Három gyakori Pptikus képalkotó rendszer

A fény különböző terjedési jelenségeinek tanulmányozása alapján különböző optikai eszközöket terveztek és gyártottak, mint például mikroszkópok kis tárgyak megfigyelésére, távoli tárgyak megfigyelésére szolgáló távcsövek, kamerák, videokamerák stb.

Az optikai műszerekben általában van optikai rendszer, amelynek funkciója az, hogy a megfigyelt objektumot emberi szem általi megfigyelésre képezze, vagy fotoelektromos eszközökkel észlelje.

Az optikai rendszerek általában egy vagy több optikai elemből állnak. Minden optikai elem egy bizonyos törésmutatóval rendelkező közegből áll, amelyet gömb alakú, sík vagy aszférikus felület vesz körül.

Azt az optikai rendszert, amelyben az optikai rendszert alkotó minden optikai elem felületi görbületének középpontja ugyanazon egyenes vonalon van, koaxiális optikai rendszernek nevezik, és az egyenes vonalat optikai tengelynek nevezik.

Vannak továbbá nem koaxiális optikai rendszerek (pl. spektrométer rendszerek, amelyek diszperzív prizmákat vagy diszperzív rácsokat tartalmaznak).

Az optikai rendszer minden optikai eleme gömb alakú felületekből áll, és gömb alakú rendszereknek nevezik.

Ha egy optikai rendszer aszférikus felületet tartalmaz, azt aszférikus rendszernek nevezik.

Egyetlen lencse a koaxiális gömb alapvető egysége.

A lencsék két kategóriára oszthatók különböző formák szerint: az első kategóriát konvergáló lencsének vagy pozitív lencsének nevezik, amelyet vastag középső és vékony él jellemez; A második kategória egy eltérő lencse vagy negatív lencse, amelyet vékony középső és vastag oldalak jellemeznek.

A fény és a hullámfront terjedési törvénye szerint tanulmányozzák a fénysugár terjedését a lencsén keresztül.

(1) Konvergens lencse vagy pozitív lencse

Az 1. ábrán látható, hogy az A pontból kibocsátott koncentrikus sugár esetében a hullámfront PQ gömb alakú felület, amelynek középpontja A. Amikor a fénysugár áthalad a lencsén, mivel az üveg törésmutatója nagyobb, mint a levegő, a törésmutató és a fénysebesség közötti kapcsolat szerint az üvegben lévő fény terjedési sebessége kisebb, mint a levegőben lévő, és a konvergáló lencse középpontjának vastagsága nagyobb, mint a szél, A középső rész lassan terjed, míg az élrész gyorsan terjed. Az 1. ábra esetében, amikor a középpontban lévő fény O-tól O-ig terjed, a szélén lévő fényt P-től Q-ig terjedt, a kimeneti hullám felületét balról jobbra hajlítják, és az egész sugár az optikai tengely felé hajlítja, az úgynevezett konvergencia. Ha a lencse felülete megfelelő ívelt alakot választ, a kimenő hullámfelület továbbra is gömb alakú lehet. A megfelelő kimenő sugarak mind az A pontban metszik át, ami nyilvánvalóan a kimenő gömb hullám középpontja. A' az "A" pont által a lencsén keresztül létrehozott "kép pont", az A pont pedig "objektum pont".

Az 1. ábra A' a tényleges fény metszéspontja. Ha egy képernyő A-nál van elhelyezve, egy fényes folt látható a képernyőn, és egy ilyen kép pontot "valódi kép pontnak" nevezünk.

