Сохранность книги — хорошая

Diffraction Structure des images
Influence de la cohérence de la lumière

par
ANDRE MARÉCHAL
et
MAURICE FRANÇON

Éditions de la Revue d'Optique Théorique et Instrumentale

Paris 1960

Пер. с фр. Н. Н. Губеля

Формат 84x108 1/32

Вопрос о качестве изображения, получаемого при помощи оптических систем (микроскопов, телескопов, фотообъективов и т. п.), приобрёл в настоящее время большое практическое значение, поскольку разрешающая сила оптических приборов уже стала близка к предельно возможной.

Настоящая книга, написанная известными французскими специалистами Марешалем и Франсоном, является практически единственной в мировой литературе на эту тему, В ней собран очень интересный и разнообразный материал по распределению света в изображениях сложных объектов. Рассмотрено влияние на изображение различных условий освещения (когерентного, частично когерентного и некогерентного). Разбирается влияние аберраций и обсуждаются их допустимые значения. Описан ряд оригинальных способов повышения разрешающей способности, даны ценные рекомендации по решению важных для практики задач.

Книга, несомненно, будет полезна оптикам — физикам и инженерам, конструкторам оптических систем и вычислителям, а также лицам, работающим с такими системами и желающим расширить свой научный кругозор.

Оптические приборы достигли сейчас высокой степени совершенства, и их свойства в отношении разрешающей силы приближаются к предельно возможным. Современные объективы микроскопа, например, обладают апертурным углом, синус которого близок к единице, а разрешающая способность их уже близка к теоретически максимальной величине. Единственное, на что можно ещё рассчитывать, — это улучшение качества изображения, что приводит к увеличению контраста последнего и к возможности различать больше подробностей на объекте. Иногда детали предмета не видны из-за малого контраста между объектом и фоном; этот контраст можно усилить особым приёмом, основанным на волновой природе света.

Много внимания за последние два десятилетия было уделено вопросу оценки качества изображения. Старый критерий разрешающей силы, определяемой по мирам Фуко высокой контрастности, удобный по простоте применения и позволяющий оценивать качество изображения (для определённой части поля) одним числом, оказался непригодным, так как при одинаковой разрешающей силе качество изображений, даваемых различными объективами, весьма отличается друг от друга.

Лучше всего было бы оценивать качество изображения по распределению освещённости в изображении точки, поскольку это позволяет (по крайней мере теоретически) вычислить распределение света в изображении любого объекта, но такой метод практически неприменим, так как требует определения слишком большого числа параметров.

В настоящее время большинством исследователей принята некоторая промежуточная «частотно-контрастная» характеристика. Качество изображения при этом определяется функцией, связывающей контраст между самыми тёмными и самыми светлыми местами в изображении миры Фуко с частотой штрихов этой миры.

Перечисленные вопросы, а также многие другие, близкие к ним, например вопрос о когерентности пучков и о влиянии последней на образование изображения, требуют для своего изучения применения довольно своеобразного математического аппарата, важную часть которого составляют гармонический анализ и преобразования Фурье.

Как в отечественной литературе, так и в иностранной достаточно полной монографии по вопросу о качестве изображения, даваемого оптическими системами, найти нельзя. Весь известный материал, весьма обширный, но пёстрый и разнородный, разбросан по большому числу журналов, специальных сборников, отчётов и трудно доступен лицам, желающим получить достаточно полное представление об уже известных вещах.

Книга известных французских специалистов Марешаля и Франсона «Структура оптического изображения» восполняет имеющийся пробел в литературе, посвящённой оптическим системам. В этой книге изложена в сжатом (иногда даже чрезмерно), но наглядном виде теория образования изображений оптическими приборами, приведён математический аппарат, необходимый для проведения вычислений, решён ряд конкретных задач, связанных с распределением света в изображениях сложных объектов при различных условиях освещения (когерентном, частично когерентном и некогерентном), и приведён довольно разнообразный иллюстративный материал, относящийся к этому вопросу.

Особенно интересны гл. 7 о частичной когерентности, содержащая новые результаты, относящиеся к слабо контрастным объектам, гл. 8 и 9, в которых рассматривается влияние аберраций на качество изображений и вытекающие отсюда значения допустимых аберраций. Весьма ценными являются описания ряда оригинальных способов повышения разрешающей способности и улучшения качества изображения, а также гл. 10, где авторы излагают свои довольно скептические соображения о попытках применить теорию информации к оценке качества этих изображений.

Книга, правда, не лишена недостатков. Она написана несколько небрежно: имеются неясности в изложении, встречаются пропуски в выводах и опечатки. Поэтому в переводе пришлось иногда отходить от текста с целью сделать его более понятным.

