Homorú-domború lencse. Vékony lencsék

Mindenki tudja, hogy a fényképészeti lencse optikai elemekből áll. A legtöbb fényképészeti objektív lencséket használ ilyen elemként. A fényképészeti lencsék lencséi a fő optikai tengelyen helyezkednek el, és az objektív optikai sémáját alkotják.

Optikai gömb lencse - átlátszó homogén elem, amelyet két gömb alakú vagy egy gömb alakú, a másik sík felület határol.

A modern fényképészeti objektívekben széles körben használják őket, aszférikus lencsék, amelyek felületi alakja eltér a gömbtől. Ebben az esetben lehetnek parabola, hengeres, tórikus, kúpos és egyéb ívelt felületek, valamint szimmetriatengellyel rendelkező forgásfelületek.

A lencsék gyártásának anyaga lehet különféle típusú optikai üveg, valamint átlátszó műanyag.

A gömb alakú lencsék teljes választéka két fő típusra redukálható: Összejövetel(vagy pozitív, konvex) és Szórás(vagy negatív, homorú). A középen lévő konvergáló lencsék vastagabbak, mint a széleken, éppen ellenkezőleg, a középen lévő diffúz lencsék vékonyabbak, mint a széleken.

A konvergáló lencsékben a rajta áthaladó párhuzamos sugarak egy pontra fókuszálnak a lencse mögött. Divergáló lencsékben a lencsén áthaladó sugarak oldalra szóródnak.

beteg. 1. Gyűjtő és szétválasztó lencsék.

Csak pozitív lencsék készíthetnek képeket a tárgyakról. Azokban az optikai rendszerekben, amelyek valós képet adnak (különösen a lencséknél), az eltérõ lencsék csak a kollektív lencsékkel együtt használhatók.

A keresztmetszet alakja szerint a lencsék hat fő típusát különböztetjük meg:

1. bikonvex konvergáló lencsék;
2. sík-domború konvergáló lencsék;
3. homorú-domború konvergáló lencsék (menisci);
4. bikonkáv diffúzor lencsék;
5. sík-konkáv diffúzor lencsék;
6. domború-konkáv diffúzor lencsék.

beteg. 2. Hat féle gömblencse.

A lencse gömbfelületei eltérőek lehetnek görbület(domborúság / homorúság foka) és különböző axiális vastagság.

Nézzük meg ezeket és néhány más fogalmat részletesebben.

beteg. 3. Bikonvex lencse elemei

A 3. ábrán egy bikonvex lencse kialakulása látható.

• A C1 és C2 a lencsét határoló gömbfelületek középpontja, ezeket nevezzük görbületi középpontok.
• R1 és R2 a lencse gömbfelületeinek sugara ill görbületi sugarak.
• A C1 és C2 pontokat összekötő egyenest ún fő optikai tengely lencsék.
• Az optikai főtengely metszéspontjait a lencse felületeivel (A és B) ún. lencsecsúcsok.
• Távolság a ponttól A lényegre törő B hívott axiális lencsevastagság.

Ha a fő optikai tengelyen fekvő pontból párhuzamos fénysugarat irányítunk a lencsére, akkor az azon való áthaladás után a pontban összegyűlik. F, amely szintén a fő optikai tengelyen van. Ezt a pontot hívják fő hangsúly lencsék, és a távolság f az objektívtől idáig - fő fókusztávolság.

beteg. 4. Fő fókusz, fő fókuszsík és az objektív gyújtótávolsága.

Repülőgép MN az optikai főtengelyre merőleges és a fő fókuszon áthaladó ún fő fókuszsík. Itt található a fényérzékeny mátrix vagy fényérzékeny film.

A lencse gyújtótávolsága közvetlenül függ konvex felületeinek görbületétől: minél kisebb a görbületi sugara (azaz minél nagyobb a kidudorodás), annál rövidebb a fókusztávolság.

Lencsék. Optikai eszközök

Lencseátlátszó testnek nevezzük, amelyet két ívelt felület határol.

A lencsét ún vékony ha vastagsága sokkal kisebb, mint felületeinek görbületi sugarai.

A lencsefelületek görbületi középpontjain áthaladó egyenes vonalat a lencse fő optikai tengelyének nevezzük. Ha az egyik lencsefelület sík, akkor az optikai tengely arra merőlegesen fut (1. ábra).

