Lencsék. Optikai műszerek. Vékony lencsék

A lencsék típusai

A fény visszaverődése és törése a sugarak irányának megváltoztatására, vagy ahogy mondani szokás, a fénysugarak szabályozására szolgál. Ez az alapja a speciális optikai eszközök, például nagyító, távcső, mikroszkóp, kamera és mások létrehozásának. Legtöbbjük fő része a lencse. Például a szemüveg keretbe zárt lencsék. Ez a példa önmagában is mutatja, 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. Ilyen lencsék a testek optikai ill szerves üveg, amelyet 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 ún. optikai tengely.

Ezen az ábrán két lencse keresztmetszete látható, amelynek középpontja az O pontban van. Az ábrán látható első lencsét konvexnek, a másodikat konkávnak nevezzük. A lencsék középpontjában az optikai tengelyen fekvő O pontot a lencse optikai középpontjának nevezzük.

A két határoló felület egyike lehet sík.

a jobb oldalon - homorú.

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

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

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 is látható, jól látható, hogy a középen megvastagodott lencsék összegyűjtik a sugarakat, a széleken vastagodó lencsék pedig szórják azokat. A lencse közepe síkkal párhuzamos lemezként működik: nem téríti el a sugarakat sem a gyűjtő, sem a széttartó lencsében

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

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

• A fény egyenes vonalú terjedésének törvénye: a fény egyenes vonalúan terjed homogén közegben
• 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. Beesési szög szöggel egyenlő tükröződések.
• Ha egy pont objektumot és annak visszaverődését felcseréljük, akkor a sugarak útja nem, csak irányuk változik.

Az ásító visszaverő 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.
• Egy lencse, amely a párhuzamos sugarak sugarát divergővé alakítja át - divergálóvá.

Gyűjtőlencséhez

Eltérő objektívhez:

A lencse a tárgy minden pozíciójában kicsinyített, virtuális, 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 elkülönítésének képessége);
• látómező (az a tér, amelyet akkor figyelnek meg, amikor a szem mozog, de a fej mozdulatlan marad)

Látássérültek

myopia (korrekció - divergáló lencse);

távollátás (korrekció - konvergáló lencse).

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

Számos optikai műszer – vetítőlámpa, kamera és egyéb eszközök – működése sematikusan összehasonlítható a vékony lencsék működésével. A vékony lencse azonban csak abban a viszonylag ritka esetben ad jó képet, amikor az optikai főtengely mentén vagy azzal nagy szögben a forrásból érkező keskeny egyszínű sugárra korlátozódhatunk. 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 kiépítéséhez folyamodnak nagy szám törő felületek, és nem korlátozza e felületek közelségének követelménye (ez a követelmény, amelyet egy vékony lencse teljesít). [4]

4.2 Fényképészeti készülékek. Optikai műszerek.

Minden optikai műszer két csoportra osztható:

1) olyan eszközök, amelyekkel optikai képeket készítenek a képernyőn. Ide tartoznak a vetítőeszközök, kamerák, filmkamerák stb.

2) olyan eszközök, amelyek csak együtt működnek emberi szemmelés ne hozzon létre képeket a képernyőn. Ezek közé tartozik a nagyító, a mikroszkóp és a teleszkóprendszer különféle műszerei. Az ilyen eszközöket vizuálisnak nevezik.

Kamera.

Lencse átlátszó test, amelyet két gömbfelület határol. Ha maga a lencse vastagsága kicsi a gömbfelületek görbületi sugaraihoz képest, akkor a lencse ún. vékony .

A lencsék szinte minden optikai műszer részét képezik. Vannak lencsék gyűjtő És szétszóródás . A középen konvergáló lencse vastagabb, mint a széleken, a divergáló lencse ezzel szemben középen vékonyabb (3.3.1. ábra).

A görbületi középpontokon áthaladó egyenes vonal O 1 és O 2 gömbfelület, ún fő optikai tengely lencsék. Vékony lencsék esetén megközelítőleg feltételezhetjük, hogy az optikai főtengely egy pontban metszi a lencsét, amit általában ún. optikai központ lencsék O. A fénysugár áthalad a lencse optikai középpontján anélkül, hogy eltérne az eredeti irányától. Az optikai középponton áthaladó összes egyenest nevezzük másodlagos optikai tengelyek .

