микроскопа изображений тестобъектов (мир) определенных структур или путем фотографирования этих мир определяли соответственно визуальную или фотографическую разрешающую силу, т. е. или самого испытуемого объектива, или системы объектив - фотослой.

Последующее развитие объективостроения и расширение областей применения фотографической и проекционной оптики показало, что критерий качества объектива на основании определения его разрешающей силы не всегда является оценкой исчерпывающей и универсальной для объективов различного назначения. Здесь должна быть учитываема не только специфика работы визуальных, фотографических и-проекционных систем, использующих приемники изображений разных типов, но и более тонкие различия, имеющиеся в пределах каждой из названных групп.

Например, не идентичны условия работы объективов, применяющихся для аэрофотографии, художественной ландшафтной съемки и портретной фотографии.

В первом случае глубина изображаемого пространства обычно невелика, но необходимо высокое разрешение объектов съемки, обладающих малым контрастом. Во втором случае весьма существенна пластика снимка. В третьем случае необходимо получение мягкого изображения пониженного разрешения и убывающей резкости от центра к краю снимка. И тем не менее все эти факты не дают оснований для исключения критерия разрешающей силы, как одной из важных характеристик качества объектива.

За последние годы, в связи с развитием фотоэлектрических, телевизионных и электронно-оптических приемников, были разработаны и другие способы оценки оптических качеств объективов.

В самом начале укажем, что критика критерия разрешающей силы была бы беспочвенной, если бы не появились принципиально новые экспериментальные и вычислительные средства. Изобретение различных фотоприемников, в частности высокочувствительных фотоэлектронных умножителей, и высокий уровень электронной техники позволили создать методы и аппаратуру для регистрации слабых световых потоков,что сделало возможным непосредственное измерение распределения освещенности и контраста в оптическом изображении элементарных объектов.

Электронные вычислительные машины дают возможность выполнять расчеты тысяч косых лучей, что позволяет определять в процессе разработки объектива не только распределение освещенности в фигурах рассеяния, но и контраст оптического изображения.

В результате наряду со старыми классическими методами исследований объективов были предложены новые способы оценки. Все эти способы могут быть объединены в две группы:

А. Способы, основанные на расчетных исследованиях аберраций объектива, т. е. до изготовления образцов.

Б. Способы, основанные на результатах лабораторных исследований изготовленных экспериментальных образцов объектива.

Способы, относящиеся к группе А, предполагают, что имеются конструктивные элементы оптики объектива и достаточно подробный рас-

чет всех его аберраций. Соответствующая обработка этих результатов (см. главу II) приводит к некоторой абстрагированной модели объектива; при этом можно назвать три способа оценки качества этой модели: 1) чисто геометрическая интерпретация, основанная на анализе распределения лучей в аберрационной фигуре рассеяния в изображении точки. Эти представления приводят к математической модели объектива; 2) определение волновых аберраций и формы вышедшего из объектива деформированного фронта волны; 3) анализ распределения освещенности в изображении точки. Последние два способа оценки позволяют построить физическую модель объектива.

Способы, относящиеся к группе Б, предполагают исследование образца объектива экспериментальным путем. Можно и здесь условно назвать также три способа: 1) способы определения геометрических путей лучей, точнее, распределения следов лучей в изображении точки; эти методы, в сущности, экспериментально проверяют теоретически построенную математическую модель объектива; 2) интерферометри-ческие способы определения формы деформированной световой волны, вышедшей из испытуемого объектива; 3) способы исследования сильно увеличенного изображения точки и распределения энергии (с использованием фотоумножителя) в дифракционном пятне. Аналогичные же измерения могут быть проведены и для изображений других простейших объектов - линии, границы полуплоскости, ступенчатой штриховой решетки, синусоидальной решетки и т. п. Очевидно, последние способы дают экспериментальный материал для формирования представления о физической модели объектива.

В результате обработки полученных данных (аналитической, графической или графоаналитической), определенных расчетным или экспериментальным путем, могут быть получены разные способы оценки, представляемые обычно в форме некоторой функции, характеризующие в различных интерпретациях свойства изображений элементарных объектов.

1. Способы оценки качества оптического изображения. Сложность проблемы оценки качества оптического изображения заставляет на практике прибегать к некоторым упрощенным критериям, которые хотя и пг универсальны, но вполне пригодны для сравнительной оценки качеств объективов в конкретных областях их применения. Отправное свойство любого объектива заключается в том, что светящаяся точка изображается им в виде пятна конечных размеров и сложного распределения освещенности.

Объекты самосветящиеся или некогерентного освещения можно рассматривать как совокупности светящихся точек, яркости которых могут зависеть любым образом от координат точек в плоскости объектов. В результате может нарушиться фотометрическое подобие между распределением освещенности в изображении и распределением яркости в объекте: освещенность в изображении изменяется более плавно; резкие контуры объекта оказываются в изображении размытыми. В этом смысле мерой качества оптического изображения объектива может служить степень несоответствия распределения освещенности в изображении распределению яркости в объекте.

На протяжении многих десятилетий астрономические объективы, обладающие волновыми аберрациями, не превышающими небольших долей длины световой волны, оценивались по их разрешающей силе; величина последней приближалась к таковой у идеальных систем. Для подобных объективов критерий разрешающей силы полностью себя оправдывает. Неполноценность этого критерия начала сказываться при его применении к оценке не предельно разрешающих объективов различного назначения, т. е. предназначенных для работы с разными приемниками изображений.

Предложены различные другие способы оценки качества изображения. Их сопоставление показывает, что во всех случаях о качестве объектива можно судить по анализу изображения любого предмета; однако для упрощения возможности проведения количественной оценки предлагается анализировать изображения простейших объектов: светящейся точки, линии, границы полуплоскости, решетки с П-образным или синусоидальным распределением освещенности и т. п.

Как будет показано ниже, функция, описывающая распределение освещенности в изображении точки или линии (функция рассеяния), является той элементарной характеристикой объектива, на основе которой могут быть установлены любые возможные способы оценки качества оптического изображения - разрешающая сила, концепция пограничного градиента, частотно-контрастная характеристика и др.

2. Функция рассеяния и распределение освещенности в изображении полуплоскости. Функция рассеяния описывает изображение одиночной точки или линии; изображение некоторого объекта может быть определено путем соответствующего сложения функций рассеяния для всех точек или линий, которые в совокупности образуют объект.

Рассмотрим простейший случай изображения полуплоскости (рис. 111,7). Каждый светящийся элемент /, 2, 3, 4, ... дает свою элементарную функцию рассеяния, которые в результате суммирования образуют изображение края полуплоскости ab. На рисунке такое суммирование произведено для точки х0. Очевидно, сумма ординат всех элементарных функций рассеяния в данной точке равна сумме всех расположенных левее х0 ординат одной функции рассеяния. Если Л'(х) выражает для данного объектива функцию рассеяния в изображении линии, освещенность Е(х0) в точке х0 изображения края выразится интегра-

* (IlIt64)

Рис. III, 7. Распределение освещенности в изображении края полуплоскости

Е(х0)= A(x)dx.