Идеальные оптические системы

Сентябрь 15, 2022

Главная
Физика
Идеальные оптические системы

Содержание

2. Элементы оптических систем Оптическая система – это совокупность оптических сред, разделенных оптическими поверхностями, которые ограничиваются диафрагмами
3. Оптические среды Оптические среды – это прозрачные однородные среды с точным значением показателя преломления: воздух (вакуум)
4. Оптические среды Оптические материалы описывают: значениями коэффициентов дисперсионной формулы значениями показателя преломления для различных длин волн
5. Основные характеристики стекол Показатель преломления для основной длины волны
6. Число Аббе Число Аббе (коэффициент относительной дисперсии): или
7. Пример из тестов Как изменяется показатель преломления материалов при увеличении длины волны излучения? монотонно убывает в
8. Оптические поверхности Оптическая поверхность – это гладкая регулярная поверхность точно известной формы: плоская сферическая асферическая
9. Диафрагмы Диафрагма – это металлический экран с круглым отверстием: диафрагма может быть самостоятельным элементом оптической системы
10. Центрированная оптическая система Центрированная оптическая система – это оптическая система, которая имеет ось симметрии и сохраняет
11. Центрированная оптическая система Нумерация элементов оптической системы: нумерация элементов ведется по ходу луча расстояния между поверхностями
12. Правила знаков Положительным направлением света считается распространение слева направо
13. Правила знаков Угол между лучом и оптической осью считается положительным, если для совмещения оси с лучом
14. Физические и расчетные поверхности Оптические системы: линзовые зеркальные зеркально-линзовые после отражающей поверхности показатель преломления, осевое расстояние
15. Меридиональная и сагиттальная плоскости Меридиональная плоскость – это плоскость, проходящая через оптическую ось Сагиттальная плоскость –
16. Предмет и изображение в оптической системе Предмет – это совокупность точек, из которых выходят лучи, попадающие
17. Сопряженные точки Сопряженные точки – это точки, одна из которых является изображением другой в соответствии с
18. Типы предмета и изображения Ближний тип – предмет (изображение) расположены на конечном расстоянии, поперечные размеры измеряются
19. Пример из тестов Сагиттальная плоскость это: проходящая через оптическую ось перпендикулярно меридиональной не проходящая через оптическую
20. Теория идеальных оптических систем В параксиальной области, любая реальная система ведет себя как идеальная: каждой точке
21. Линейное (поперечное) увеличение Линейное увеличение оптической системы – это отношение линейного размера изображения в направлении, перпендикулярном
22. Угловое увеличение Угловое увеличение оптической системы – это отношение тангенса угла между лучом и оптической осью
23. Продольное увеличение Продольное увеличение оптической системы – это отношение бесконечно малого отрезка, взятого вдоль оптической оси
24. Кардинальные точки и отрезки Главные плоскости системы – это пара сопряженных плоскостей, в которых линейное увеличение
25. Кардинальные точки и отрезки Задняя фокальная плоскость – это плоскость в пространстве изображений, сопряженная с бесконечно
26. Кардинальные точки и отрезки Расстояние от задней главной точки до заднего фокуса называется задним фокусным расстоянием
27. Кардинальные точки и отрезки Передняя фокальная плоскость – это плоскость в пространстве предметов, сопряженная с бесконечно
28. Кардинальные точки и отрезки Переднее фокусное расстояние f – это расстояние от передней главной точки до
29. Кардинальные точки и отрезки если – система собирающая (положительная) если – система рассеивающая (отрицательная)
30. Пример из тестов Величина SH=-50мм. При отображении на чертеже расстояние откладывается: вправо влево от передней главной
31. Пример из тестов Какие из перечисленных плоскостей не являются сопряженными? передняя и задняя главные плоскости передняя
32. Построение изображения точки
33. Построение хода луча
34. Построение хода лучей Более подробно правила и примеры построения хода лучей в оптической системе рассматриваются в
35. Связь между положением и размером предмета и изображения Схема для вывода основных соотношений параксиальной оптики
36. Связь между положением и размером предмета и изображения подобен , следовательно: отсюда
37. Связь между положением и размером предмета и изображения Если оптическая система находится в однородной среде:
38. Угловое увеличение и узловые точки Из :
39. Угловое увеличение и узловые точки Узловые точки – точки, в которых угловое увеличение равно единице (если
40. Частные случаи положения предмета и изображения : , линейное увеличение , угловое увеличение предмет и изображение
41. Частные случаи положения предмета и изображения : , линейное увеличение , угловое увеличение предмет находится в
42. Связь продольного увеличения с поперечным и угловым Отрезки , :
43. Связь продольного увеличения с поперечным и угловым Продольное увеличение для , :
44. Пример из тестов Продольное увеличение для бесконечно малых продольных отрезков: положительно, если отношение показателей преломления в
45. Диоптрийное исчисление Диоптрийное исчисление – это измерение продольных отрезков в обратных единицах (диоптриях): где – приведенная
46. Пример из тестов Оптическая и приведенная длины отрезка: относятся как квадрат показателя преломления среды относятся как
47. Инвариант Лагранжа-Гельмгольца Линейный размер предмета и угловой размер пучка лучей:
49. Скачать презентацию

