(29)
Если диапазон изменения величины in (mi^:ni^2tn2) задан, то
коэффициенты d\2^ и Jq2) будут функциями только одного перемен-
ного — 1*2>
При mi=—т2 формулы (29) упрощаются:
При /П1=0
(1-М)
2/п2
6;
(1-М)
/п2
, (14-М)
+	2
42) = Мб.
“р=
Выражения (24), (25), (27) и (28), полученные для двухком-
понентной панкратической системы, справедливы для оптических си-
стем всех типов (линзовых, зеркальных и зеркально-линзовых). Как
известно [2], формула Ньютона для зеркального компонента имеет
вид fz=xx', следовательно, отрицательные значения величин f2 и
^2 (т. е. комплексные значения fi и f2) в формулах (24) и (25) со-
ответствуют наличию зеркального компонента в панкратической си-
стеме.
Проведем исследование возможных областей построения линзо-
вых оптических систем переменного увеличения на плоскости пара-
метров i’i и i2 (из трех величин i0, й и i2 независимые две; будем
считать, что t0 — величина заданная), т. е. найдем область дейст-
вительных значений фокусных расстояний fi и f2.
Преобразуем выражение для /2 из (25) к более удобному для
исследования виду:
ft =---------------,	(30)
Г1 Н2)-42)^ + <2)М2)4-42)^)]2
20
где
Ml = 42) [М2) -42,'О2+ИЧ-42)) (42> 42>-42> 42))1.
Величина
fl = v, - « И” - 42) ‘2+42> (42> .1 - 42) /.)]
равна 0 при следующих условиях:
' «2 = °;
, i2 —— 0;	।
.4”-4’4+4” (4” 4-4’4)-1-о. .
(31)
Рис. 4. Области дейст-
вительных значений
Последнее уравнение системы (31) в случае действительных ре-
шений относительно i2 определяет на плоскости параметров й и :2
две прямые 1'2=i и t2=t*» где I и i* действительные решения
третьего уравнения в (31).
Условие /9 >0 на плоскости параметров й и i2 выражается лю-
бой из следующих четырех систем неравенств:
1’2 > 0;
— h > 0;
L > 0;
«з > 0;
i2 --- i'l < 0»
L < 0;
(32)
На рис. 4 нанесены области действительных значений величин
/2, обозначенные цифрами I, II, III, IV, как и системы неравенств
(32).
21
Область значений величин f\
стемами неравенств:
>0 определяется следующими си-
Графически области действительных значений fi на плоскости
параметров и z2 представлены на рис. 5.
Рис. 5. Области дей-
ствительных значе-
нии h
Системы неравенств (32) и (33) и определяют те областй пе-
редаточных отношений Л и 42, для которых возможно построение
линзовых систем переменного увеличения.
Однако для ПК систем большое значение имеет вопрос о по-
строении зеркальных и зеркально-линзовых СПУ. Поэтому иссле-
дуем на плоскости параметров q и i2 области мнимых значений
фокусных расстояний h и f2, которые соответствуют наличию зер-
кального компонента в СПУ.
На основании (31) условие j?2 <0 можно записать в таком
виде:
III
42 < 0;
42 — ii > 0;
Л>0;
22
II
Z2>0;
/2 — Ц O;
L > 0;
(34)
Условие fi <0 на основании
(30) записывается таким образом:
i -i > 0;
4 — /1 > 0;
t#o — h < 0;
Л1, > 0;
[ i, > 0;
I J *2 — *1 > 3;
I t'o —11	0>
I Mt < 0;
' /2 > 0;
(35)
VII
Следовательно, неравенства (32) и (33) определяют области
параметров 1\ и 1'2» для которых возможно построение линзовых си-
стем переменного увеличения; неравенства (32) и (35), (33) и (34),
(34) и (35) определяют области, для которых можно построить
зеркально-линзовые и зеркальные системы переменного увеличения.
Область параметров, определяемая неравенствами (34) и (35),
соответствует зеркальным системам; область, определяемая
неравенствами (32) и (35), — зеркально-линзовым (первый
компонент линзовый, второй зеркальный); область, определяемая
неравенствами (34) и (33), соответствует зеркально-линзовым си-
стемам, в которых первый компонент зеркальный, а второй линзо-
вый.
