35. Оптические системы. Аберрации оптических систем.

Тонкая линза представляет простейшую оптическую систему.Основные оптические системы: 1) линза, 2) глаз, 3) лупа, 4) микроскоп, 5) телескоп, 6) фотоаппарат, 7)проекционные аппараты.

Линзой называют прозрачную среду, ограниченную 2-мя сферическими поверхностями (или сферич. и плоской пов-тями). Если расстояние между полюсами сферических пов-тей Р₁ и Р₂ мало по сравнению с радиусом, толинзаназ-ся тонкой. В этом случае полюса сливаются в одну точку С, кот.наз-ся оптическим центром линзы. Различают линзы собирающие (двояковыпуклые, плосковыпуклые, выпукловогнутые) и рассеивающие (двояковогнутые, плосковогнутые, вогнутовыпуклые). Линейным увеличением тонкой линзы наз-ся величина = отношению линейного размера изображения (Н) к линейному размеру предмета (h): ( расстояние от изображения до линзы, расстояние от предмета до линзы). Изображения бывают действительные или мнимые, прямые или обратные, увеличенные или равные или уменьшенные.

Г лаз. Основным источником зрения является глазное яблоко, за зрачком находится хрусталик, а сзади сетчатка. Оптическую роль в глазе выполняет элемент, имеющий форму двояковыпуклой линзы и наз-ся хрусталиком. К краям хрусталика прикреплены мышцы, которые сжимают или растягивают хрусталик, в результате меняются радиусы кривизны сферич. пов-ти хрусталика и соответственно фокусные расстояния. При изменении расстояния d до наблюдаемого объекта, расстояние f от хрусталика до сетчатки остается неизменным, а меняется фокусное расстояние. Недостатки зрения – близорукость и дальнозоркость.

Лупой называют собирающую тонкую линзу с малым фокусным расстоянием (5-10 см).увеличение лупы: , расстояние наилучшего зрения.

Микроскоп. Простейший микроскоп состоит из 2-х линз – объектива и окуляра, закрепленных к трубочке, называемой тубусом. Изображение действительное обратное увеличенное. Увеличение микроскопа: , , где расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра, называемое оптический интервал микроскопа, тубусная длина микроскопа, расстояние от объектива до окуляра. В качестве объектива и окуляра используются коротко фокусные линзы, поэтому можно считать, что . Соответственно .

Т елескоп. Это оптический прибор, состоящий из 2-х линз, который используется для наблюдения далеко расположенных объектов.

1. Телескопическая труба Кеплера-система 2-х линз расположенных так, что задний F передней собирающей линзы совмещается с передним F второй собирающей линзы. .

2. Труба Галилея – задний фокус 1-й собирающей линзы совмещается с задним фокусом второй рассеивающей линзы.

Фотоаппарат. В фотоаппарате фокусное расстояние объектива не изменяется, поэтому при настраивании на далеко расположенные объекты, вращая объектив аппарата, изменяют расстояние f от объектива до пленки.

Проекционные аппараты.С помощью проекционных аппаратов на экране получаются действительные обратные увеличенные изображения.

Абберации оптических систем.При получении изображений в линзах мы использовали параксиальные пучки, свет считали монохроматическим, а показатель преломления вещества линзы от длины волны света не зависит. В этом случае вводится условие идеальной оптической системы, которой соответствуют три условия Максвелла: 1) пучок света после прохождения системы остается тем же, 2) изображение плоского предмета в идеальной системе остается по форме подобно предмету, 3) изображением плоскости перпендикулярной к оптической оси так же является плоскость перпендикулярная к оптической оси. На практике все три условия не выполняются и возникают соответствующие недостатки оптических систем называемые абберациями (искажениями). Различают абберации монохроматические и хроматические. Монохроматическими абберациями являются сферическая (продольная и поперечная), кома, астегматизм, дисторсия. Сферическая абберация: если световые лучи образуют с главной оптической осью большой угол, то после преломления в линзе они будут пересекать ось не в одной точке, а в разных. При этом образуется расплывчатое пятно. Величина называется продольной сферической ааберацией. Для собирающей линзы она отрицательна, а для рассеивающей положительна. Поэтому данное искажение убирают комбинируя собирающие и рассеивающие линзы. Если в положение поместить экран,то на экране образуется пятно диаметром d, который определяет поперечную абберацию. Астегматизм наклонных пучков: он наблюдается при получении изображения предмета, который посылает лучи под большим углом к оси. В этом случае лучи не могут собраться в одной точке и изображение получается в виде двух взаимно перпендикулярных линий, которые находятся в разных местах. Плоскости проходящие через данные линии наз-сямеридиальной и согитальной, а пересечения их с главной осью образуют меридиальный и согитальный фокусы астигматизма. Мерой астигматизма явл-ся . Дисторсия: если лучи используемые при построении изображения образуют достаточно большие углы с оптической осью, то увеличение системы зависит от угла между пучком и главной осью. В результате неравномерного увеличения возникает дефект называемый дисторсией. Различают подушкообразную и бочкообразную дисторсию.

Хроматические аберрации. Она обусловлена зависимостью фокусного расстояния от длины волны, т.е. от дисперсии вещества линзы . Мерой хромотич. абберации является , т.к. красные лучи преломляются меньше чем фиолетовые. , , т.к. .