Слайд 2

Элементы оптических систем
Оптическая система – это совокупность оптических сред, разделенных оптическими

поверхностями, которые ограничиваются диафрагмами
оптическая система предназначена для формирования изображения путем перераспределения в пространстве электромагнитного поля, исходящего из предмета

Оптическая система может состоять из функциональных элементов:
оптические среды
оптические поверхности
зеркала
диафрагмы
дифракционные оптические элементы

Слайд 3

Оптические среды
Оптические среды – это прозрачные однородные среды с точным значением

показателя преломления:
воздух (вакуум)
оптические стекла
оптические кристаллы

Дисперсия оптических материалов – это зависимость показателя преломления от длины волны

Слайд 4

Оптические среды
Оптические материалы описывают:
значениями коэффициентов дисперсионной формулы
значениями показателя преломления для различных

длин волн

Стандартные длины волн (Фраунгоферовы линии):

Слайд 5

Основные характеристики стекол
Показатель преломления для основной длины волны

Слайд 6

Число Аббе
Число Аббе (коэффициент относительной дисперсии):
или

Слайд 7

Пример из тестов
Как изменяется показатель преломления материалов при увеличении длины волны

излучения?
монотонно убывает в полосе пропускания
монотонно убывает
монотонно возрастает
монотонно возрастает в полосе пропускания
меняется по гармоническому закону
Три спектральных линии F, e, g излучают одинаковый лучистый поток. Расположите их в порядке возрастания видимой яркости:
F
e
g

Слайд 8

Оптические поверхности
Оптическая поверхность – это гладкая регулярная поверхность точно известной формы:

плоская
сферическая
асферическая

Слайд 9

Диафрагмы
Диафрагма – это металлический экран с круглым отверстием:
диафрагма может быть самостоятельным

элементом оптической системы

Слайд 10

Центрированная оптическая система
Центрированная оптическая система – это оптическая система, которая имеет

ось симметрии и сохраняет все свои свойства при вращении вокруг этой оси

все плоские поверхности перпендикулярны оси
центры всех сферических поверхностей принадлежат оси
все диафрагмы круглые, центры всех диафрагм принадлежат оси
все среды либо однородны, либо распределение показателя преломления симметрично относительно оси

Слайд 11

Центрированная оптическая система
Нумерация элементов оптической системы:
нумерация элементов ведется по ходу луча

расстояния между поверхностями откладываются по оси

Слайд 12

Правила знаков
Положительным направлением света считается распространение слева направо

Слайд 13

Правила знаков
Угол между лучом и оптической осью считается положительным, если для