Нанося на плоскости передаточных отношений i\, области,
соответствующие неравенствам (32), (33), (34) и (35), получим об-
ласти параметров i’i и /2, при которых возможно построение линзо-
вых, зеркально-линзовых или зеркальных систем. На рис. 6 при-
ведены области, соответствующие всем четырем системам нера-
венств для случая Со2^ = 0; С|2,= 1; d|2)=10;	d(02) =——15.
Ч
Эти значения коэффициентов соответствуют перепаду увеличений
Л4=5; m=±l; max] Д| «0,047.
Плоскость параметров й и разбилась на 10 областей: /, //,
/// — области возможного построения линзовых систем; IV, V —
области зеркальных систем; VI, VII, IX—области зеркально-линзо-
вых систем с зеркальным первым компонентом; VIII, X — области
зеркально-линзовых систем со вторым зеркальным компонентом.
Если, например, требуется построить зеркально-линзовую си-
стему переменного увеличения со вторым зеркальным компонентом,
то передаточные отношения можно выбирать в областях VIII, X.
Построим систему переменного увеличения для и i2 из области IV.
23
Пусть, например, /0=1; А — 0,4; i2=0,2. Для этих передаточ-
ных отношений имеем следующие параметры оптической системы:
,г'0=_0,4;	0,04; х0 = —2,4; d0 = — 0,4; /J = —1,2;
| |i | = 1,8254-0,365.
Рис. 6. Области по-
строения зеркальных,
зеркально-линзовых и
линзовых систем
Построенные по этим параметрам панкратические системы при-
ведены на рис. 7. Аналогично легко построить и системы перемен-
ного увеличения, в которых зеркальным будет один первый или
второй компонент.
Рис. 7. Схемы зеркальных панкратических систем
При общем анализе двухкомпонентной панкратической систе-
мы, когда одновременно перемещаются предметная плоскость ПП, а
также первый и второй компоненты с передаточными отношения-
24
ми t’i и i2, можно выделить следующие частные случаи возможных
систем переменного увеличения.
Случаи 0*1 = 0)—перемещаются плоскость предмета ПП и
второй компонент с передаточным отношением i2/iQ относительно пе-
ремещения предметной плоскости. В этом случае кинематическая
связь получается наиболее простой при Z2= 1 (одновременное пере-
мещение плоскости предмета и второго компонента на одну и ту
же величину). Такие системы переменного увеличения можно харак-
теризовать коэффициентами /=»о и £=12.
Случай «&» (10—0) —предметная плоскость неподвижна, пере-
мещаются только первый и второй компоненты оптической системы.
В данном случае система характеризуется коэффициентами j=—А;
£ = 1’2—/ь
Случай «с» (i2 — 0)—перемещаются преметная плоскость и
первый компонент системы; второй компонент при этом неподви-
жен. Эта система полностью определяется коэффициентами / —
=io—и;	и.
Как показывает исследование формул (25), наиболее удобно
рассчитывать и исследовать систему при равенстве нулю передаточ-
ного отношения А (случай «а»), потому что переход от системы с
передаточным отношением ii = 0 к системам с передаточным отно-
шением Zi#=0 осуществляется простым умножением величии
х20 » ^2* хо> f2\, полученных при расчете систем с неподвижным
первым компонентом, на коэффициенты, приведенные в табл. 2.
Таблица 2
Система, опре- деляемая коэф- фициентами / и §	Коэффициенты перехода для					
	х20	f2 '2		x0	fl	P
О II II	1	Ч — h	*2 h Z2	l0 — ll	Go G) x h — h z2	1 V lzo zil
/ = — Й 1=^2 — Л		f2		— h	(— Zl) x Z2 l\ /X l2	1
						1
Анализ табл. 2 позволяет заключить, чю наиболее подробно
, следует исследовать частный случай «а» (случай неподвижного
первого компонента). Имея параметры рассчитанных панкратиче-
ских систем, соответствующих случаю «а», легко построить и пан-
кратические системы с неподвижной предметной плоскостью (слу-
чай «Ь») или системы общего вида.
25