Образование оптических изображений

Пусть точечный источник А расположен на оси собирающей линзы (рис.1). Расходящаяся от источника сферическая волна деформируется линзой за счет меньшей скорости распространения волны в теле линзы по сравнению со скоростью распространения в окружающей среде и при достаточном удалении источника от линзы может превратиться в сходящуюся волну, направленную на A’.

Рис.1. Формирование изображения точечного источника сферической линзой

Если отвлечься от дифракционных явлений на краях линзы, то можно представить себе идеальную линзу, в которой время, затраченное любыми участками волны на путь от A до A’, одинаково. Возбуждаемые ими в A’ колебания имеют одну и ту же фазу и в результате интерференции усиливаются. Благодаря этому энергия точечного источника A концентрируется в A’ и эту точку можно считать его действительным изображением. Большая оптическая скамья 2-17

Распространение волны от A к A’ можно описать при помощи лучей – нормалей к волновым поверхностям, испытывающих преломление на границе раздела сред. Пользуясь законом преломления, можно для любой конкретной оптической системы, состоящей в общем случае из многих линз, определить положение и величину изображения при заданных положении и величине предмета. Такие расчеты, называемые габаритными, составляют основное содержание геометрической оптики, лежащей в основе теории оптических приборов. При габаритных расчетах предполагается, что пучок лучей, вышедший из некоторой точки источника, называемый гомоцентрическим, сохраняет гомоцентричность после прохождения оптической системы, т.е. вновь собирается в точку.

Для расчета изображений в оптических системах значительно более удобным, чем учет преломления лучей на каждой поверхности, является применение формализованной теории, предложенной математиком Гауссом и называемой теорией идеальной оптической системы. В теории Гаусса действие всех преломляющих поверхностей в сложной системе заменяется действием некоторых двух условных плоскостей. Эти две плоскости, называемые главными плоскостями, а также две точки на оптической оси, называемые фокусами, полностью определяют действие системы. Если задано положение главных плоскостей и фокусов, то расчет изображений осуществляется при помощи простых формул, одинаковых как для одиночной линзы, так и для сложной многолинзовой системы. Положение главных плоскостей и фокусов сложной системы определяется параметрами входящих в систему линз, их взаимным расположением и может быть вычислено теоретически, либо определено экспериментально.

Одной из задач предлагаемой лабораторной работы является экспериментальное определение положений главных плоскостей и фокусов сложного фотографического объектива.