совмещения оси с лучом ось нужно вращать по часовой стрелке

Слайд 14

Физические и расчетные поверхности
Оптические системы:
линзовые
зеркальные
зеркально-линзовые
после отражающей поверхности показатель преломления, осевое

расстояние и угол отражения меняют знак на противоположный

Слайд 15

Меридиональная и сагиттальная плоскости
Меридиональная плоскость – это плоскость, проходящая через оптическую

ось
Сагиттальная плоскость – это плоскость, которая содержит луч, перпендикулярна меридиональной плоскости и не проходит через ось
может быть ломаной и рассматривается по частям

Слайд 16

Предмет и изображение в оптической системе
Предмет – это совокупность точек, из

которых выходят лучи, попадающие в оптическую систему:
вся возможная совокупность точек образует пространство предметов
пространство предметов может быть действительным или мнимым
Оптическая система делит все пространство на две части:
пространство предметов
пространство изображений
Плоскость предметов и плоскость изображений – это плоскости, перпендикулярные оптической оси и проходящие через предмет и изображение

Слайд 17

Сопряженные точки
Сопряженные точки – это точки, одна из которых является изображением

другой в соответствии с законами параксиальной оптики
для идеальных оптических систем каждой точке пространства предметов обязательно соответствует идеально сопряженная ей точка в пространстве изображений
Сопряженные линии – это линии, для которых каждая точка линии в пространстве предметов сопряжена с каждой соответствующей точкой линии в пространстве изображений

Слайд 18

Типы предмета и изображения
Ближний тип – предмет (изображение) расположены на конечном

расстоянии, поперечные размеры измеряются в единицах длины
Дальний тип – предмет (изображение) расположены в бесконечности, поперечные размеры выражены в угловой мере
термины “конечное расстояние” и “бесконечность” условны и соответствуют более или менее близкому расположению предмета (изображения) по отношению к оптической системе

Слайд 19

Пример из тестов
Сагиттальная плоскость это:
проходящая через оптическую ось перпендикулярно меридиональной
не проходящая

через оптическую ось, перпендикулярная меридиональной
любая, не проходящая через оптическую ось
любая плоскость, перпендикулярная меридиональной
любая плоскость, содержащая луч и перпендикулярная оптической оси
Предмет дальнего типа характеризуется тем, что:
его величина измеряется в угловой мере
он находится на расстоянии, большем, чем десять фокусных расстояний
от него идут параллельные пучки лучей
он расположен на бесконечности
он находится на расстоянии, на порядок большем диаметра первого компонента

Слайд 20

Теория идеальных оптических систем
В параксиальной области, любая реальная система ведет себя

как идеальная:
каждой точке пространства предметов можно поставить в соответствие сопряженную ей точку в пространстве изображений
каждая прямая линия имеет сопряженную ей прямую линию в пространстве изображений
каждая плоскость пространства предметов имеет сопряженную ей плоскость в пространстве изображений
Из этих положений следует, что:
меридиональная плоскость имеет сопряженную ей меридиональную плоскость в пространстве изображений
плоскость в пространстве предметов, перпендикулярная оптической оси, имеет сопряженную ей плоскость, перпендикулярную оптической оси в пространстве изображений

Слайд 21

Линейное (поперечное) увеличение
Линейное увеличение оптической системы – это отношение линейного размера

изображения в направлении, перпендикулярном оптической оси, к соответствующему размеру предмета в направлении перпендикулярном оптической оси:

Слайд 22

Угловое увеличение
Угловое увеличение оптической системы – это отношение тангенса угла между

лучом и оптической осью в пространстве изображений к тангенсу угла между сопряженным с ним лучом в пространстве предметов и осью:

Слайд 23

Продольное увеличение
Продольное увеличение оптической системы – это отношение бесконечно малого отрезка,