Авторы часто ссылаются на составленный одним из них (Марешалем) не переведённый на русский язык труд (A. Maréchal, Imagerie géométrique. Aberrations, Paris, 1952), несколько экземпляров которого имеется в наших библиотеках. С целью избавить читателя от необходимости прибегать к этому труднодоступному произведению в примечаниях приведены необходимые для понимания текста доказательства или ссылки на отечественные источники.

Предисловие редактора перевода
Г. Г. Слюсарев

П р е д и с л о в и е р е д а к т о р а п е р е в о д а	5
В в е д е н и е	9

Ч а с т ь п е р в а я
ОСНОВЫ ТЕОРИИ

Г л а в а 1. Принцип Гюйгенса-Френеля	17

§ 1. Различные формулировки принципа Гюйгенса	17
§ 2. Упрощённое выражение дифрагированного поля	20
§ 3. Образование изображения в оптическом приборе	24
§ 4. Случай приборов с не очень большим относительным отверстием.
Преобразование Фурье	26

Г л а в а 2. Преобразование Фурье	28

§ 1. Представление периодической функции рядом Фурье	28
§ 2. Представление некоторых функций с помощью интеграла Фурье	23
§ 3. Интеграл Фурье в комплексных обозначениях	33
§ 4. Полезная теорема: теорема Парсеваля	35
§ 5. Случай функции двух переменных	36
§ 6. Некоторые часто встречающиеся преобразования Фурье	38
§ 7. Случай функции с ограниченным спектром. Теорема об интерполяции	42
§ 8. Применение преобразования Фурье для выражения принципа Гюйгенса	44
§ 9. Примеры применения преобразований Фурье к расчёту явлений
дифракции. Изучение возникновения «духов» в спектрах решёток	45

Ч а с т ь в т о р а я
ОБРАЗОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ ПРОТЯЖЁННЫХ ОБЪЕКТОВ

Г л а в а 3. Соотношения между объектом и его изображением.
Передача пространственных частот	57

§ 1. Некогерентное освещение. Основные соотношения	57
§ 2. Передача пространственных частот при некогерентном освещении	58
§ 3. Фильтрование частот с точки зрения теории дифракции	65
§ 4. Когерентное освещение	66
§ 5. Фильтрование пространственных частот при когерентном освещении.
Опыты Аббе	69

Г л а в а 4. Теоретический расчёт контраста изображений
для некоторых типов объектов	72

§ 1. Контраст изображения тёмной точки	72
§ 2. Контраст изображения тёмной линии и границы светлого поля	75
§ 3. Периодические структуры	80

Г л а в а 5. Стигматический прибор с круглым зрачком	85

§ 1. Изображение изолированной точки; дифракционное пятно Эри	85
§ 2. Распределение светового потока в пятне Эри	89
§ 3. Изображение при некогерентном освещении	90
§ 4. Изображение освещённых объектов при когерентном освещении	97
§ 5. Примеры практических приложений	101

Г л а в а 6. Фазовый контраст	106

§ 1. Принцип метода	106
§ 2. Распределение амплитуд на изображении	111
§ 3. Дифракционные полосы, вызываемые фазовой пластинкой	114
§ 4. Случай периодических объектов. Амплитудная решётка, фазовая
решётка	116
§ 5. Фильтрование пространственных частот при фазовом контрасте	119

Г л а в а 7. Частичная когерентность. Освещение в интерферометрах
и образование изображения в микроскопе	120

§ 1. Некогерентность, когерентность, частичная когерентность	120
§ 2. Цуги волн и когерентность	123
§ 3. Определение степени частичной когерентности	127
§ 4. Вычисление степени частичной когерентности для двух точек,
освещаемых одким источником	131
§ 5. Когерентьость между колебаниями, излучаемыми одним источником
в двух различных направлениях; освещение интерферометров	134
§ 6. Когерентность в изображении протяжённого источника	135
§ 7. Обычное освещение микроскопов	138
§ 8. Образование изображения при частично когерентном освещении	139
§ 9. Гармонический анализ изображения	141
§ 10. Случай слабого контраста	143
§ 11. Некоторые приложения: образование изображения в микроскопе;
интерпретация эффекта Калье	146

Ч а с т ь т р е т ь я
ВЛИЯНИЕ АБЕРРАЦИИ

Г л а в а 8. Влияние малых аберраций	153

§ 1. Общие соотношения и определения	153
§ 2. Изображение точки	154
§ 3. Общее выражение для допустимого значения малых аберраций,
влияющих на качество изображения точки	157
§ 4. Примеры обсуждения результатов; вычисление допусков	159
§ 5. Влияние малых аберраций на качество изображения линии
(некогерентное освещение)	164
§ 6. Влияние малых аберраций на контраст изображения периодического
объекта (некогерентное освещение)	165
§ 7. Случай когерентного освещения	170