1. ábra.

A vékony lencsén azt a pontot, amelyen a sugarak irányváltoztatás nélkül haladnak át, nevezzük optikai központ lencsék. A fő optikai tengely áthalad az optikai középponton.

A lencse optikai középpontján áthaladó bármely más egyenest nevezzük másodlagos tengely lencsék. Azt a pontot, ahol a fénysugarak konvergálnak, párhuzamosan haladva a fő optikai tengellyel, ún fókusz.

A fókuszon átmenő síkot az optikai főtengelyre merőlegesen ún gyújtóponti sík.

Vékony lencse képlete (2. ábra):

Az (1) képletben a mennyiségek a 1 , a 2 , r 1 és r 2 akkor tekinthető pozitívnak, ha számlálási irányuk a lencse optikai középpontjától egybeesik a fény terjedési irányával; ellenkező esetben ezek az értékek negatívnak minősülnek.

A lencsék számos optikai eszköz fő elemei.

A szem például egy optikai eszköz, ahol a szaruhártya és a lencse lencseként működik, és a tárgy képe a szem retináján keletkezik.

látószög az a szög, amelyet a tárgy vagy képének szélső pontjaiból a szemlencse optikai középpontján áthaladó sugarak alkotnak.

Sok optikai eszközt úgy terveztek, hogy képeket készítsenek a képernyőn, fényérzékeny filmeken vagy a szemben lévő tárgyakról.

Az optikai eszköz látszólagos nagyítása:

Az optikai eszközben a tárgy (objektum) felé néző lencsét lencsének nevezzük; a szem felé néző lencsét okulárnak nevezzük. A műszaki műszerekben az objektív és a szemlencse több lencséből áll. Ez részben kiküszöböli a hibákat a képeken.

Nagyítós nagyítás (3. ábra):

A gyújtótávolság reciproka ún optikai teljesítmény lencsék: BAN BEN = 1/f. A lencse optikai erejének mértékegysége a dioptria ( D) egyenlő egy 1 m-es gyújtótávolságú lencse optikai erejével.

Két vékony lencse optikai ereje összeadva egyenlő optikai teljesítményük összegével.

A lencse átlátszó anyagból (optikai üvegből vagy műanyagból) készült optikai rész, amelynek két fénytörő polírozott felülete van (lapos vagy gömb alakú). A nimrudi régészek által talált legrégebbi lencse körülbelül 3000 éves.

Ez arra utal, hogy az emberek nagyon ősidők óta érdeklődtek az optika iránt, és megpróbálták felhasználni a mindennapi életben segítő különféle berendezések létrehozására. A római katonaság lencséket használt a tüzet gyújtásához terepviszonyok Néró császár pedig homorú smaragdot használt rövidlátása ellen.

Idővel az optika szorosan beépült az orvostudományba, ami lehetővé tette a látásjavító eszközök, például okulárok, szemüvegek és kontaktlencse. Ezenkívül magukat a lencséket széles körben használják különféle nagy pontosságú technológiában, amely lehetővé tette az embernek a körülötte lévő világról alkotott elképzeléseinek radikális megváltoztatását.

Mi az a lencse, milyen tulajdonságai és jellemzői vannak?

Egy metszetben bármely lencse ábrázolható két egymásra helyezett prizmaként. Attól függően, hogy melyik oldalon érintkeznek egymással, a lencse optikai hatása is eltérő lesz, valamint a megjelenése (domború vagy homorú).

Fontolja meg részletesebben, mi az objektív. Például, ha veszünk egy darab közönséges ablaküveget, aminek az élei párhuzamosak, akkor a látható képen teljesen jelentéktelen torzítást kapunk. Vagyis az üvegbe belépő fénysugár megtörik, és a második felületen áthaladva a levegőbe jutva enyhe eltolással visszaadja a szög korábbi értékét, ami az üveg vastagságától függ. De ha az üvegsíkok egymáshoz képest szöget zárnak be (pl. mint egy prizmában), akkor a sugár, szögétől függetlenül, miután az adott üvegtestet eltalálta, megtörik és a tövénél lép ki. Ez a szabály, amely lehetővé teszi a fényáram szabályozását, minden lencse alapja. Érdemes megjegyezni, hogy a lencsék és az ezeken alapuló optikai eszközök összes jellemzője.