взятого вдоль оптической оси в пространстве изображений, к сопряженному с ним отрезку в пространстве предметов:

Слайд 24

Кардинальные точки и отрезки
Главные плоскости системы – это пара сопряженных плоскостей,

в которых линейное увеличение равно единице ( )
Главные точки H и H′ – это точки пересечения главных плоскостей с оптической осью

Слайд 25

Кардинальные точки и отрезки
Задняя фокальная плоскость – это плоскость в пространстве

изображений, сопряженная с бесконечно удаленной плоскостью в пространстве предметов
Задний фокус F′ – это точка на оптической оси в пространстве изображений, сопряженная с бесконечно удаленной точкой, расположенной на оптической оси в пространстве предметов

Слайд 26

Кардинальные точки и отрезки
Расстояние от задней главной точки до заднего фокуса

называется задним фокусным расстоянием f′
Расстояние от последней поверхности до заднего фокуса называется задним фокальным отрезком SF′

Слайд 27

Кардинальные точки и отрезки
Передняя фокальная плоскость – это плоскость в пространстве

предметов, сопряженная с бесконечно удаленной плоскостью в пространстве изображений
Передний фокус F – это точка на оптической оси в пространстве предметов, сопряженная с бесконечно удаленной точкой, расположенной на оптической оси в пространстве изображений

Слайд 28

Кардинальные точки и отрезки
Переднее фокусное расстояние f – это расстояние от

передней главной точки до переднего фокуса.
Передний фокальный отрезок SF – это расстояние от первой поверхности до переднего фокуса

Слайд 29

Кардинальные точки и отрезки
если – система собирающая (положительная)
если – система рассеивающая

(отрицательная)

Слайд 30

Пример из тестов
Величина SH=-50мм. При отображении на чертеже расстояние откладывается:
вправо
влево
от передней

главной плоскости
от задней главной плоскости
от переднего главного фокуса
от заднего главного фокуса
от предмета
от изображения
от первой поверхности системы
от последней поверхности системы

Слайд 31

Пример из тестов
Какие из перечисленных плоскостей не являются сопряженными?
передняя и задняя

главные плоскости
передняя и задняя фокальные плоскости
меридиональная плоскость в пространстве предметов и в пространстве изображений
сагиттальная плоскость в пространстве предметов и в пространстве изображений
передняя и задняя узловые плоскости
Лучи, идущие параллельно друг другу в пространстве изображений:
будут идти параллельно в пространстве предметов
сойдутся в одной точке на задней фокальной плоскости
пройдут через одну и ту же точку на передней фокальной плоскости
пересекут одну и ту же точку на задней главной плоскости
пересекутся в точке переднего фокуса

Слайд 32

Построение изображения точки

Слайд 33

Построение хода луча

Слайд 34

Построение хода лучей
Более подробно правила и примеры построения хода лучей в

оптической системе рассматриваются в практическом занятии "3. Построение хода лучей в оптической системе" и в приложении "Построение изображения и хода лучей в тонких компонентах".

Слайд 35

Связь между положением и размером предмета и изображения
Схема для вывода основных

соотношений параксиальной оптики

Слайд 36

Связь между положением и размером предмета и изображения
подобен , следовательно:

отсюда

Слайд 37

Связь между положением и размером предмета и изображения
Если оптическая система находится

в однородной среде:

Слайд 38

Угловое увеличение и узловые точки
Из :

Слайд 39

Угловое увеличение и узловые точки
Узловые точки – точки, в которых угловое

увеличение равно единице (если , )

если оптическая система находится в однородной среде, то узловые точки совпадают с главными

Слайд 40

Частные случаи положения предмета и изображения
:
, линейное увеличение ,

угловое увеличение
предмет и изображение – это главные плоскости

Слайд 41

Частные случаи положения предмета и изображения
:
, линейное увеличение

, угловое увеличение
предмет находится в переднем фокусе, а изображение – в бесконечности