Г л а в а 9. Влияние аберраций: общий случай	175

§ 1. Общие замечания	175
§ 2. Разложение в ряды для изучения малых аберраций	176
§ 3. Численное и механическое интегрирование	181
§ 4. Случай больших аберраций	185
§ 5. Оценка качества приборов с большими аберрациями. Зоны Релея	187
§ 6. Метод Ван-Кампена	189
§ 7. Полосы на краю геометрической каустики	194
§ 8. Влияние произвольных геометрических аберраций на множитель
контраста	196
§ 9. Приближённые формулы для малых пространственных частот	199

Г л а в а 10. Теория информации и оптическое изображение	203

§ 1. Общие замечания	203
§ 2. Определение количества информации	204
§ 3. Поток информации	206
§ 4. Понятие об избыточности кода	207
§ 5. Информация в физических измерениях	209
§ 6. Информация, содержащаяся в оптическом изображении	210

Г л а в а 11. Приложения	214

§ 1. Классический предел разрешения оптического прибора. Возможность
его улучшения	214
§ 2. Аподизация	216
§ 3. Точность наводки в продольном направлении и некоторые
возможности её улучшения	220
§ 4. Методы увеличения точности поперечной наводки	224
§ 5. Точность при измерении разности хода в интерференционной
микроскопии. Связь с разрешающей силой микроскопа	227
§ 6. Допустимые значения сферической аберрации зеркала применяемого
в радиоастрономии. Станция в Нансе	229
§ 7. Область совместимости условий Аббе и Гершеля	232
§ 8. Ошибка увеличения (или фокусного расстояния) в приборах,
обладающих комой	235
§ 9. Допустимые децентрировки поверхностей при изготовлении приборов	236
§ 10. Методика экспериментальных измерений коэффициента контраста	239
§ 11. Шум фона в фотографии	246
§ 12. Фотографические изображения; пропускание пространственных
частот и техника компенсационного фильтрования	251
§ 13. Соответствие между объектом и изображением и выбор
оптимального закона фильтрования	255
§ 14. Остаточное рассеяние оптическими полированными поверхностями	261

Д О П О Л Н Е Н И Е

1. Законы геометрической оптики как предельные формы законов
распространения волн малой длины	269
2. Прохождение волны через «фокус» и обоснование мнимого
коэффициента в выражении принципа Гюйгенса	272
3. Когерентность и ширина спектральных линий	275
4. Изображение объектов со слабым контрастом при частично
когерентном освещении	279

Б и б л и о г р а ф и я	285

Книги на ту же тему

Оптика спеклов, Франсон М., 1980
Введение в теорию дифракции, обработку информации и голографию, Юу Ф. Т. С., 1979
Когерентная волоконно-оптическая связь, Шереметьев А. Г., 1991
Методы расчёта оптических систем. — 2-е изд., доп. и перераб., Слюсарев Г. Г., 1969
Управляемые оптические системы, Воронцов М. А., Корябин А. В., Шмальгаузен В. И., 1988
Техническая оптика, Русинов М. М., 1979
Габаритный расчёт оптических систем, Русинов М. М., 1959
Техническая оптика, Русинов М. М., 1961
Оптические приборы для точных измерений крупногабаритных изделий, Киссам Ф., 1966
Прикладная физическая оптика, Шишловский А. А., 1961
Техническая оптика, Мартин Л., 1960
Прикладная оптика. Фотографические, проекционные и фотоэлектрические системы. Методы аберрационного расчёта оптических систем, Турыгин И. А., 1966
Теория и расчёт светооптических систем проекционных приборов, Волосов Д. С., Цивкин М. В., 1960
Растровые оптические приборы, Валюс Н. А., 1966
Оптика микроскопов. Расчёт и проектирование, Панов В. А., Андреев Л. Н., 1976
Физическая оптика, Ахманов С. А., Никитин С. Ю., 2004
Волновая оптика. Учебное пособие для университетов. Изд. 2-е, испр. и доп., Калитеевский Н. И., 1978
Графо-аналитическая геометрия в применении к оптическим задачам, Пошехонов Б. Л., 1967
Силовая оптика, Шмаков В. А., 2004
Введение в фурье-оптику, Гудмен Д., 1970
Интерференция и дифракция света. Основы теории и применения, Нагибина И. М., 1974
Дифракционная оптика периодических сред сложной структуры, Беляков В. А., 1988
Некоторые задачи дифракции электромагнитных волн, Потехин А. И., 1948
Интерферометр с дифракционной решёткой, Васильев Л. А., Ершов И. В., 1976
Оптические интерферометры, Скоков И. В., 1979
Интерферометры. Основы инженерной теории, применение, Коломийцов Ю. В., 1976
Методы приближённого преобразования Фурье и обращения преобразования Лапласа (справочная книга), Крылов В. И., Скобля Н. С., 1974
Ряды Фурье, Толстов Г. П., 1951

elapsed time 0.019 sec

/Наука и Техника/Физика

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему