- •Содержание
- •Введение
- •Волновой процесс и его характеристики
- •Показатель преломления среды
- •Оптическая длина пути. Принцип Ферма
- •Оптические материалы
- •1.1. Основные законы
- •1.2. Предмет и изображение. Оптические детали. Оптическая система
- •1.3. Пространство предметов и пространство изображений
- •1.4. Правила обозначений и знаков
- •2. Теория идеальной оптической системы
- •2.1. Основные положения теории идеальной оптической системы
- •2.2. Кардинальные точки и элементы оптической системы
- •2.2.1. Кардинальные точки оптической системы
- •2.3. Типовые оптические детали
- •2.3.1. Линзы. Тонкая линза
- •2.3.3. Призмы
- •2.3.4. Оптический клин
- •2.3.5. Зеркала
- •2.5. Основные формулы для сопряженных точек и отрезков
- •2.6. Увеличения идеальной оптической системы
- •3.1. Виды диафрагм
- •3.1.1. Апертурная диафрагма
- •3.1.2. Полевая диафрагма
- •3.1.3. Определение световых диаметров элементов оптической системы
- •3.2. Типовые оптические системы. Ограничение пучков лучей
- •3.2.1. Глаз как оптическая система и приемник излучения
- •3.2.2. Телескопические системы
- •3.2.3. Телеобъектив
- •3.2.4. Зрительная труба с внутренней фокусировкой. Зрительная труба прямого изображения
- •3.2.5. Лупа (окуляр)
- •3.2.6. Микроскоп
- •3.2.7. Фотообъектив
- •3.2.8. Коллиматор
- •4. Оптика параксиальных лучей
- •4.1. Преломление лучей сферической поверхностью
- •4.2. Параксиальные лучи
- •4.3. Инварианты для параксиальной области
- •4.5. Вспомогательные лучи
- •5. Понятие об аберрациях
- •5.2. Изображение точки реальной оптической системой
- •5.3. Классификация аберраций
- •5.4. Хроматические аберрации
- •5.5. Монохроматические аберрации
- •5.5.1. Сферическая аберрация
- •5.5.2. Меридиональная Кома
- •5.5.3. Астигматизм и кривизна поля изображения
- •5.5.4. Дисторсия
- •6. Лабораторные работы
- •6.1. Погрешности измерений и их свойства
- •6.1.2. Абсолютные и относительные погрешности
- •6.1.4. Прямые и косвенные измерения
- •6.6. Контрольные вопросы к лабораторным работам
- •6.6.1. Вопросы для защиты лабораторной работы № 1
- •6.6.2. Вопросы для защиты лабораторной работы № 2
- •6.6.3. Вопросы для защиты лабораторной работы № 3
- •7. Типовые задачи по геометрической оптике
- •7.1. Построение хода луча, преломляющегося на отдельной поверхности
- •7.1.2. Построение хода луча через сферическую преломляющую поверхность
- •7.4. Задачи с решениями на построение изображений
- •7.5. Задачи с решениями на ограничение пучков лучей
- •7.6. Задание для расчетно-графической работы
- •7.8. Задачи для домашнего задания
- •Литература
И.С. Свешникова, JI. А. Запрягаева,
И.В. Гузеева, А. С. Филонов
ОСНОВЫ
ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ
ОПТИКИ
Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образо ванию в области приборостроения и оптотехники в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обу чающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров "Оптотехника”.
Москва 2009
УДК 612.6.05.017.1:614.87:57 ББК 22.34
075
Р е ц е н з е н т ы : д. т. н., профессор В. А. Зверев (Санкт-Пе тербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики); к. т. н., доцент Т. И. Якушенкова (Государственный технический университет. Мос ковский энергетический институт)
Свешникова И. С., Запрягаева Л. А., Гузеева И. В., Фи лонов А. С.
075 Основы геометрической оптики.—М.: Издательство «Шико», 2009.— 216 с.
ISBN 5-900758-42-7
Учебное пособие по дисциплине "Основы геометрической оптики" содержит конспект лекций, описание лабораторных работ, задачи с ре шениями, задачи для домашней работы и расчетно-графическое зада ние.
Пособие предназначено для студентов геодезического факультета, факультета управления территориями, факультета оптического прибо ростроения и студентов вечернего факультета. Оно может быть полезно учащимся колледжей и общеобразовательных школ.
Пособие написано в соответствии с программой Государственного образовательного стандарта по направлению подготовки мОптотехникан и рекомендовано к изданию методической комиссией кафедры при кладной оптики МИИГАиК,
ББК 22.34
ISBN 5-900758-42-7 |
© Коллектив авторов, 2009 |
СОДЕРЖАНИЕ |
|
В ведение................................................................................................. |
6 |
Волновой процесс и его характеристики....................................... |
7 |
Показатель преломления среды ..................................................... |
9 |
Оптическая длина пути. Принцип Ф ер м а .................................... |
11 |
Оптические материалы .................................................................... |
13 |
1. Основные законы и понятия геометрической о п ти к и .................. |
17 |
1.1. Основные з а к о н ы .................................................................... |
17 |
1.2. Предмет и изображение. Оптические детали. Оптическая |
|
с и с т е м а ...................................................................................... |
19 |
1.3. Пространство предметов и пространство изображений . . |
22 |
1.4. Правила обозначений и знаков.............................................. |
23 |
2. Теория идеальной оптической системы........................................... |
27 |
2.1. Основные положения теории идеальной оптической сис |
|
темы ............................................................................................. |
27 |
2.2. Кардинальные точки и элементы оптической системы . . |
28 |
2.2.1. Кардинальные точки оптической системы.................. |
28 |
2.2.2. Кардинальные э л е м е н т ы s'r, sr, $и, s V .............. |
32 |
2.3. Типовые оптические детали .................................................. |
33 |
2.3Л. Линзы. Тонкая л и н за ..................................................... |
33 |
2.3.2. Плоскопараллельные пластины.................................... |
37 |
2.3.3. П р и зм ы ........................................................................... |
38 |
2.3.4. Оптический кли н ............................................................ |
44 |
2.3.5. Зеркала ........................................................................... |
47 |
2.4. Построение изображений точки на оси и вне оси с помо |
|
щью свойств кардинальных точек........................................... |
49 |
2.5. Основные формулы для сопряженных точек и отрезков . . |
60 |
2.6. Увеличения идеальной оптической системы ..................... |
65 |
3. Ограничение пучков лучей в оптических си стем ах ..................... |
68 |
ЗЛ. Виды диафрагм ....................................................................... |
68 |
3.1.1. Апертурная диафрагма.................................................. |
69 |
ЗЛ.2. Полевая диафрагма......................................................... |
72 |
3.1.3. Определение световых диаметров элементов оптиче |
|
ской системы.................................................................... |
74 |
3.2. Типовые оптические системы. Ограничение пучков лучей |
75 |
3.2.1. Глаз как оптическая система и приемник излучения |
75 |
3.2.2. Телескопические системы ........................................... |
79 |
3.2.3. Телеобъектив.................................................................... |
84 |
3.2.4. Зрительная труба с внутренней фокусировкой. Зри |
|
тельная труба прямого изображения............................ |
87 |
3.2.5. Лупа (окуляр) ................................................................ |
89 |
3.2.6. Микроскоп....................................................................... |
91 |
3.2.7. Ф отообъектив................................................................ |
95 |
3.2.8. Коллиматор .................................................................... |
100 |
3.3. Объективы и окуляры визуальных оптических систем . . . |
101 |
|
4. Оптика параксиальных л у ч е й ......................................................... |
106 |
|
4*1. |
Преломление лучей сферической поверхностью................. |
106 |
4.2. |
Параксиальные л у ч и ............................................................... |
108 |
4.3. |
Инварианты для параксиальной о б л асти ........................... |
110 |
4.4. Фокусные расстояния сферической преломляющей по |
112 |
|
4.5. |
верхности .................................................................................. |