(2) Eltérő lencse vagy negatív lencse

Mivel egy eltérő lencse szélei vastagabbak, mint a középső, ellentétben egy konvergáló lencsével, a sugár középső része gyorsabban halad, és a szélek lassabban haladnak. a 2. képen látható módon. Miután a fénysugár áthalad a lencsén, a hullámfelület balra hajlik, és a megfelelő kimenő fényt kifelé eltérítik, amelyet "divergenciának" neveznek. Ha a kimenő hullámfelület gömb alakú, a sugarak minden hosszabbító vonala áthalad a gömb alakú hullám A' gömb középpontján. A lencse mögé nézve pontosan ugyanaz, mint az A'-ból kiáramló fény, de nem jeleníthető meg a képernyőn. Az ilyen kép pontokat "virtuális kép pontoknak" nevezik.

Az 1. és a 2. ábrán az A tárgypont a tényleges fény kiindulási pontja, az úgynevezett "tárgypont".

Ha az A tárgypont nem tényleges fénypont, hanem egy másik optikai rendszer képpontja, mielőtt a fény eléri az A pontot, akkor találkozik a hátsó optikai rendszer első felületével, és elkezdi megváltoztatni terjedési irányát, amint azt a 3. ábrán látható. Ebben az időben a tényleges fénysugarak nem haladnak át az A ponton, hanem kiterjesztési vonalaik metszik az A ponton, amelyet "virtuális objektum pontnak" neveznek.

(3) Koaxiális optikai rendszer

Az O1, O2, L, Ok jelöljön egy k felületű optikai rendszert a 4. ábrán látható módon.

Egy gömb alakú hullámot bocsát ki egy A1 fénykibocsátó pont, és egy koncentrikus sugarat bocsát ki az A1 pontra, és az A pontot objektum pontnak nevezik. Ha a gömb alakú felület még mindig gömb alakú hullám, miután áthaladt az optikai rendszeren, azaz egy koncentrikus sugár, amelynek középpontjában Ak' pont, és az Ak' pont is geometriai pont, akkor az A1 tökéletes képe. Ezért az optikai rendszer tökéletes képalkotásának feltétele, hogy amikor az incidens gömb alakú hullám, a kimenő hullám is gömb alakú hullám. Vagy Marius törvénye szerint az esetleges hullámfront megfelelő pontjai és a kimenő hullámfront közötti optikai hossz mind fix érték. Ezért az A1 objektum és a tökéletes Ak' képpont közötti optikai hossz állandó. A 4. ábrán látható k felületű optikai rendszer esetében,

Azt a helyet, ahol az objektumok találhatók (beleértve a valós és virtuális objektumokat is) objektumtérnek nevezik; az a tér, ahol a képek (beleértve a valós és virtuális képeket is) találhatók, képtérnek nevezik. A két teret végtelenül meghosszabbítják, nem választják el mechanikusan a töréstörő felület vagy az optikai rendszer bal és jobb oldala.

Az objektumtérközeg törésmutatóját azonban a rendszer előtti térközeg törésmutatójának megfelelően kell kiszámítani, ahol a tényleges esetleges fény található; a képtérközeg törésmutatóját azon rendszer mögötti térközeg törésmutatójának megfelelően kell kiszámítani, ahol a tényleges kimenő fény található. Számítsa ki, hogy fizikai vagy virtuális pontok, valós vagy virtuális kép pontok.

Például a 3. ábra A virtuális objektum pontját, bár pozíciója szempontjából a rendszer mögött helyezkedik el, az objektumtérközeg törésmutatóját még mindig a közeg törésmutatójának megfelelően kell kiszámítani abban a térben, ahol az A pontra mutató tényleges esetleges fény található (azaz a lencse előtti tér). Hasonlóképpen, az A' virtuális képpontnak megfelelő képtérben lévő közeg törésmutatóját a tényleges kimenő fénysugarak (azaz a lencse mögötti tér) törésmutatójának megfelelően kell kiszámítani.

Az optikai útvonal visszafordíthatóságának tétele szerint, ha az A' képpontot vágási pontnak tekintik, az A' pont által kibocsátott fénynek kereszteznie kell az A pontot, és az A' pont az optikai rendszeren keresztül az A' által kialakított képet váltja. Az A pont és az A pont közötti megfelelést "konjugációnak" nevezik.