Milyen típusú lencsék vannak a fizikában?

A lencséknek csak két fő típusa van: homorú és konvex, más néven divergáló és konvergáló. Lehetővé teszik a fénysugara felosztását, vagy fordítva, hogy egy pontra, egy bizonyos fókusztávolságra koncentrálhassák.

A domború lencséknek vékony szélei és vastagabb közepe van, így könnyebb átlátni
két prizmaként ábrázolva, amelyeket alapok kapcsolnak össze. Ez a funkció lehetővé teszi, hogy összegyűjtse az összes különböző szögben eső fénysugarat egy pontra a központban. A rómaiak ezeket az eszközöket használták tüzet gyújtani, mivel a fókuszált napsugarak lehetővé tették, hogy nagyon magas hőmérsékletet hozzanak létre egy gyúlékony tárgy kis területén.

Milyen eszközökben és mire használják a lencséket?

Ősidők óta az emberek tudták, mi az a lencse. Ezt a részletet használták az első poharaknál, amelyek az 1280-as években jelentek meg Olaszországban. később hozták létre kémszemüvegek, teleszkópok, távcsövek és sok más eszköz, amelyek sokféle lencséből álltak, és lehetővé tették az emberi szem képességeinek jelentős bővítését. Ugyanezen elvek alapján épültek a mikroszkópok is, amelyek jelentős hatással voltak a tudomány egészének fejlődésére.

Az első televíziókat hatalmas lencsékkel szerelték fel, amelyek felnagyították a képet.
miniatűr képernyőkről, és lehetővé tette a kép részletesebb vizsgálatát. Minden video- és fényképészeti berendezés a legelső eszközöktől kezdve objektívekkel van felszerelve. Az objektívbe vannak beépítve, hogy a kezelő vagy a fotós fókuszálhasson vagy nagyíthassa/kicsinyítse a képet a keretben.

A legmodernebb mobiltelefonok miniatűr objektíveket használó autofókuszos kamerái vannak, amelyek lehetővé teszik, hogy éles képeket készítsen olyan tárgyakról, amelyek néhány centiméterre vagy több kilométerre vannak a készülék lencséjétől.

Ne feledkezzünk meg a modern űrteleszkópokról (például a Hubble) és a laboratóriumi mikroszkópokról sem, amelyek szintén nagy pontosságú lencsékkel rendelkeznek. Ezek az eszközök lehetőséget adnak az emberiségnek, hogy meglássa azt, ami korábban hozzáférhetetlen volt a látásunk számára. Nekik köszönhetően részletesebben tanulmányozhatjuk a minket körülvevő világot.

Mi az a kontaktlencse és miért van rá szükség?

A kontaktlencsék kicsi, átlátszó lencsék, amelyek lágy ill
merev anyagok, amelyeket közvetlenül a szemen kell viselni a látás javítása érdekében. Leonardo da Vinci tervezte 1508-ban, de csak 1888-ban készültek. Kezdetben a lencséket csak szilárd anyagokból készítették, de idővel új polimereket szintetizáltak, amelyek lehetővé tették puha lencsék napi használat mellett szinte észrevehetetlen.

Ha kontaktlencsét szeretne vásárolni, olvassa el a cikket, hogy többet megtudjon erről az eszközről.

A lencsék típusai

A fény visszaverődése és törése a sugarak irányának megváltoztatására, vagy ahogy mondani szokás, a fénysugarak szabályozására szolgál. Ez az alapja olyan speciális optikai eszközök létrehozásának, mint például a nagyító, a távcső, a mikroszkóp, a kamera és mások. Legtöbbjük fő része a lencse. Például a szemüveg keretbe zárt lencsék. Ez a példa már megmutatja, mennyire fontos az ember számára a lencsék használata.

Például az első képen a lombik olyan, amilyennek az életben látjuk,

a másodikon pedig ha nagyítón keresztül nézzük (ugyanaz a lencse).

Az optikában leggyakrabban gömb alakú lencséket használnak. Az ilyen lencsék optikai vagy szerves üvegből készült testek, amelyeket két gömbfelület határol.

