Тема 2 Характеристики оптических систем Основные положения

Оптические системы в основном предназначены для формирования изображения (изображающие оптические системы). Для таких систем вводится понятие предмета и изображения. Для оптических систем, не строящих изображение, понятие предмета и изображения вводится условно.

В геометрической оптике предмет – это совокупность точек, из которых выходят лучи, попадающие в оптическую систему.

Из каждой точки предмета выходит гомоцентрический пучок лучей. Вся возможная совокупность точек (от до ) образует пространство предметов. Пространство предметов может быть действительным или мнимым.

Оптическая система делит все пространство на две части:

• пространство предметов,

• пространство изображений.

Плоскость предметов и плоскость изображений – это плоскости, перпендикулярные оптической оси и проходящие через предмет и изображение.

Сопряженные точки

В геометрической оптике любой точке пространства предметов можно поставить в соответствие сопряженную ей точку в пространстве изображений. Если из некоторой точки в пространстве предметов выходят лучи и эти лучи затем пересекаются в пространстве изображений в какой-либо точке, то эти две точки называются сопряженными.

Сопряженные линии – это линии, для которых каждая точка линии в пространстве предметов сопряжена с каждой соответствующей точкой линии в пространстве изображений (для идеальных оптических систем).

В реальных оптических системах лучи, выходящие из точки , только приближенно сходятся в точке . Для идеальных оптических систем каждой точке пространства предметов обязательно соответствует идеально сопряженная ей точка в пространстве изображений.

Методические указания

В данном разделе необходимо уяснить основные характеристики оптических систем. Укажите понятия предмета, изображения, пространства предметов и изображений, плоскости предметов и изображений. Определите характеристики сопряженных точек и линий в идеальных оптических системах.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое предмет в оптике?

2. Что такое изображение в оптике?

3. Что такое гомоцентрический пучок лучей?

4. Как определяется понятие пространства предметов и изображений?

5. Как определяется плоскость предметов и изображений?

Литература: [1 - 12].

Тема 3. Теория идеальных оптических систем

Основные положения

В параксиальной области (бесконечно близко к оптической оси), любая реальная система ведет себя как идеальная. Каждой точке пространства предметов можно поставить в соответствие сопряженную ей точку в пространстве изображений. Каждая прямая линия имеет сопряженную ей прямую линию в пространстве изображений. Каждая плоскость пространства предметов имеет сопряженную ей плоскость в пространстве изображений.

Из этих положений следует, что меридиональная плоскость имеет сопряженную ей меридиональную плоскость в пространстве изображений. Плоскость в пространстве предметов, перпендикулярная оптической оси, имеет сопряженную ей плоскость, перпендикулярную оптической оси в пространстве изображений.

Линейное, угловое, продольное увеличение

Линейное (поперечное) увеличение

Линейное увеличение оптической системы – это отношение линейного размера изображения в направлении, перпендикулярном оптической оси, к соответствующему размеру предмета в направлении перпендикулярном оптической оси.

Для идеальной оптической системы линейное увеличение для любой величины предмета и изображения в одних и тех же плоскостях одно и то же.

Угловое увеличение

Угловое увеличение оптической системы – это отношение тангенса угла между лучом и оптической осью в пространстве изображений к тангенсу угла между сопряженным с ним лучом в пространстве предметов и осью.

Продольное увеличение

Продольное увеличение оптической системы – это отношение бесконечно малого отрезка, взятого вдоль оптической оси в пространстве изображений, к сопряженному с ним отрезку в пространстве предметов

Кардинальные точки и отрезки

Главными плоскостями системы называется пара сопряженных плоскостей, в которых линейное увеличение равно единице (β=1).

Главные точки H и H´– это точки пересечения главных плоскостей с оптической осью.

Расстояние от задней главной точки до заднего фокуса называется задним фокусным расстоянием f´.

Расстояние от последней поверхности до заднего фокуса называется задним фокальным отрезком S _f ´.

Передний фокус F–это точка на оптической оси в пространстве предметов, сопряженная с бесконечно удаленной точкой, расположенной на оптической оси в пространстве изображений

Если лучи выходят из переднего фокуса, то они идут в пространстве изображений параллельно.

Переднее фокусное расстояние f – это расстояние от передней главной точки до переднего фокуса.

Передний фокальный отрезок S_F – это расстояние от первой поверхности до переднего фокуса.

Если, f´>0, то система называется собирающей или положительной. Если, f´>0, то система рассеивающая или отрицательная.