Три распространенных системы оптической визуализации

На основе изучения различных явлений распространения света были разработаны и изготовлены различные оптические приборы, такие как микроскопы для наблюдения за мелкими объектами, телескопы для наблюдения за удаленными объектами, фотоаппараты, видеокамеры и т.д.

Оптические приборы, как правило, имеют оптическую систему, роль которой заключается в визуализации наблюдаемого объекта для наблюдения человеческим глазом или для обнаружения с помощью фотоэлектрических устройств.

Оптические системы обычно состоят из одного или нескольких оптических элементов. Каждый оптический элемент состоит из среды с определенным показателем преломления, которая окружена сферической, плоской или астероической поверхностью.

Оптическая система, в которой центр поверхностной кривой каждого оптического элемента, составляющего оптическую систему, находится на той же прямой линии, называется коаксиальной оптической системой, и эта линия называется оптической осью.

Существуют также некоаксиальные оптические системы (например, спектроскопические системы, включающие дисперсионные призму или дисперсионные фонари).

Все оптические элементы в оптической системе состоят из сферы, называемой сферической системой.

Если оптическая система содержит астероическую поверхность, то она называется астероической системой.

Одно линз является основным элементом коаксиальной сферической системы.

линзы по форме могут быть разделены на две категории: первый тип называется конвергентными линзами или положительными линзами, которые характеризуются средней толщиной и тонкими краями; Второй тип - дифференцированная линза или отрицательная линза, которая характеризуется средней тонкостью и толщиной с обеих сторон.

В соответствии с законами распространения света и волновой поверхностью изучается распространение луча через линзу.

1) Концентрационная линза или прямая линза

Как показано на рисунке 1, для концентрического луча, исходящего из точки А, его передний PQ представляет собой сферическую поверхность, окружённую в центре А. При прохождении луча через линзу, поскольку показатель преломления стекла больше, чем показатель преломления воздуха, в соответствии с отношениями между показателем преломления и скоростью света, скорость распространения света в стекле будет меньше, чем скорость распространения в воздухе, толщина центральной линзы будет больше, чем толщина края, поэтому центральная часть распространяется медленнее, а крайная часть распространяется быстрее. В случае с рисунком 1, когда свет в центре распространяется от O к O’, свет на краю уже распространяется от P и Q к P', Q', соответственно, и поверхность излучаемой волны изгибается слева направо, а весь лук складывается в направлении оси света, называется «соединение». Если поверхность линзы выбирает подходящую поверхностную форму, поверхность излучаемой волны все равно может быть сферической. Соответствующие излученные лучи пересекаются в точке A’, которая, очевидно, является центром излученной сферической волны. «А» — это «подобная точка», сформированная точка А через объектив, а точка А называется «точкой».

На рисунке 1 A' является пересечением фактических лучей света. Если вы поместите экран в «А», то на экране можно увидеть яркую точку, которая называется «реалистической точкой».

2) рассеянная линза или отрицательная линза

Поскольку края дифференцированной линзы толще, чем центр, центральная часть луча распространяется быстрее, чем контактная линза, в то время как края распространяются медленнее. Как показано на рисунке 2. После прохождения луча через линзу, поверхность волны изгибается влево, а соответствующий излученный свет отклоняется наружу, называется «диффузия». Если поверхность излучаемой волны является сферической, то все удлинения света проходят через центр сферической волны A'. Когда мы смотрим за камерой, то увидим то же самое, что и свет, исходящий от А, но не отображается на экране. Такие точки называются «фантастическими точками».

На рисунках 1 и 2 точка A является начальной точкой фактического света, называемой «точкой».

Если точка A не является фактической светящейся точкой, а скорее точкой другой оптической системы, то перед тем, как свет достигнет точки A, она встречает первую сторону задней оптической системы и начинает изменять направление распространения, как показано на рисунке 3. Фактический свет в это время не проходит через точку А, а его удлиненные линии пересекаются в точке А, которая называется «точкой нереалистической вещи».

3) Коаксиальная оптическая система

Установите O1, O2, L, OK для оптической системы с k-планами, как показано на рисунке 4.

Шаровые волны, испускаемые из светящейся точки A1, испускают концентрический луч в центре точки A1, точка A называется точкой. Если сфера проходит через оптическую систему и остается сферической волной, то есть концентрическим лучом, расположенным вокруг точки Ak', и точка Ak' также является геометрической точкой, то это идеальное изображение A1. Таким образом, условия для идеального изображения оптической системы заключаются в том, что, когда входящая волна является сферической, исходящая волна также является сферической. Или, согласно закону Мариоса, световой диапазон между соответствующими точками перед входящей и исходящей волной является фиксированным. Следовательно, расстояние света между точкой A1 и идеальной точкой Ak’ является постоянной. Для оптических систем с k-гранными сторонами, как показано на рисунке 4,

Пространство объекта (включая реальные и виртуальные объекты) называется пространством объекта. Пространство, в котором расположены изображения (как реальные, так и фиктивные), называется пространством изображения. Эти два пространства бесконечно расширяются, не механически разделены поверхностью преломления или правой и правой сторонами оптической системы.

Тем не менее, коэффициент преломления пространственной среды должен быть рассчитан исходя из коэффициента преломления пространственной среды перед системой, где фактически попадает свет; Коэффициент преломления, как пространственная среда, должен быть рассчитан исходя из коэффициента преломления пространственной среды за системой, в которой фактически испускается свет. Вычислить, являются ли они физическими или фиктивными точками, реальными или фиктивными точками.

Например, точка виртуального объекта A на рисунке 3, хотя с точки зрения расположения находится позади системы, коэффициент преломления среды пространства кубического объекта все еще рассчитывается на основе коэффициента преломления среды в пространстве, где находится фактический входящий свет, направленный на точку A (т.е. пространство перед линзой). См. Аналогичным образом, исходя из коэффициента преломления среды в пространстве, где фактически испускается свет (т.е. в пространстве за линзой), вычисляется коэффициент преломления среды, соответствующий воображаемой точке A’ в пространстве.

Согласно теореме обратимости оптического пути, если точка A' рассматривается как точка обрезки, то свет A' должен пересекаться в точке A, и точка A через оптическую систему становится изображением A'. Такое соотношение между точками А и А' называется "концепцией".