A lencsék átlátszó testek, amelyeket mindkét oldalon ívelt (domború vagy konkáv) felületek határolnak. A lencsét határoló gömbfelületek C1 és C2 középpontján áthaladó AB egyenest optikai tengelynek nevezzük.

Ez az ábra két lencse metszeteit mutatja, amelyek középpontja az O pontban van. Az ábrán látható első lencsét konvexnek, a másodikat konkávnak nevezzük. A lencsék középpontjában az optikai tengelyen elhelyezkedő O pontot a lencse optikai középpontjának nevezzük.

A két határoló felület közül az egyik lehet sík.

A bal oldali lencsék domborúak

jobb - homorú.

Csak a gömb alakú lencséket fogjuk figyelembe venni, vagyis azokat a lencséket, amelyeket két gömb alakú (gömb alakú) felület határol.
A két konvex felülettel határolt lencséket bikonvexnek nevezzük; két homorú felülettel határolt lencséket bikonkávnak nevezzük.

Ha a lencse fő optikai tengelyével párhuzamos sugársugarat egy domború lencsére irányítunk, látni fogjuk, hogy a lencsében történő fénytörés után ezek a sugarak a lencse fő fókuszának nevezett pontban gyűlnek össze.

- F pont. A lencsének két fő fókusza van, mindkét oldalon azonos távolságra az optikai középponttól. Ha a fényforrás fókuszban van, akkor a lencse fénytörése után a sugarak párhuzamosak lesznek a fő optikai tengellyel. Minden objektívnek két fókuszpontja van, egy-egy a lencse mindkét oldalán. Az objektív és a fókusz közötti távolságot az objektív gyújtótávolságának nevezzük.
Irányítsunk az optikai tengelyen fekvő pontforrásból egy domború lencsére széttartó sugarak nyalábját. Ha a forrás és a lencse távolsága nagyobb, mint a gyújtótávolság, akkor a sugarak a lencsében történő megtörés után egy ponton keresztezik a lencse optikai tengelyét. Ezért a konvex lencse összegyűjti a gyújtótávolságnál nagyobb távolságra lévő forrásokból érkező sugarakat. Ezért a domború lencsét másképpen konvergáló lencsének nevezik.
Amikor a sugarak áthaladnak egy homorú lencsén, más kép figyelhető meg.
Küldjünk az optikai tengellyel párhuzamos sugárnyalábot egy bikonkáv lencsére. Észre fogjuk venni, hogy a sugarak divergens sugárban jönnek ki a lencséből. Ha ez a divergens sugárnyaláb belép a szembe, akkor a megfigyelőnek úgy tűnik, hogy a sugarak az F pontból jönnek ki. Ezt a pontot a bikonkáv lencse képzeletbeli fókuszának nevezzük. Az ilyen objektívet divergensnek nevezhetjük.

A 63. ábra bemutatja a konvergáló és széttartó lencsék működését. A lencsék nagyszámú prizmaként ábrázolhatók. Mivel a prizmák eltérítik a sugarakat, amint az az ábrákon látható, jól látható, hogy a középen kidudorodó lencsék összegyűjtik a sugarakat, a szélükön kidudorodó lencsék pedig szétszórják azokat. A lencse közepe síkkal párhuzamos lemezként működik: nem téríti el a sugarakat sem a konvergáló, sem a széttartó lencsékben

A rajzokon a konvergáló lencséket a bal oldali ábrán látható módon, a divergens lencséket pedig a jobb oldali ábrán látható módon jelöljük.

A konvex lencsék között vannak: bikonvex, plano-konvex és konkáv-konvex (illetve az ábrán). Minden domború lencsénél a vágás közepe szélesebb, mint a szélek. Ezeket a lencséket konvergáló lencséknek nevezzük. A homorú lencsék között van bikonkáv, sík-konkáv és konvex-konkáv (illetve az ábrán). Minden homorú lencse középső része keskenyebb, mint a szélei. Ezeket a lencséket divergáló lencséknek nevezik.

A fény olyan elektromágneses sugárzás, amelyet a szem vizuális érzékeléssel érzékel.

• A fény egyenes vonalú terjedésének törvénye: a fény homogén közegben egyenes vonalban terjed
• Az olyan fényforrást, amelynek méretei kicsik a képernyő távolságához képest, pontszerű fényforrásnak nevezzük.

