Файл: Оптическая система. Тонкая линза представляет простейшую оптическую систему. Простые тонкие линзы применяются главным образом в виде стекол для очков.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 21
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Оптическая система. Тонкая линза представляет простейшую оптическую систему. Простые тонкие линзы применяются главным образом в виде стекол для очков. Кроме того, общеизвестно применение линзы в качестве увеличительного стекла.
Действие многих оптических приборов — проекционного фонаря, фотоаппарата и др. — может быть схематически уподоблено действию тонких линз, как об этом упоминалось в § 97. Однако тонкая линза дает хорошее изображение только в том сравнительно редком случае, когда можно ограничиться у з к и м о д н о ц в е т н ы м п у ч к о м, идущим от источника вдоль главной оптической оси или под небольшим углом к ней. В большинстве же практических задач, где эти условия не выполняются, изображение, даваемое тонкой линзой, довольно несовершенно. Поэтому в большинстве случаев прибегают к построению более сложных оптических систем, имеющих большое число преломляющих поверхностей и не ограниченных требованием близости этих поверхностей (требованием, которому удовлетворяет тонкая линза).
Главные плоскости и главные точки системы. Осуществим сложную оптическую систему, расположив несколько линз одну за другой так, чтобы их главные оптические оси совпадали (рис. 224). Эта общая главная ось всей системы проходит через центры всех поверхностей, ограничивающих отдельные линзы. Направим на систему пучок параллельных лучей, соблюдая, как и в § 88, условие, чтобы диаметр этого пучка был д о с т ат о ч н о м а л. Мы обнаружим, что по выходе из системы пучок собирается в одной точке F , которую, так же как и в случае тонкой линзы, назовем задним фокусом системы. Направив параллельный пучок на систему с противоположной стороны, найдем передний фокус системы F. Однако при ответе на вопрос, каково ф о к у с н о е р а с с т о я н и е рассматриваемой системы, мы встречаем затруднение, ибо неизвестно, до какого места системы надо отсчитывать это расстояние от точек F и F . Точки, аналогичной оптическому центру тонкой линзы, в оптической системе, вообще говоря, нет, и нет оснований отдать предпочтение какой-нибудь из многих поверхностей, составляющих систему; в частности, расстояния от F и F до соответствующих наружных поверхностей системы не являются одинаковыми.
Эти затруднения разрешаются следующим образом. В случае тонкой линзы все построения можно сделать, не рассматривая хода лучей в линзе и ограничившись изображением линзы в виде г л а в н о й п л о с к о с т и (см. § 97).
Исследование свойств сложных оптических систем показывает, что и в этом случае мы можем не рассматривать действительного хода лучей в системе. Однако для замены сложной оптической системы приходится использовать не одну главную плоскость, а совокупность двух главных плоскостей, перпендикулярных к оптической оси системы и пересекающих ее в двух так называемых главных точках (H и H ). Отметив на оси положение главных фокусов, мы будем иметь полную характеристику оптической системы (рис. 225). При этом изображение о ч е р т а н и й наружных поверхностей, ограничивающих систему (в виде жирных дуг рис. 225), является излишним. Две главные плоскости системы заменяют единую главную плоскость тонкой линзы: переход от системы к тонкой линзе означает сближение двух главных плоскостей д о с л и я н и я, так что главные точки H и H сближаются и совпадают с оптическим центром линзы. Таким образом, главные плоскости системы представляют собою как бы расчленение главной плоскости тонкой линзы.
Это обстоятельство находится в соответствии с их свойством: луч, входящий в систему, пересекает первую главную плоскость на той же высоте h, на какой выходящий из системы луч пересекает вторую главную плоскость (см. рис. 225). Мы не будем приводить доказательства того, что такая пара плоскостей действительно существует во всякой оптической системе, хотя доказательство это и не представляет особых трудностей; ограничимся лишь указанием метода использования этих характеристик системы для построения изображения. Главные плоскости и главные точки могут лежать и в н у тр и и в н е системы, совершенно несимметрично относительно поверхностей, ограничивающих систему, например даже по одну сторону от нее. С помощью главных плоскостей решается и в о п р о с о ф ок у с н ы х р а с с т о я н и я х системы. Фокусными расстояниями оптической системы называются расстояния от главных точек до соответствующих им фокусов. Таким образом, если мы обозначим F и H — передний фокус и переднюю главную точку, F и H— задний фокус и заднюю главную точку, то f = H F есть заднее фокусное расстояние системы
, f = HF — ее переднее фокусное расстояние. Если по обе стороны системы находится одна и та же среда (например, воздух), так что в ней расположены передний и задний фокусы, то f = f, (100.1) как и для тонкой линзы.
Построение изображений в системе. Зная положение главных и фокальных плоскостей системы, мы можем построить изображение в системе, совершенно не интересуясь ее конкретными свойствами — числом преломляющих поверхностей, их положением и кривизной и т. д. Для построения достаточно провести какие-нибудь два луча из числа тех, построение которых может быть выполнено без затруднений. Ход этих лучей изображен на (рис. 226). Луч 1 падает на систему п а р а л л е л ь н о г л а в н о й о с и; если этот луч пересекает переднюю главную плоскость в точке Q, то по свойству главных плоскостей он пересечет заднюю главную плоскость в точке Qна той же высоте над осью и пройдет, выйдя из системы через задний фокус F. Луч 2 проходит ч е р е з п е р е д н и й ф о к у с и пересекает главную плоскость в точке R; он пройдет на той же высоте (R= RH) через заднюю главной оси.
Указанная пара лучей может быть использована для построения изображения точки S2 в данной системе. В соответствии с этим отрезок S1S2 изобразится в виде отрезка S1S.