Министерство образования РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Саратовский Государственный Технический Университет

Методическое руководство по выполнению лабораторных работ

Оптика-I

Составители: проф. Карагодова Т. Я.

проф. Мельников Г. В.

доц. Купцова А. В.

Редактор: доц. Купцова А. В.

Саратов, 2004

Лабораторная работа № 1

Определение фокусных расстояний и положения главных плоскостей двухлинзовой оптической системы

Цель работы: изучение основных законов геометрической оптики, определение фокусных расстояний и положений кардинальных точек оптической системы, составленной из двух линз.

Основные теоретические положения

Центрированная оптическая система

Оптическая система представляет собой совокупность отражающих и преломляющих поверхностей, отделяющих друг от друга оптически однородные среды. Обычно эти поверхности бывают сферическими или плоскими. Идеальной оптической системой называется система изображающая точку в виде точки, т. е. все лучи, исходящие из любой точки предмета, собираются после выхода из системы в одной точке изображения. Достаточно хорошим приближением к идеальной системе является центрированная оптическая система, если ограничиться лучами, образующими лишь небольшие углы с нормалями к поверхностям преломления. У центрированной оптической системы центры всех поверхностей лежат на одной прямой. Эту прямую называют оптической осью системы.

Пространство слева от оптической системы считается пространством предметов, а справа – пространством изображений. В обоих пространствах точки, прямые и плоскости однозначно соответствуют друг другу и называются сопряжёнными.

Точки и плоскости, обладающие важными свойствами, называются кардинальными. К ним относятся фокальные, главные и узловые точки и плоскости. Задание кардинальных точек или плоскостей полностью определяет свойства центрированной оптической системы.

Фокальные плоскости и фокусы

Задней фокальной плоскостью F'называется плоскость, сопряженная с находящейся на бесконечности в пространстве предметов плоскостью, перпендикулярной к оси системы. Значит, в задней фокальной плоскости лежит изображение бесконечно удалённого предмета.

Точка пересечения задней фокальной плоскости с оптической осью называется задним фокусом F'. Лучи, идущие параллельно главной оптической оси системы (луч1на рис.1.1), на выходе из системы образуют пучок, сходящийся в фокусеF'. При этом оптическая система является собирающей (положительной). Если упавший на систему параллельный пучок лучей выходит из системы не в виде сходящегося, а в виде расходящегося пучка, то тогда в точкеF'будут пересекаться не сами вышедшие лучи, а их продолжения в обратном направлении. Соответственно задняя фокальная плоскость окажется перед системой или внутри системы, то есть в пространстве предметов. Такая система является рассеивающей (отрицательной).

Рис.1.1 Ход лучей через оптическую систему.

Аналогичными свойствами обладают передняя фокальная плоскость Fи передний фокус. Т. е. параллельный пучок, состоящий из лучей2, на выходе из системы сойдётся в переднем фокусеF. Плоскость, проходящая через эту точку, называется передней фокальной плоскостьюF.

Если оптическая система является собирающей, то передняя фокальная плоскость и фокус лежат в пространстве предметов. Если оптическая система является рассеивающей, то передняя фокальная плоскость и фокус лежат в пространстве изображений.