• A beeső és a visszavert sugár ugyanabban a síkban fekszik a beesési pontban a visszaverő felületre visszaállított merőlegessel. A beesési szög egyenlő a visszaverődés szögével.
• Ha egy pont objektumot és annak visszaverődését felcseréljük, akkor a sugarak útja nem, csak irányuk változik.

Az ásító fényvisszaverő felületet síktükörnek nevezzük, ha a ráeső párhuzamos sugárnyaláb a visszaverődés után párhuzamos marad.

• Vékony lencsének nevezzük azt a lencsét, amelynek vastagsága sokkal kisebb, mint a felületének görbületi sugara.
• Konvergáló lencsének nevezzük azt a lencsét, amely a párhuzamos sugarak sugarát konvergálóvá alakítja és egy pontba gyűjti össze.
• Lencse, amely a párhuzamos sugarak sugarát divergenssé - divergenssé alakítja.

Konvergens objektívhez

Divergáló lencsékhez:

A lencse a tárgy minden pozíciójában kicsinyített, képzeletbeli, közvetlen képet ad, amely a lencse ugyanazon az oldalán fekszik, mint a tárgy.

A szem tulajdonságai:

• alkalmazkodás (a lencsék alakjának megváltoztatásával érhető el);
• alkalmazkodás (adaptáció ahhoz különböző feltételek megvilágítás);
• látásélesség (két közeli pont megkülönböztetésének képessége);
• látómező (az a tér, amelyet akkor figyelnek meg, amikor a szem mozog, de a fej áll)

látási hibák

myopia (korrekció - divergáló lencse);

távollátás (korrekció - konvergáló lencse).

A vékony lencse a legegyszerűbb optikai rendszer. Az egyszerű vékony lencséket főleg szemüvegek formájában használják. Emellett jól ismert a lencse nagyítóként való használata.

Számos optikai eszköz – vetítőlámpa, kamera és egyéb eszközök – működése sematikusan a vékony lencsék működéséhez hasonlítható. A vékony lencse azonban csak viszonylagosan ad jó képet ritka eset amikor lehetséges a forrásból a fő optikai tengely mentén vagy azzal nagy szögben érkező keskeny egyszínű nyalábra szorítkozni. A legtöbb gyakorlati probléma esetében, ahol ezek a feltételek nem teljesülnek, a vékony lencse által készített kép meglehetősen tökéletlen.
Ezért a legtöbb esetben bonyolultabb optikai rendszerek felépítéséhez folyamodunk, amelyek nagyszámú törőfelülettel rendelkeznek, és amelyeket nem korlátoz e felületek közelségének követelménye (ez a követelmény, amelyet egy vékony lencse kielégít). [4]

4.2 Fényképészeti készülékek. Optikai eszközök.

Minden optikai eszköz két csoportra osztható:

1) eszközök, amelyek segítségével optikai képeket kapunk a képernyőn. Ide tartoznak a vetítőeszközök, kamerák, filmkamerák stb.

2) olyan eszközök, amelyek csak emberi szemmel működnek, és nem képeznek képet a képernyőn. Ezek közé tartozik a nagyító, a mikroszkóp és a teleszkóprendszer különféle műszerei. Az ilyen eszközöket vizuálisnak nevezik.

Kamera.

A modern kamerák összetett és változatos felépítésűek, de megfontoljuk, hogy milyen alapelemekből áll a kamera és hogyan működnek.

Az ábrán egy bikonvex lencse elemei láthatók. C1 és C2 a határoló gömbfelületek középpontja, ún görbületi középpontok; R1 és R2 a gömbfelületek sugarai, ún görbületi sugarak. A C1 és C2 görbületi középpontokat összekötő egyenest ún fő optikai tengely. Síkkonvex vagy síkkonkáv lencse esetén a fő optikai tengely a lencse sík felületére merőleges görbületi középponton áthaladó egyenes. Az optikai főtengely A és B felülettel való metszéspontjait nevezzük lencsecsúcsok. Az AB csúcsai közötti távolságot ún axiális vastagság.

