Приборы, увеличивающие угол зрения

 Действие многих оптических приборов может быть схематически уподоблено действию тонких линз. Однако тонкая линза дает хорошее изображение только в том сравнительно редком случае, когда можно ограничиться узким одноцветным пучком, идущим от источника вдоль главной оптической оси или под небольшим углом к ней. В большинстве же практических задач, где эти условия не выполняются, изображение, даваемое тонкой линзой, довольно несовершенно. Поэтому в большинстве случаев прибегают к построению более сложных оптических приборов, имеющих большое число преломляющих поверхностей и не ограниченных требованием близости этих поверхностей (требованием, которому удовлетворяет тонкая линза).

Главные плоскости и главные точки прибора

Осуществим сложный оптический прибор, расположив несколько линз одну за другой так, чтобы их главные оптические оси совпадали. Эта общая главная ось всей системы проходит через центры всех поверхностей, ограничивающих отдельные линзы. Направим на систему пучок параллельных лучей, соблюдая условие, чтобы диаметр этого пучка был достаточно мал.

Мы обнаружим, что по выходе из системы пучок собирается в одной точке F', называемой задним фокусом прибора. Направив параллельный пучок на сиситему с противоположной стороны, найдем передний фокус прибора F. Найдем фокусное расстояние системы.

В случае тонкой линзы все постоения можно сделать, не рассматривая хода лучей в линзе и ограничившись изображением линзы в виде главной плоскости.

Исследование свойств сложных оптических систем показывает, что и в этом случае мы можем не рассматривать действительного хода лучей в системе. Однако для замены сложной оптической системы приходиться использовать не одну главную плоскость, а совокупность двух главных плоскостей, перпендикулярных к главной оптической оси системы и пересекающих ее в двух так называемых главных точках (O и O').Отметив на оси положение двух главных фокусов, мы будем иметь полную характеристику оптической системы.

При этом изображение очертаний наружных поверхностей, ограничивающих систему (в виде жирных дуг, рис. сверху), является излишним. Две главные плоскости системы заменяют единую главную плоскость тонкой линзы: переход от системы к тонкой линзе обозначает сближение двух главных плоскостей до слияния, так что главные точки O и O' сближаются и совпадают с оптическим центром линзы.

Таким образом, главные плоскости системы представляют собою как бы расчленение главной плоскости тонкой линзы. Это обстоятельство находиться в соответствии с их основным свойством: луч, входящий в систему, пересекает первую главную плоскость на той же высоте h, на какой выходящий из системы луч пересекает вторую главную плоскость.

Главные плоскости и главные точки могут лежать и внутри и вне системы, совершенно несимметрично относительно поверхностей, ограничивающих систему, например, даже по одну сторону от нее.

С помощью главных плоскостей решается и вопрос о фокусных расстояниях системы. Фокусными расстояниями оптической системы называются расстояния от главных точек до соответствующих им фокусов. Таким образом, если мы обозначим F и O - передний фокус и переднюю главную точку, F' и O' - задний фокус и заднюю главную точку, то f' =O'F' есть заднее фокусное расстояние системы, f = OF - ее переднее фокусное расстояние.

Если по обе стороны системы находиться одна и та же среда (например, воздух), так что в ней расположены передний и задний фокусы, то f=f', как и для тонкой линзы.

Построение изображений в системе.

Зная положение главных и фокальных плоскостей системы, мы можем построить изображение в системе, совершенно не интересуясь ее конкретными свойствами - числом преломляющих поверхностей, их положением и кривизной и т.д. Для построения достаточно провести какие-нибудь два луча из числа тех, построение которых может быть выполнено без затруднений. Ход этих лучей изображен на рисунке: