Метод определения кардинальных точек сложной оптической системы

Экспериментальная установка и методика измерений

Для определения характеристик оптических систем используется оптическая скамья стержневого типа (рис. 1.3) длиной не менее 1 м. Линзы в оправах (2,3), осветитель (1) и экран (4) размещаются между стержнями и могут перемещаться вдоль них. Для отсчёта расстояний служит натянутая вдоль оптической оси миллиметровая лента рулетки (5). В качестве источника света используется светодиодный осветитель – два симметрично расположенных относительно оси оптической системы светодиода, дающих пучки лучей синего и зелёного цвета. Для получения изображения можно также использовать неподвижный экран (6).

Рис. 1.3 Вид установки.

В настоящей работе исследуется сложная оптическая система, состоящая из двух тонких линз: положительной и отрицательной. Расстояние между линзами меньше фокусного расстояния первой (положительной) линзы. Фокусное расстояние отрицательной линзы берётся таким, чтобы вся система в целом была положительной. Расположение главных и фокальных точек такой системы представлено на рис. 1.4.

Рис.1.4 Ход лучей в телеобъективе.

Луч SP, параллельный оптической оси системы, после преломления в собирающей линзе идет по направлению к точке заднего фокуса этой линзы . Отрицательная линза отклоняет этот луч так, что он пересекает оптическую ось в точке заднего фокуса системы . Продолжение луча пересечет направление падающего луча в точке , которая принадлежит главной плоскости системы . Главная плоскость H такой системы лежит ещё левее.

Так как фокусное расстояние системы заметно больше расстояния от последней поверхности объектива (поверхность рассеивающей линзы) до фокуса , такая оптическая система лежит в основе конструкции длиннофокусного объектива (телеобъектива), дающего картины в большом масштабе, при условии как можно более короткой камеры.

Экспериментальный метод нахождения кардинальных точек оптической системы основан на использовании соотношения между фокусным расстоянием системы и расстояниями и от предмета до переднего фокуса системы и от заднего фокуса до его изображения – формулы (1.5). Это уравнение оптической системы называется формулой Ньютона.

В рамках метода первоначально измеряют два расстояния между линзами и ближайшими к ним фокусами системы при использовании параллельного пучка света. Далее, с помощью оптической системы получают чёткое изображение предмета и измеряют расстояние между предметом и линзой L ₁ системыи между второй линзой L ₂ и изображением. Используя полученные расстояния, рассчитывают расстояние между предметом и передним фокусом системы, расстояние между задним фокусом и изображением и определяют фокусное расстояние системы. По известным координатам фокусов системы и фокусному расстоянию рассчитывают положения главных плоскостей оптической системы.

Дата добавления: 2015-06-04