Построение оптического изображения объекта линзой

Построение оптического изображения объекта линзой также основано на способности светового луча изменять свое первоначальное направление.

Пусть на главной оптической оси расположится источник света S, испускающий лучи, которые попадают на каждую из элементарных призм, составляющих линзу. Центральную призму 4 следует рассматривать как плоскопараллельную пластинку, так как ее грани параллельны и угол преломления равен нулю. Лучи, падающие на следующие призмы 3 и 5, в соответствии с небольшим углом преломления призм отклонятся в сторону оснований и пересекут главную оптическую ось в точке S'. Лучи, прошедшие через призмы, более удаленные от центральной, отклонятся больше, но непременно соберутся в точке S' на главной оптической оси. Наибольшее отклонение испытывают лучи, прошедшие через крайние, не усеченные призмы 1 и 7, но и они соберутся в точке S'. Если в эту точку поместить экран, то на нем мы увидим оптическое изображение источни-ка света. Перемещая экран вдоль оптической оси, обнаружим, что ука-занная точка S' - единственная, где изображение будет резким, в других местах изображение будет более расплывчатым (сечения ab, a'b').

Точка пересечения лучей называется фокусом. В рассмотренном случае мы установили, что при прохождении через двояковыпуклую лин-зу лучи, исходящие из одной точки пространства предметов, соберутся в точке пространства изображений.

Лучи света от источника, удаленного вдоль главной оптической оси влево в бесконечность, будут параллельны главной оптической оси, но они также соберутся в одной точке F' на главной оптической оси. Эта точка называется задним главным фокусом оптической системы. Лучи, идущие от бесконечно удаленного источника света справа из пространства изображений, пересекутся на главной оптической оси в точке F, которая называется передним главным фокусом оптической системы (рисунок 2). Расстояния от центра линзы О до главных фокусов F и F' равны между собой, если пространство предметов и пространство изображений заполнено однородной средой, например воздухом. Эти расстояния назы-ваются соответственно передним и задним главными фокусными расстояниями оптической системы (f и f').

Общий случай построения изображения двояковыпуклой линзой. Пусть дана линза, имеющая главную оптическую ось, центр О, передний и задний главные фокусы F и F', Для удобства построений в теле линзы перпендикулярно оптической оси проводим плоскость Н'Н, кото-рая называется главной плоскостью (Существуют две главные плоскости - передняя и задняя. В данном случае для простоты построений условно берем только одну плоскость, как у тонкой линзы.). Удобнее считать, что, проходя через линзу луч изменяет направление, пересекая главную плоскость.

Объект, условно изображенный в левой части рисунка в виде стрелки АВ, расположен в пространстве предметов на некотором расстоянии от линзы. С помощью простейших геометрических приемов получим изображение предмета АВ, построенное линзой. Из точки А направим два луча до пересечения с главной плоскостью Н'Н: один - параллельно главной оптической оси, другой - через точку О. Луч, параллельный главной оптической оси, преломляется на главной плоскости и проходит через задний главный фокус F'. Второй луч проходит, не преломляясь, через точку О, и в пересечении обоих лучей в пространстве изображений мы получаем точку а, которая и является изображением точки А предмета. Аналогично получим изображения точки В и любой другой точки предмета. Таким образом, мы получили уменьшенное обратное действительное изображение аb. Действительным полученное изображение называется потому, что оно получено пересечением реальных лучей света в отличие от мнимого изображения, видимого в зеркале. Если на место от-резка аb поместить матовое стекло или экран, мы увидим реальное изо-бражение объекта AB, которое можно зарегистрировать на фотопленку. Отношение размера изображения к размеру самого объекта называется масштабом изображения и записывается следующим образом: ab/AB=1/m, где m - знаменатель масштаба.