ИЗОБРАЖЕНИЕ, ОБРАЗУЕМОЕ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ.

(т.1 с.5)

 

Основными понятиями геометрической оптики являются:

1. понятия о светящейся точке как бесконечно малом источнике излучения;

2. понятия о пучке световых лучей, исходящих из светящейся точки, вдоль

которых происходит распространение световой энергии в пространстве.

Допущение представлений о светящейся точке и световых лучах является упрощением действительности. На самом деле световая энергия всегда распространяется в некотором объеме, однако, именно эти представления о светящейся точке и световых лучах позволяют наиболее простыми и наглядными методами объяснить принципы действия большинства оптических приборов. Исключением являются, главным образом, приборы, основанные на использовании особых свойств света, как, например, интерферометры, поляриметры и другие.

Геометрической оптикой не могут быть объяснены вопросы, связанные с разрешающей силой оптических приборов и распределением энергии в изображении. На эти вопросы исчерпывающие ответы дает лишь волновая теория света. Геометрическая оптика является предельным случаем волновой, когда длина волны равна нулю.

Если распространение света происходит в однородной среде, то световые лучи будут иметь форму прямых линий. Совокупность световых лучей называется световым пучком. Когда лучи пучка имеют общую точку пересечения, то пучок называется гомоцентрическим, а точка пересечения всех лучей - центром этого пучка. Центр пучка, входящего в оптическую систему, называется предметной точкой, а центр этого же пучка по выходе из оптической системы называется изображением предметной точки. Всякий предмет и его изображение в геометрической оптике рассматривается как совокупность предметных точек и изображений, поэтому задача нахождения изображения предмета сводится к нахождению изображений его отдельных точек (нахождению положения центров выходных пучков).

Гомоцентрические пучки по своему строению могут быть:

3 расходящиеся,

3 параллельные,

3 сходящимися пучками лучей.

В зависимости от положения пучка лучей относительно оптической системы (OC) лучи или действительно проходят через центр пучка или же через этот центр проходят их воображаемые направления. Предметная точка или её изображение в 1-м случае будут

действительными во 2-м мнимыми.

 

Если предметная точка обозначается буквой "A", то соответствующее ей изображение принято обозначать той же буквой, но со штрихом "A'". Это относится и к другим изображениям. В физической оптике СВЕТЯЩЕЙСЯ ТОЧКОЙ называют такой малый источник излучения, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием, на котором рассматриваются вызываемые им световые явления (Звезда по отношению к земной поверхности).

В оптически однородной среде световые колебания от точечного источника света за определенный промежуток времени распространяются по всем направлениям на одинаковые расстояния и образуют в пространстве сферическую волновую поверхность, все точки которой находятся в одинаковой фазе колебаний. Нормали к этой волновой поверхности в геометрической оптике называются лучами. Если после выхода из оптической системы волновая поверхность будет также сферической, то нормали к ней будут иметь общую точку пересечения (A'),являющуюся точечным или идеальным изображением точки (A). (фиг. 2).

 

 

В самом понятии об идеальном изображении точки есть расхождения между геометрической и физической оптикой. В геометрической оптике изображением светящейся точки является геометрическая точка. Она - центр пересечения лучей вышедшего пучка. В действительности вид изображения точки определяется дифракцией света.

ДИФРАКЦИЕЙ СВЕТА называют совокупность явлений, обусловленных волновой природой света и наблюдающимися при его распространении в среде с резко выраженными неоднородностями. Под дифракцией света понимают отклонения от простых законов распространения света, описываемых геометрической оптикой. В узком смысле - явление огибания светом малых препятствий т.е. отклонения от законов геометрической оптики. (стр.604 [3].)

Дифракционное изображение точки со значительным увеличением:

 

Радиус 1-го темного кольца:   l - длина волны, n' - показатель преломления последней среды, u' - угол вышедшего пучка лучей.

 

Если в центральном диске 100% энергии, то в 1-м светлом кольце - 1.75%,во 2-м светлом кольце - 0.42%.

Центральный диск принимают за изображение точки. Если волновая поверхность в пространстве изображений не является сферической, то нормали к ней не имеют общей точки пересечения и, следовательно, вышедший пучок не будет гомоцентрическим. В этом случае говорят, что система обладает аберрациями, а изображение получается в виде пятна, превышающего своим размером идеальное дифракционное изображение точки. Т.к. предмет состоит из ряда светящихся точек, то его изображение в этом случае будет состоять из ряда пятен, что приводит к нерезкому изображению (расплывчатому).

Реальные оптические системы всегда имеют остаточные аберрации, однако, при расчете ОС стараются найти такое сочетание линз, сортов стекол и расстояний между линзами, чтобы остаточные аберрации были малы, а вызываемые ими нерезкости изображения не имели бы практического значения.

Действие оптической системы основано на применении:

- закона независимого распространения света,

- закона преломления света,

- закона отражения света.

Эти законы определяют ход лучей через ОС и, следовательно, дают возможность определить положение и величину изображения.