|
Вспомогательные л у ч и ............................................................ |
113 |
|
5. Понятие об аберрациях.................................................................... |
115 |
|
5.1. Особенности перехода от идеальной оптической системы к |
115 |
|
5.2. |
реальной...................................................................................... |
|
Изображение точки реальной оптической системой . . . . |
115 |
|
5.3. |
Классификация аберраций.................................................... |
118 |
5.4* |
Хроматические аберрации .................................................... |
118 |
5.5. |
Монохроматические аберрации............................................. |
121 |
|
5.5.1. Сферическая аберрация.................................................. |
121 |
|
5.5.2. Меридиональная К о м а .................................................. |
123 |
|
5.5.3* Астигматизм и кривизна поля изображения.............. |
125 |
|
5.5.4* Д исторсия........................................................................ |
128 |
6. Лабораторные работы........................................................................ |
131 |
|
6.1. |
Погрешности измерений и их свойства............................... |
131 |
|
6.1.1. Свойства случайных погрешностей измерений . . . |
132 |
|
6.1.2. Абсолютные и относительные погрешности.............. |
132 |
|
6.1.3. Обработка результатов измерений, обусловленных |
133 |
|
случайными погрешностями....................................... |
|
|
6*1.4. Прямые и косвенные и зм ерения................................ |
134 |
6.2. Лабораторная работа № 1. "Линейные измерения с помо |
135 |
|
|
щью отсчетного микроскопа'1 .................................................. |
|
|
Лабораторная работа № 1 } с ’’Измерение длины шкалы на |
135 |
|
горизонтальном компараторе И ЗА -2"......................... |
|
|
Лабораторная работа № 1, 6 "Измерение радиусов кривиз |
|
|
ны сферических поверхностей на кольцевом сферо |
140 |
|
метре ИЗС-7".................................................................... |
|
|
Лабораторная работа'№ 1, е "Измерение толщины линзы |
144 |
|
на вертикальном длиномере ИЗВ-1" ......................... |
|
6*3. Лаборатрная работа № 2* "Определение углового поля зри |
|
|
|
тельной трубы и линейного поля лупы. Определение уве |
145 |
|
личений лупы и зрительной трубы” ....................................... |
|
6.4.Лабораторная работа № 3. "Определение фокусного рас стояния и кардинальных элементов фотографического
объектива на оптической скамье О С К -2"............................ |
150 |
||
6.5. Лабораторная |
работа № 4. |
"Определение разрешающей |
|
способности |
объектива по |
мире на оптической скамье |
|
О С К -2 " ...................................................................................... |
|
|
156 |
6.6* Контрольные вопросы к лабораторным работам................ |
161 |
||
6.6.1. Вопросы для защиты лабораторной работы № 1 . . . |
161 |
||
6.6.2. Вопросы для защиты лабораторной работы № 2 . . . |
162 |
||
6.6.3. Вопросы для защиты лабораторной работы № 3 . . . |
163 |
||
6.6.4. Вопросы для защиты лабораторной работы № 4 . . . |
163 |
7. Типовые задачи по геометрической оптике...................................... |
165 |
7.1. Построение хода луча, преломляющегося на отдельной по |
|
верхности....................................................................................... |
165 |
7.1.1. Правила построения луча при преломлении его на |
|
плоской поверхности...................................................... |
165 |
7.1.2. Построение хода луча через сферическую прелом |
|
ляющую поверхность...................................................... |
166 |
7.2.Построение хода луча, отраженного от плоского и сфери ческого зеркал. Нарушение гомоцентричности пучков лу
|
чей преломляющими и отражающимиповерхностями . . . |
167 |
|
7.3. Задачи с |
решениями на применение основных законов |
|
|
|
геометрической оптики............................................................. |
170 |
|
7.4. |
Задачи |
с решениями на построение изображений....... |
176 |
7.5. |
Задачи |
с решениями на ограничение пучковлучей . . . . |
196 |
7.6. |
Задание для расчетно-графической р аб о ты ......................... |
205 |
|
7.7. |
Задачи |
для самостоятельного р еш ен и я ......................... |
208 |
7.8. |
Задачи |
для домашнего задан и я....................................... |
209 |
8. Вопросы к зач ету .................................................................................... |
212 |
||
Л итература.............................................................................................. |
|
215 |
|