세 가지 일반적인 광학 이미징 시스템

빛의 다양한 전파 현상을 연구하면서 작은 물체를 관찰하는 현미경, 먼 물체를 관찰하는 망원경, 카메라, 카메라 등 다양한 광학 기기를 설계하고 제조했다.

광학 기기에는 흔히 광학 시스템이 있는데, 그 역할은 관찰된 물체를 사람의 눈으로 관찰하거나 광전기로 탐지하는 것이다.

광학 시스템은 일반적으로 하나 이상의 광학 요소로 구성됩니다. 각 광학 컴포넌트는 구, 평면 또는 비구면으로 둘러싸인 굴절 인덱스가 있는 미디어로 구성됩니다.

광학 시스템을 구성하는 각 광학 컴포넌트의 표면 곡률 중심이 같은 선에 있는 광학 시스템을 동축 광학 시스템이라고 하며 이 선을 광축이라고 합니다.

비동축 광학 시스템 (예: 분산 프리즘 또는 분산 래스터를 포함한 스펙트럼 시스템) 도 있습니다.

광학 시스템의 모든 광학 컴포넌트는 구 시스템이라고 하는 구로 구성됩니다.

광학 시스템에 비구면이 포함된 경우 비구면 시스템이라고 합니다.

단일 렌즈는 동축 구형 시스템의 기본 단위입니다.

렌즈는 모양에 따라 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 첫 번째 범주는 수렴 렌즈 또는 정렌즈라고 하며 중간 두께와 가장자리가 얇습니다. 두 번째 범주는 중간 얇고 양쪽 두께가 특징인 발산 렌즈 또는 음의 렌즈입니다.

빛의 전파 법칙과 파동 진면에 근거하여 렌즈를 통한 빛의 전파를 연구하다.

(1) 수렴 렌즈 또는 포지티브 렌즈

그림 1 에서 볼 수 있듯이 A 점에서 방출되는 동심 빔의 경우 파면 PQ 는 A 를 중심으로 한 구입니다. 광선이 렌즈를 통과할 때 유리의 굴절률이 공기의 굴절률보다 크기 때문에 굴절률과 광속의 관계에 따라 유리에서의 빛의 전파 속도는 공기 중의 전파 속도보다 작고, 수렴 렌즈 중심의 두께는 가장자리의 두께보다 크므로 중심 부분의 전파는 느리고 가장자리 부분은 빠르게 전파됩니다. 그림 1 의 경우 중심의 빛이 O 에서 O' 로 전파되면 가장자리의 빛은 각각 P 와 Q 에서 P', Q' 로 전파되고, 사출파면은 왼쪽에서 오른쪽으로 구부러지며, 전체 빔은 광축 방향으로 접혀 "수렴" 이라고 합니다. 렌즈 표면이 적절한 표면 모양을 선택하는 경우에도 사출 웨이브 면은 여전히 구일 수 있습니다. 해당 방출 광선은 A' 점에서 교차합니다. 이것은 분명히 방출 구파의 중심입니다. A' 는 A 점이 렌즈를 통해 형성되는' 상점' 이고, A 점은' 물점' 이라고 불린다.

그림 1 에서 a' 는 실제 라이트의 교차점입니다. 화면을 A' 에 놓으면 스크린에' 실상 점' 이라는 밝은 점을 볼 수 있다.

(2) 발산 렌즈 또는 음의 렌즈

발산 렌즈의 가장자리가 중심보다 두껍기 때문에 수렴 렌즈보다 빔의 중심 부분이 더 빠르게 전파되고 가장자리가 더 느리게 전파됩니다. 그림 2 와 같이. 빔이 렌즈를 통과하면 웨이브가 왼쪽으로 구부러지고 해당 방사 라이트가 바깥쪽으로 편향되어 "발산" 이라고 합니다. 사출파 면이 구인 경우 광선의 모든 연장선은 구파의 구 중심 A' 를 통과합니다. 렌즈 뒤에서 보면 A' 에서 나오는 빛과 정확히 같지만 화면에는 표시할 수 없습니다. 이런 종류의 이미지 포인트를 "가상 이미지 포인트" 라고합니다.

그림 1 과 그림 2 에서 물체 점 A 는 실제 라이트의 시작점이며 "물점" 이라고 합니다.

물점 A 가 실제 발광점이 아니라 다른 광학 시스템의 이미지점인 경우, 그림 3 에서와 같이 빛이 A 점에 도달하기 전에 후면 광학 시스템의 첫 면을 만나 전파 방향을 바꾸기 시작합니다. 이 시점에서 실제 광선은 a 점을 통과하지 않고 연장선이 a 점에서 교차합니다. 이를 "가상 점" 이라고 합니다.

(3) 동축 광학 시스템

그림 4 와 같이 O1, O2, L, Ok 는 K 면이 있는 광학 시스템을 나타냅니다.

발광 점 A1 에서 구형파를 방출하고 점 A1 을 중심으로 동심 빔을 방출하며 점 A 를 물점이라고 합니다. 구가 광학 시스템을 통과한 후에도 여전히 구형파, 즉 점 Ak' 를 중심으로 한 동심 빔이고 점 Ak' 도 기하학적 점인 경우 A1 의 완벽한 이미지입니다. 따라서 광학 시스템의 완벽한 이미징의 조건은 입사파가 구파일 때 사출파도 구파라는 것이다. (마하트마 간디, 광학 시스템, 광학 시스템, 광학 시스템, 광학 시스템, 광학 시스템, 광학 시스템, 광학 시스템, 광학 시스템) 또는 마리우스의 법칙에 따르면 입사 파면과 사출파면 대응점 사이의 빛의 거리는 모두 고정 값입니다. 따라서 물점 A1 과 그것의 이상은 점 Ak' 사이의 빛의 여정은 상수이다. 그림 4 와 같이 k 면이 있는 광학 시스템의 경우

물체가 있는 공간 (실제 물체와 가상 물체 포함) 을 물체 공간이라고 합니다. 이미지 (실상과 허상 포함) 가 있는 공간을 이미지 공간이라고 합니다. 이 두 공간은 무한히 확장되어 굴절 표면이나 광학 시스템의 왼쪽과 오른쪽에 기계적으로 분리되지 않습니다.

그러나 물체 공간 매체의 굴절 색인은 실제 입사광이 있는 시스템 앞의 공간 매체의 굴절 인덱스를 기준으로 계산해야 합니다. 공간 매체와 같은 굴절 색인은 실제로 빛을 방사하는 시스템 뒤의 공간 매체의 굴절률을 기준으로 계산해야 합니다. 그것들이 물리적 점인지 가상점인지, 실상점인지 허상점인지를 계산하다.

예를 들어 그림 3 의 가상 점 A 는 위치에서 시스템 뒤에 있지만, 물체 공간 미디어의 굴절 색인은 여전히 A 점을 가리키는 실제 입사광이 있는 공간 (즉 렌즈 앞의 공간) 에 있는 미디어의 굴절 인덱스를 기준으로 계산됩니다. 。 마찬가지로 실제 광선의 공간 (즉, 렌즈 뒤의 공간) 에 있는 미디어의 굴절 인덱스를 기준으로 가상 점 A' 에 해당하는 공간의 미디어 굴절 인덱스를 계산합니다.

광로 가역성 정리에 따르면, 점 A' 를 하나의 자르기점으로 본다면, A' 에서 나오는 빛은 반드시 A 지점에서 교차해야 하고, A 점은 광학 시스템을 통해 A' 로 형성된 이미지가 된다. 점 A 와 점 A' 사이의 이러한 대응을' 멍에' 라고 합니다.