Введение в оптику

2. Геометрическая оптика

Прохождение света через линзу. Построение оптического изображения объекта линзой также основано на способности светового луча изменять свое первоначальное направление.

а.

б.

Рис. 7. Построение оптического изображения объекта линзой, представленной в виде призмы

Представим себе двояковыпуклую линзу как совокупность ряда усеченных призм (кроме верхней и нижней, как это показано на рис. 7,а). Чем больше таких призм с постепенно уменьшающимися углами, тем более будет похоже на линзу тело, составленное из этих призм. Линию, проходящую через центр линзы вдоль радиусов ее кривизны, называют главной оптической осью.

Пусть на главной оптической оси расположится источник света S, испускающий лучи, которые попадают на каждую из элементарных призм, составляющих линзу. Центральную призму 4 следует рассматривать как плоскопараллельную пластинку, так как ее грани параллельны и угол преломления равен нулю. Лучи, падающие на следующие призмы 3 и 5, в соответствии с небольшим углом преломления призм отклонятся в сторону оснований и пересекут главную оптическую ось в точке S'. Лучи, прошедшие через призмы, более удаленные от центральной, отклонятся больше, но непременно соберутся в точке S' на главной оптической оси. Наибольшее отклонение испытывают лучи, прошедшие через крайние, неусеченные призмы 1 и 7, но и они соберутся в точке S'. Если в эту точку поместить экран, то на нем мы увидим оптическое изображение источника света. Перемещая экран вдоль оптической оси, обнаружим, что указанная точка S' - единственная, где изображение будет резким, в других местах изображение будет более расплывчатым (сечения ab, a'b').

Таким образом, мы установили, что точка предмета, расположенного слева от линзы, изображается точкой справа от линзы. Это одно из основных положений геометрической оптики, позволяющее проектировать и рассчитывать оптические системы. Пространство, где размещаются объекты или предметы, называется про странством предметов, а пространство, где мы получаем изображения, называется пространством изображений.

Точка пересечения лучей называется фокусом. В рассмотренном случае мы установили, что при прохождении через двояковыпуклую линзу лучи, исходящие из одной точки пространства предметов, соберутся в точке пространства изображений.

Продолжение