A lencse tulajdonságai

A pozitív lencsék legfontosabb jellemzője az, hogy képet adnak a tárgyakról. A pozitív lencsék hatása az, hogy összegyűjtik a beeső sugarakat, ezért nevezik őket kollektív.

Ezt a tulajdonságot az magyarázza, hogy a konvergáló lencse sok háromszög alakú prizma halmaza, amelyek körben vannak elrendezve, és alapjaikkal a kör középpontja felé néznek. Mivel az ilyen prizmák a rájuk eső sugarakat az alapjukra térítik, a konvergáló lencse teljes felületére beeső sugárnyaláb a kör tengelye felé gyűlik össze, azaz. az optikai tengelyre.

Ha egy konvergens lencse optikai tengelyén fekvő S fénypontból divergens fénysugarat irányítunk, akkor a divergens sugár konvergálóvá változik, és az S fénypont valódi S` képe keletkezik A sugarak eltűnési pontja. Ha az S` pontba valamilyen képernyőt helyezünk, láthatjuk rajta az S világító pont képét.

Egy világítópont valós képének kialakítása. S` - az S pont valódi képe

A negatív lencsék a pozitívakkal ellentétben szétszórják a rájuk eső sugarakat. Ezért hívják őket szétszóródás.



Ha ugyanazt a divergens sugarak sugarát egy széttartó lencsére irányítjuk, akkor a sugarak áthaladva az optikai tengely oldalaira térnek el. Ennek eredményeként az eltérő lencsék nem adnak valódi képet. Valós képet adó optikai rendszerekben, és különösen a fényképészeti lencsékben, a divergens lencséket csak a kollektív objektívekkel együtt alkalmazzák.

Fókusz és gyújtótávolság

Ha a fő optikai tengelyen végtelenben fekvő pontból fénysugarat irányítunk a lencsére (az ilyen sugarak szinte párhuzamosnak tekinthetők), akkor a sugarak egy F pontban konvergálnak, amely szintén a fő optikai tengelyen fekszik. Ezt a pontot hívják fő hangsúly, a lencse és e pont közötti f távolság fő fókusztávolságés a lencse optikai tengelyére merőlegesen a fő fókuszon áthaladó MN sík fő fókuszsík.

Az objektív F főfókusza és f fókusztávolsága

A lencse fókusztávolsága a konvex felületek görbületétől függ. Minél kisebbek a görbületi sugarak, pl. minél domborúbb az üveg, annál rövidebb a gyújtótávolsága.

A lencse optikai teljesítménye

A lencse optikai erejét annak nevezzük törőerő(a fénysugarakat többé-kevésbé eltérítő képesség). Minél hosszabb a gyújtótávolság, annál kisebb a törőerő. A lencse optikai teljesítménye fordítottan arányos a gyújtótávolsággal.

Az optikai teljesítmény mértékegysége a dioptria, amelyet D betűvel jelölünk. Az optikai teljesítmény dioptriában való kifejezése kényelmes, mert egyrészt lehetővé teszi, hogy előjellel meghatározza, melyik lencsével (kollektív vagy divergens) van dolgunk, másrészt pedig azért, mert így könnyen meghatározható a rendszer optikai teljesítménye két vagy több lencséből.

oktatás clip art

Egy tárgyra esve a fénysugarak felületének minden pontjáról minden lehetséges irányban visszaverődnek. Ha egy konvergáló lencsét helyezünk egy megvilágított tárgy elé, akkor a tárgy minden pontjáról kúpos sugárnyaláb esik a lencsére.



A lencsén való áthaladás után a sugarak ismét összegyűlnek egy ponton, és azon a helyen, ahol a sugarak konvergálnak, valóságos képe jelenik meg a tárgy felvett pontjáról, és kialakul a tárgy összes pontjának képeinek összessége. az egész tárgy képe. Az ábra azt is megkönnyíti, hogy megértsük, miért derül ki mindig fejjel lefelé a tárgyak képe.

Ugyanígy a fényképezőgépben lévő objektumok képe egy fotólencse segítségével jelenik meg, amely egy kollektív optikai rendszer, és pozitív lencseként működik.

Az objektív előtti teret, amelyben a lefényképezett tárgyak helyezkednek el, tárgytérnek, az objektív mögötti teret pedig, amelyben a tárgyak renderelődnek, képtérnek nevezzük.