Введение в оптику

2. Геометрическая оптика

Лучи света от источника, удаленного вдоль главной оптической оси влево в бесконечность, будут параллельны главной оптической оси, но они также соберутся в одной точке F' на главной оптической оси (рис. 7, б). Эта точка называется задним главным фокусом оптической системы. Лучи, идущие от бесконечно удаленного источника света справа из пространства изображений, пересекутся на главной оптической оси в точке F, которая называется передним главным фокусом оптической системы (рис. 8). Расстояния от центра линзы О до главных фокусов F и F' равны между собой, если пространство предметов и пространство изображений заполнено однородной средой, например воздухом. Эти расстояния называются соответственно передним и задним главными фокусными расстояниями оптической системы (f и f').

Рис. 8. Главный фокус F и фокусное расстояние линзы f

Общий случай построения изображения двояковыпуклой линзой. Пусть дана линза, имеющая главную оптическую ось, центр О, передний и задний главные фокусы F и F' (рис. 9), Для удобства построений в теле линзы перпендикулярно оптической оси проводим плоскость Н'Н, которая называется главной плоскостью (Существуют две главные плоскости - передняя и задняя. В данном случае для простоты построений условно берем только одну плоскость, как у тонкой линзы.). Удобнее считать, что, проходя через линзу луч изменяет направление, пересекая главную плоскость.

Рис. 9. Графическое построение изображения двояковыпуклой линзой

Объект, условно изображенный в левой части рисунка в виде стрелки АВ, расположен в пространстве предметов на некотором расстоянии от линзы. С помощью простейших геометрических приемов получим изображение предмета АВ, построенное линзой. Из точки А направим два луча до пересечения с главной плоскостью Н'Н: один - параллельно главной оптической оси, другой - через точку О. Луч, параллельный главной оптической оси, преломляется на главной плоскости и проходит через задний главный фокус F'. Второй луч проходит, не преломляясь, через точку О, и в пересечении обоих лучей в пространстве изображений мы получаем точку а, которая и является изображением точки А предмета. Аналогично получим изображения точки В и любой другой точки предмета. Таким образом, мы получили уменьшенное обратное действительное изображение аb. Действительным полученное изображение называется потому, что оно получено пересечением реальных лучей света в отличие от мнимого изображения, видимого в зеркале. Если на место отрезка аb поместить матовое стекло или экран, мы увидим реальное изображение объекта AB, которое можно зарегистрировать на фотопленку. Отношение размера изображения к размеру самого объекта называется масштабом изображения и записывается следующим образом: ab/AB=1/m, где m - знаменатель маштаба.

Продолжение