Элементы оптических систем.

Прядко А.М.

При создании оптических систем обычно используются различные элементы – оптические детали – плоские зеркала, призмы, сферические, асферические и цилиндрические линзы, сферические и асферические зеркала, диафрагмы и т.п., подобранные для решения определенных задач. Оптической системой называется совокупность оптических деталей, предназначенных для формирования пучков световых лучей. В зависимости от применяемых элементов оптические системы могут быть линзовыми, зеркальными, зеркально-линзовыми. В осветительных приборах применяются такие светооптические системы, как катаприческая (отражательная), диоптрическая (преломляющая) или катадиоптрическая (смешанная). Определенный набор оптических элементов поможет сформировать изображение наблюдаемого предмета на поверхности светоприемника. Таковым может быть глаз человека или, например, ПЗС (CCD)-матрица видеокамеры. Т.е. в зависимости от поставленных задач по преобразованию световых потоков и построению изображений осуществляется подбор необходимых элементов в составе оптических систем и приборов.

Сначала обозначим основные понятия, определения и законы лучевой или геометрической оптики, которая рассматривает отражение, преломление света, а также изучает вопросы получения изображения в оптических системах.

Световая точка или точечный источник света – это источник света, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием, на котором исследуется влияние этого источника света.

Световой луч – это направление, вдоль которого распространяется световая энергия, т.е. это линия, не имеющая поперечных размеров (может быть искривлена).

Пучек лучей – это совокупность взаимно-пересекающихся или параллельных лучей. Если все световые лучи пучка пересекаются в одной точке, то такой пучек является гомоцентрическим. Такой пучек может быть сходящимся или расходящимся. Если лучи пучка не пересекаются в одной точке, то такой пучек будет астигматическим.

Лучевая оптика базируется на таких пяти законах как закон прямолинейного распространения света, закон независимого распространения света, закон обратимости хода световых лучей, законы отражения и преломления света.

При составлении сложных оптических систем пользуются поэтапным рассмотрением действия простейших оптических элементов. Под простейшими оптическими элементами понимают зеркала (плоские, сферические, асферические), призмы, плоскопараллельные пластины и различные линзы.

Для построения изображения пользуются следующими правилами:

а) любой точке в пространстве предметов соответствует точка в пространстве изображений;

б) из любой точки в пространстве предметов исходит бесконечное число лучей;

в) чтобы построить изображение точки, достаточно знать ход двух лучей;

г) чтобы построить изображение плоского линейного предмета, достаточно построить изображение его крайних точек, остальные точки лягут между ними.

Эти правила ни в коей мере не определяют ни качества изображения, ни его освещенность. Но их достаточно, чтобы иметь представление о положении и размерах изображения.