- •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
апертурной диафрагмы, совпадающей, с входным зрачком (Вх.зр.) системы, изображенной на рис.3.4. Апертурный луч или его про должение проходит в пространстве изображений через край вы ходного зрачка (Вых.зр.), расположенного на расстоянии а Точ ки Р и Р - центры (осевые точки) входного и выходного зрачков соответственно.
Угол а'А.между оптической осью и апертурным лучом называ ется апертурным углом в пространстве изображений.
Основными оптическими характеристиками оптической систе мы, работающей с предметом на конечном расстоянии, являются
линейное увеличение |3 и числовая апертура А = и, • sinaA, где /г, — показатель преломления среды в пространстве предметов.
3.1.2. Полевая диафрагма
Полевая диафрагма (ПД) устанавливается в плоскости предме та или действительного изображения (в том числе и промежуточ ного). Она ограничивает размеры наблюдаемого предмета и выде ляет нужную часть поля из окружающего пространства. Диаметр полевой диафрагмы равен удвоенному размеру изображения:
Ащ = 2у'-
Полевая диафрагма не влияет на пучки лучей, выходящие из предмета или входящие в изображение в пределах ее диаметра, она лишь ограничивает тот участок поля, из которого выходят лу чи. Поле может задаваться линейным размером 2у (рис. 3.5) или углом 2оо (рис.3.6).
На рис.3.5 представлен положительный компонент (линза) с фокусным расстоянием./'. Апертурная диафрагма (АД) совпадает
|
с компонентом, а, следователь |
||
|
но, с АД будет совпадать вход |
||
|
ной зрачок (Вх.зр.). Предмет |
||
|
расположен на конечном рас |
||
|
стоянии а от компонента. В |
||
|
плоскости |
действительного |
|
|
изображения предмета устанав |
||
|
ливается |
полевая диафрагма |
|
|
(ПД). Размер ПД ограничивает |
||
Рис. 3.5. Линейное поле в про |
ту часть пространства предме |
||
тов, которую будет видно через |
|||
странстве предметов и изображе |
|||
ний. |
этот компонент. Эта часть про |
странства предметов называет ся линейным полем системы и обозначается через 2у.
Величину 2у' называют ли нейным полем в пространстве изображений, размер которого ограничен диаметром полевой диафрагмы ПД, установленной в плоскости действительного изображения.
На рис.3.6 приведен поло жительный компонент (лин за) с фокусным расстоянием/.
Апертурная диафрагма (АД) совпадает с оправой компонента, следовательно, с АД будет совпадать входной зрачок (Вх.зр.). Предмет расположен на бесконечно большом расстоянии от компонента (в бесконечности). Его действительное изображе ние получается в фокальной плоскости. В этой плоскости уста навливают полевую диафрагму (ПД) и ее размер выделит ту часть бесконечно большого пространства предметов, которая будет изображаться через этот компонент. В этом случае говорят об угловом поле 2 со оптической системы в пространстве пред метов.
Угловое поле 2со в пространстве предметов — угол, под кото рым из центра входного зрачка (т. Р) видны края предмета 2у, расположенного в бесконечности.
Угловое поле 2©' в пространстве изображений — угол, под ко торым из центра выходного зрачка (т.Р) видны края изображения
2/ .
Когда говорят о линейном и угловом полях, то вводят понятие главного луча.
Главный луч — это луч, который выходит из крайней точки предмета и проходит через центр входного зрачка (т./3), а следо вательно, выходит через центр выходного зрачка. Таким образом, угловое поле — это удвоенный угол между оптической осью и главным лучом (рис.3.6).
При наблюдении удаленного предмета его наибольший раз мер задается угловым полем 2<в, а величина расположенного близко предмета определяется линейным размером 2у (рис.3.6, рис.3.5).
3.1.3. Определение световых диаметров элементов оптической системы
Диаметры (размеры) отдельных элементов (линз, призм), со ставляющих оптическую систему, не могут быть выбраны произ вольно и не могут быть одинаковыми, так как проходящие через систему пучки лучей, преломляясь, меняют поперечные размеры. Диаметры следует рассчитывать.
При определении световых диаметров следует учесть, что оп тическая система должна передать без ограничений заданный участок поля и осветить каждую его точку широким световым пучком лучей (рис.3.7).
Для определения световых диаметров необходимо рассчитать через оптическую систему следующие лучи (рис. 3.7):
1.Из осевой точки А предмета достаточно рассчитать один луч
—апертурный луч (ап.л). Он пройдет через край входного зрачка
(Вх.зр.).
2. Из внеосевой точки В предмета следует рассчитать полевой пучок лучей, который проходит через края входного зрачка. Осью полевого пучка, вышедшего из точки В, является главный луч
(гл.л).
Верхний полевой луч (в.п.л.) идет из точки В предмета на верх ний край входного зрачка.