Tres sistemas de imágenes ópticas comunes

Sobre la base del estudio de los diversos fenómenos de propagación de la luz, se han diseñado y fabricado varios instrumentos ópticos, tales como microscopios para la observación de objetos pequeños, telescopios para la observación de objetos distantes, cámaras, cámaras de vídeo, etc.

Los instrumentos ópticos generalmente tienen un sistema óptico, cuya función es generar imágenes del objeto observado para la observación del ojo humano o para la detección con dispositivos fotoeléctricos.

Los sistemas ópticos suelen consistir en uno o más componentes ópticos. Cada elemento óptico se compone de un medio con un índice de refracción determinado, que está rodeado por una superficie esférica, plana o no esférica.

El centro de curvatura de la superficie de cada elemento óptico que conforma el sistema óptico en la misma línea recta del sistema óptico se llama sistema óptico coaxial, y la línea recta se llama eje óptico.

También existen sistemas ópticos no coaxiales (por ejemplo, sistemas de espectrómetro que incluyen prismas dispersas o rejillas dispersas).

Todos los componentes ópticos del sistema óptico se componen de esferas, llamadas sistemas esféricos.

Si el sistema óptico contiene una superficie esférica, se denomina sistema esférica.

La lente única es la unidad básica del sistema esférico coaxial.

La lente se puede dividir en dos categorías según la forma: la primera clase se llama lente convergente o lente positiva, que se caracteriza por el espesor medio, el borde delgado; El segundo tipo es la lente difusa o la lente negativa, que se caracteriza por el medio delgado y grueso en ambos lados.

De acuerdo con la ley de propagación de la luz y el frente de onda, se estudia la propagación del haz a través de la lente.

(1) lente convergente o lente positiva

Como se muestra en la Figura 1, para un haz concéntrico emitido desde el punto A, su PQ frontal es una esfera centrada en A. Cuando el haz pasa a través de la lente, debido a que el índice de refracción del vidrio es mayor que el índice de refracción del aire, de acuerdo con la relación entre el índice de refracción y la velocidad de la luz, la velocidad de propagación de la luz en el vidrio es menor que la velocidad de propagación en el aire, el espesor del centro de la lente es mayor que el espesor del borde, por lo que la parte central se propaga más lentamente, y la parte del borde se propaga más rápido. En el caso de la figura 1, cuando la luz en el centro se propaga de O a O’, la luz en el borde ya se propaga de P y Q a P', Q', respectivamente, y la superficie de onda de emisión se dobla de izquierda a derecha, y todo el haz se pliega en la dirección del eje de luz, llamado "convergente". Si la superficie de la lente elige la forma de superficie adecuada, la superficie de onda de emisión aún puede ser esférica. Los rayos de emisión correspondientes se cruzan en el punto A’, que es claramente el centro de la onda de la esfera de emisión. "A" es un "punto como" formado por el punto A a través de la lente, y el punto A se llama "punto de objeto".

En la Figura 1, A 'es la intersección de la luz real. Si colocas la pantalla en A', puedes ver un punto brillante en la pantalla, que se llama "punto real".

(2) lente difusa o lente negativa

Debido a que el borde de la lente difusa es más grueso que el centro, la parte central del haz se propaga más rápido que la lente convergente, mientras que el borde se propaga más lentamente. como se muestra en la figura 2. Después de que el haz de luz pasa a través de la lente, la superficie de onda se dobla hacia la izquierda y la luz emitida correspondiente se desvia hacia afuera, llamada "división". Si la superficie de onda de emisión es esférica, entonces todas las extensiones de la luz pasan a través del centro de la esfera de la onda esférica A'. Cuando se mira detrás de la cámara, la luz que se ve es exactamente la misma que la de A ', pero no se muestra en la pantalla. Dichos puntos se llaman “puntos imaginarios”.

En las figuras 1 y 2, el punto A es el punto de partida de la luz real, llamado "punto".

Si el punto A no es un punto luminoso real, sino un punto similar a otro sistema óptico, antes de que la luz llegue al punto A, el primer lado del sistema óptico posterior se encuentra y comienza a cambiar la dirección de propagación, como se muestra en la Figura 3. En este punto, la luz real no pasa por el punto A, sino que sus líneas de extensión se cruzan en el punto A, llamado "punto ficticio".

(3) Sistema óptico coaxial

Los valores O1, O2, L, OK representan un sistema óptico con facetas k, como se muestra en la Figura 4.

La onda esférica emitida por el punto luminoso A1 emite un haz concéntrico centrado en el punto A1, el punto A se llama punto. Si la esfera sigue siendo una onda esférica después de pasar por el sistema óptico, es decir, un haz concéntrico centrado en el punto Ak' y el punto Ak' también es un punto geométrico, entonces es una imagen perfecta de A1. Por lo tanto, la condición para una imagen perfecta de un sistema óptico es que cuando la onda entrante es una onda esférica, la onda de salida es también una onda esférica. O, según la ley de Marius, el curso de la luz entre los puntos correspondientes antes de la onda entrante y antes de la onda saliente es un valor fijo. Por lo tanto, el intervalo de luz entre el punto A1 y su punto ideal como Ak’ es una constante. Para un sistema óptico con facetas k como se muestra en la figura 4,

El espacio en el que se encuentra el objeto (incluidos los objetos reales y virtuales) se denomina espacio del objeto. El espacio en el que se encuentran las imágenes (tanto reales como ficticias) se denomina espacio de imagen. Estos dos espacios se extienden indefinidamente y no están separados mecánicamente por la superficie de refracción o los lados izquierdo y derecho del sistema óptico.

Sin embargo, el índice de refracción del medio espacial debe calcularse de acuerdo con el índice de refracción del medio espacial delante del sistema donde se encuentra la luz incidente real. El índice de refracción de un medio espacial como el medio espacial debe calcularse en función del índice de refracción del medio espacial detrás del sistema en el que se emite la luz real. Calcula si son puntos físicos o puntos imaginarios, puntos reales o puntos imaginarios.

Por ejemplo, el punto ficticio A en la figura 3, aunque ubicado detrás del sistema, el índice de refracción del medio del espacio cuadrado todavía se calcula de acuerdo con el índice de refracción del medio en el espacio donde se encuentra la luz incidente real que apunta al punto A (es decir, el espacio delante de la lente). . Del mismo modo, de acuerdo con el índice de refracción del medio en el espacio donde se produce la luz real (es decir, el espacio detrás de la lente), se calcula el índice de refracción correspondiente al punto imaginario A' del medio en el espacio.

De acuerdo con el teorema de la reversibilidad del camino óptico, si el punto A' es considerado como un punto de recorte, la luz emitida por A' debe cruzarse en el punto A, y el punto A se convierte en la imagen formada por A' a través del sistema óptico. Esta correspondencia entre el punto A y el punto A' se llama conjunción.