Теория оптических приборов - Чуриловский В.Н.
Скачать (прямая ссылка):
проведенными нз точки А через края отверстия. Прн этом за экраном
образуется область тени (показана штриховкой), куда не проникает свет,
идущий от точки А.
Ограниченный пучок лучей вырезает из волновых поверхностей W3, W4 и т. д.
ограниченные участки. Однако физически это невозможно: волновые
поверхности - это поверхности уровня светового поля, потому они не могут
обрываться. Исследование этого парадокса показало, что в пограничном слое
(вдоль лучей АВу и АВ%), ширина которого соизмерима с длиной световых
волн, происходят сложные ивлеиия, известные под названием дифракции
света. В этом слое волновые поверхности резко изги-' баются, а закон
прямолинейного распространения света, да н само приятие о световых лучах
становятся неприменимыми. Явление дифракции не позволяет выделить очень
узкий пучок световых лучей, делая отверстие в экране Е малым: в этом
случае дифракция усиливается, и свет за экраном расходится более широким
пучком.
В пределах геометрической оптики мы пренебрежем явлениями дифракции,
полагая, что имеющиеся в оптических приборах отверстия, ограничивающие
ширину проходящих через приборы пучков лучей, несоизмеримо больше (на
три-четыре порядка) длины световой волны. В таком случае влияние
дифракции на распространение света становится действительно пренебрежимо
малым. Таким образом мы заменяем волновую теорию света упрощенной
"лучевой теорией", которая вполне достаточна для многих
13
инженерных расчетов, но не может удовлетворительно объяснить тонкую
структуру оптического изображения. В таких случаях мы оставляем за собой
право прибегать к теории дифракции.
Пучок лучей ВгАВ2 - расходящиеся. В природе встречаются только
расходящиеся пучки лучей, и глаз человека, помещенный в таком пучке, как
бы мысленно продолжает входящие в его зрачок лучи обратно и видит
светящуюся точку А в месте их пересечения. Однако в оптических приборах
часто создаются сходящиеся пучки лучей. Глаз человека, находящийся в
таком пучке лучей, не способен видеть светящуюся точку. Пограничным между
сходящимся и расходящимся пучками является пучок параллельных лучей,
часто осуществляемый в оптических приборах. Но и в природе человек имеет
дело с параллельными (или почты
параллельными) лучами в случае, когда наблюдаемый предает находится
далеко. В пучке параллельных лучей глаз человека хорошо видит предметы
(например, звезды, луну, далекие предметы на земле).
Представленный на чертеже (рис. 1.1) пучок лучей отличается тем
свойством, что все лучи пересекаются в одной точке Л. Пучки, обладающие
этим свойством, называются гомоцентрическими пучками лучей. В природных
условиях человек имеет дело именно с такими пучками лучей, но пучки
лучей, создаваемые оптическими приборами, нередко бывают
негомоцентрическими. На чертеже (рис.1.2) показаны три луча Л1В1,Л2^г и
AsBs,r принадлежащие иегомоцентрическому пучку лучей и не пересекающиеся
в одной точке. Нетрудно понять, что глаз человека помещенный в
расходящемся ходе негомоцентричес^ого пучка лучей, не может точно
локализовать положение светящейся точки, иначе говоря, вместо резкой
точки он увидит расплывчатое питно рассеяния, захватывающее область
А^А^А9, в которой происходит пересечение лучей.
Нерезкость изображения - существенный недостаток оптического прибора.
Поэтому конструктор оптических приборов всегда стремится к тому, чтобы
пучки лучей, покидающие прибор и направляющиеся в глаз человека или в
ииой приемник световой энергии, были гомоцентрическими или так мало
отличались от
14
гомоцентрических, чтобы нерезкость изображения стала неуловимой для
глаза. Поэтому высококачественный оптический прибор должен входящие в
него гомоцентрические пучки лучей преобразовывать так, чтобы они
оставались гомоцентрическими (или почти гомоцентрическими) после их
выхода из прибора.
Обычно принято считать, что чем уже пучок лучей, тем меньше он отличается
от гомоцентрического пучка. Но существуют даже бесконечно узкие пучки
лучей с резким нарушением гомоцен-тричности. На чертеже (рис. I. 3)
представлена элементарная площадка ds волновой поверхности, окружающая
точку А. Прямая ЛОа - нормаль к волновой поверхности. Из теории
поверхностей известно, что через нормаль в любой точке поверхности можно
проложить два взаимно перпендикулярных главных сече-
ния MXNX и М2Л/2, в которых радиусы кривизны А0Х и Л02 имеют наибольшее н
наименьшее значение. Эти сечення называются главными. Поэтому лучи
(нормали к волновой поверхности), лежащие в горизонтальном сечении,
пересекаются в точке О it а лучи, лежащие в вертикальном сечении, - в
точке 02. Расстояние между точками Ох и 02 может быть большим независимо
от размеров площадки ds (точки 0Х и 02 могут, например, лежать по разным
сторонам от поверхности ds). Такая негомо-центричность называется
астигматизмом, а описанный здесь бесконечно узкий пучок лучей -
астигматическим.
К первому закону распространения света, утверждающему прямолинейность
