Центрована і ідеальна оптичні системи. Кардинальні площини і точки. Телескопічна система.

Реальні оптичні системи мають мінімум одну лінзу (це дві заломлюючі поверхні), а частіше системи мають комбінацію лінз. Оптична система із декількох заломлюючих поверхонь називається центрованою оптичною системою, якщо центри поверхонь оптичних деталей розміщені на одній прямій, що називається головною оптичною віссю системи. Іншими словами, оптична вісь системи – це пряма, що проходить через оптичну систему без заломлень.

Гаус створив теорію ідеальної оптичної системи, тобто системи, в якій зберігається гомоцентричність пучків і зображень, геометрично подібних предмету. В ідеальній оптичній системі зображення відтворює предмет без перекручення. Ідеальна оптична система може бути здійснена, якщо в центрованій оптичній системі запровадити параксіальну область.

Параксіальна область – це промені, які проходять близько до центрального променя.

Теорія ідеальної оптичної системи Гауса встановлює декілька кардинальних площин і кардинальних точок. Для ознайомлення з ними будь-яку оптичну систему зручно представити у вигляді двох поверхонь.

Першу, з вершиною в т. О – точка перехрещення сферичної заломлюючої поверхні з оптичною віссю, останню – з вершиною в т. - точка перехрещення сферичної заломлюючої поверхні з оптичною поверхнею.

Точки, в яких перехрещуються заломлені промені, паралельні оптичні осі називаються відповідно:

- заднім фокусом (для променів що йдуть з простору предметів);

- переднім фокусом (для променів що йдуть з простору зображень).

Площини, що проходять через передній і задній фокуси, перпендикулярні оптичній осі, називають відповідно:

1 - передньою фокальною площиною;

2 - задньою фокальною площиною.

Заломлюючу дію всіх поверхонь оптичних деталей, що може бути в оптичній системі, можна звести до однієї площини. Для променів, що йдуть з простору предметів, це передня головна площина – 3; для променів, що йдуть з простору зображення, - задня головна площина – 4. Перехрещення цих площин з оптичною віссю дає передню і задню головні точки.

Важливими також є відстані і відрізки: передня фокальна відстань - , задня фокальна відстань - ; - передній фокальний відрізок, - задній фокальний відрізок.

Якщо оптичну систему представити з двох сферичних поверхонь, то відстань між заднім фокусом першої оптичної системи (т. ) і переднім фокусом другої оптичної системи (т. ) називають оптичним інтервалом .

Телескопічною (афокальною) системою називають оптичну систему, в якій інтервал . До телескопічної системи можна віднести зорову трубу, що сфокусована на .

Фокусна відстань телескопічної системи:

Це означає що паралельний пучок променів, який йшов паралельно з просторовим предметом, після заломлення в системі залишається паралельним.

Головні точки телескопічної системи також знаходяться в безкінечності. В такій системі апертурною діафрагмою буде оправа об`єктива. Вона ж буде і вхідною зеницею (Д). Зображення цієї діафрагми в просторі зображень буде вихідною зеницею оптичної системи (d). Відношення називається кутовим збільшення оптичної системи (Г^х). Відношення називається лінійним збільшення оптичної системи (b).

; ; Г^х – кратність;

Відношення називається відносним отвором оптичної системи.

9. Лупа. Об`єктив, його характеристики. Види об`єктивів.

Телеоб`єктив.

Лупа є найбільш простим оптичним приладом. Вона може бути однолінзовою, багатолінзовою. Останні дають більше збільшення і менші аберації. Видиме збільшення лупи підраховується за формулою:

; 250мм – найкраща відстань до ока.

Лупи застосовуються для зняття відліків в геодезичних приладах з верньєрами.

Об¢єктив - це оптична система, що повернена до предмета. В більшості об¢єктиви дають дійсне зображення і є довгофокусними.

Основними характеристиками об¢ктивів є:

1. Фокусна відстань об¢єктива f_об. ;

2. Відносний отвір об¢єктива ;

3. Кут поля зору 2W.

Діаметр об¢ективів знаходиться в межах 30-65мм. Інколи можуть бути 100мм.

Для зменшення аберації об¢єктиви роблять з декількох лінз із різних сортів скла з різними радіусами кривизни. Наведемо деякі основні види об¢єктивів:

1 –дволінзовий склеєний (застосовуються в приладах з малою і середньою точністю); 2W=10⁰; f=300-360мм.

1 –дволінзовий з повітряним проміжком (застосовуються в теодолітах більш високої точності); 2W=40⁰; f=520мм.

2 - багатолінзовий з повітряним проміжком (для виключення аберацій). Аберація – перекручення зображення.

Телеоб¢єктив призначається для збільшення фокусної відстані без збільшення розмірів зорової труби. В цій оптичній системі об¢єктив доповнюється фокусуючою лінзою, яка знаходдиться на відстані d від об¢єктива.Фокусна відстань телескопічної системи розраховується за формулою:

10. Окуляр, його характеристики. Види окулярів. Мікроскоп.

Окуляр це оптична система, що знаходиться перед оком спостерігача, служить для розгляду зображення предмета, що дає об¢єктив, під більшим кутом поля зору.

Основні характеристики окуляра:

1. Фокусна відстань окуляра f_ок.=7-15мм;

2. Збільшення окуляра ;

3. Кут поля зору 2W;

4. Діаметр вихідної зениці d_вих. ;

5. Положення вихідної зениці Р=8мм

Окуляр – це ширококутова оптична система, яка складається з польової лінзи (колектива 1), окової лінзи 2, що знаходиться з боку ока.

Вихідна діафрагма знаходиться на відстані Р=6-8мм. Відстань Р необхідна для того, щоб вії спостерігача не заважали дивитися в окуляр. Збільшувати відстань не бажано, тому що буде віньєтірованіс, тобто затемнення по краям поля зору. Положення відстані можна вирахувати за формулою:

Всі окуляри роблять складними, тобто із багатьох лінз. Це роблять для зменшення аберації. Окуляр монтують в одній оправі, яка може переміщуватись уздовж оптичної осі . це необхідно для встановлення різкості сітки ниток на око спостерігача.

Основні види окулярів, що мають місце в геодезичних приладах:

1. Окуляр Рамсдена – застосовуються, в основному в мікроскопах геодезичних приладів.

2. Окуляр Кельнера – застосовується в теодолітах малої і середньої точності.

3. Симетричний окуляр – застосовується в більшості сучасних геодезичних приладів.

Крім наведених, є більш складні окуляри: ортоскопічний (в далекомірах), земний (для розгляду земних предметів).

Мікроскоп має об’єктив і окуляр збільшення мікроскопа:

По відношенню до лупи мікроскоп має:

1. Більше збільшення;

2. Більшу робочу відстань до ока;

3. В площині зображення можна поставити сітку і по ній вести вимірювання.

В геодезичних приладах мікроскопи використовують в якості:

1. Мікроскоп-лупа;

2. Відліковий мікроскоп;

3. Шкаловий мікроскоп;

4. Мікроскоп-мікрометр та ін.