Слайд 42

Связь продольного увеличения с поперечным и угловым
Отрезки , :

Слайд 43

Связь продольного увеличения с поперечным и угловым
Продольное увеличение для , :

Слайд 44

Пример из тестов
Продольное увеличение для бесконечно малых продольных отрезков:
положительно, если отношение

показателей преломления в пространствах предметов и изображений положительно
положительно для положительных систем, отрицательно для отрицательных
всегда положительно
всегда отрицательно
положительно, если предмет расположен перед передним фокусом и отрицательно, если за ним

Слайд 45

Диоптрийное исчисление
Диоптрийное исчисление – это измерение продольных отрезков в обратных единицах

(диоптриях):
где – приведенная длина
1 дптр соответствует отрезку в 1 м, 1 кдптр соответствует отрезку в 1 мм

Слайд 46

Пример из тестов
Оптическая и приведенная длины отрезка:
относятся как квадрат показателя преломления

среды
относятся как показатель преломления без единицы
относятся как
отличаются на
совпадают в однородной среде

Слайд 47

Идеальные оптические системы

Содержание

Элементы оптических системОптическая система – это совокупность оптических сред, разделенных оптическими

Оптические средыОптические среды – это прозрачные однородные среды с точным значением

Оптические средыОптические материалы описывают:значениями коэффициентов дисперсионной формулызначениями показателя преломления для различных

Основные характеристики стеколПоказатель преломления для основной длины волны

Число АббеЧисло Аббе (коэффициент относительной дисперсии): или

Пример из тестовКак изменяется показатель преломления материалов при увеличении длины волны

Оптические поверхностиОптическая поверхность – это гладкая регулярная поверхность точно известной формы:

ДиафрагмыДиафрагма – это металлический экран с круглым отверстием:диафрагма может быть самостоятельным

Центрированная оптическая системаЦентрированная оптическая система – это оптическая система, которая имеет

Центрированная оптическая системаНумерация элементов оптической системы:нумерация элементов ведется по ходу луча

Правила знаковПоложительным направлением света считается распространение слева направо

Правила знаковУгол между лучом и оптической осью считается положительным, если для

Физические и расчетные поверхностиОптические системы: линзовыезеркальныезеркально-линзовыепосле отражающей поверхности показатель преломления, осевое

Меридиональная и сагиттальная плоскостиМеридиональная плоскость – это плоскость, проходящая через оптическую

Предмет и изображение в оптической системеПредмет – это совокупность точек, из

Сопряженные точкиСопряженные точки – это точки, одна из которых является изображением

Типы предмета и изображенияБлижний тип – предмет (изображение) расположены на конечном

Пример из тестовСагиттальная плоскость это:проходящая через оптическую ось перпендикулярно меридиональнойне проходящая

Теория идеальных оптических системВ параксиальной области, любая реальная система ведет себя

Линейное (поперечное) увеличениеЛинейное увеличение оптической системы – это отношение линейного размера

Угловое увеличениеУгловое увеличение оптической системы – это отношение тангенса угла между

Продольное увеличениеПродольное увеличение оптической системы – это отношение бесконечно малого отрезка,

Кардинальные точки и отрезкиГлавные плоскости системы – это пара сопряженных плоскостей,

Кардинальные точки и отрезкиЗадняя фокальная плоскость – это плоскость в пространстве

Кардинальные точки и отрезкиРасстояние от задней главной точки до заднего фокуса

Кардинальные точки и отрезкиПередняя фокальная плоскость – это плоскость в пространстве

Кардинальные точки и отрезкиПереднее фокусное расстояние f – это расстояние от

Кардинальные точки и отрезкиесли – система собирающая (положительная)если – система рассеивающая

Пример из тестовВеличина SH=-50мм. При отображении на чертеже расстояние откладывается:вправовлевоот передней

Пример из тестовКакие из перечисленных плоскостей не являются сопряженными?передняя и задняя