Ha a fő optikai tengellyel párhuzamos sugárnyaláb egy lencsére irányul, akkor a lencsén való áthaladás után a sugarak (vagy azok folytatása) egy ponton konvergálnak. F, ami az úgynevezett fő hangsúly lencsék. A vékony lencséknek két fő fókusza van, amelyek szimmetrikusan helyezkednek el a fő optikai tengelyen a lencséhez képest. A konvergáló lencsék valódi gócokkal rendelkeznek, míg a széttartó lencsék képzeletbeli gócokkal rendelkeznek. Az egyik másodlagos optikai tengellyel párhuzamos sugárnyalábok, miután áthaladtak a lencsén, szintén egy pontba fókuszálnak F", amely a másodlagos tengely metszéspontjában található gyújtóponti sík F, azaz a fő optikai tengelyre merőleges és a fő fókuszon áthaladó sík (3.3.2. ábra). A lencse optikai középpontja közötti távolság Oés a fő hangsúly F gyújtótávolságnak nevezzük. Ugyanaz a betű jelöli F.

A lencsék fő tulajdonsága az, hogy képesek biztosítani tárgyak képei . Jönnek a képek egyenes És fejjel lefelé , érvényes És képzeletbeli , nál nél túlzott És csökkent .

A kép helyzete és karaktere geometriai konstrukciók segítségével meghatározható. Ehhez használja néhány szabványos sugár tulajdonságait, amelyek lefolyása ismert. Ezek a lencse optikai középpontján vagy valamelyik fókuszpontján átmenő sugarak, valamint a fő vagy az egyik másodlagos optikai tengellyel párhuzamos sugarak. Az ilyen konstrukciók példáit az ábrán mutatjuk be. 3.3.3. és 3.3.4.

Meg kell jegyezni, hogy az ábrán használt szabványos sugarak közül néhány. 3.3.3 és 3.3.4 képalkotáshoz ne menjen át a lencsén. Ezek a sugarak valójában nem vesznek részt a kép kialakításában, de konstrukciókhoz felhasználhatók.

A kép helyzete és természete (valós vagy képzeletbeli) szintén kiszámítható a segítségével vékony lencse képletek . Ha a tárgy és a lencse közötti távolságot jelöljük d, valamint az objektív és a kép közötti távolság f, akkor a vékonylencse képlet a következőképpen írható fel:

Méret D, a gyújtótávolság inverze. hívott optikai teljesítmény lencsék. Az optikai teljesítmény mértékegysége a dioptria (dopter). Dioptria - 1 m-es gyújtótávolságú lencse optikai teljesítménye:

A vékony lencse képlete hasonló a gömbtükör képletéhez. ábra szerinti háromszögek hasonlóságából kapható paraxiális sugarakra. 3.3.3 vagy 3.3.4.

A lencsék gyújtótávolságához bizonyos előjeleket szokás rendelni: konvergáló lencséhez F> 0, szóráshoz F < 0.

Mennyiségek dÉs f is engedelmeskedni egy bizonyos szabály jelek:

d> 0 és f> 0 - valós objektumok (vagyis valódi fényforrások, és nem a lencse mögött konvergáló sugarak kiterjesztései) és képek esetében;

d < 0 и f < 0 - для мнимых источников и изображений.

ábrán látható esetre. 3.3.3, a következőkkel rendelkezünk: F> 0 (konvergáló lencse), d = 3F> 0 (valódi alany).

A vékony lencse képlet segítségével a következőket kapjuk: , ezért a kép valódi.

ábrán látható esetben. 3.3.4, F < 0 (линза рассеивающая), d = 2|F| > 0 (valódi alany), , vagyis a kép képzeletbeli.

A tárgy objektívhez viszonyított helyzetétől függően a kép lineáris méretei változnak. Lineáris növekedés lencsék Γ a kép lineáris méreteinek aránya h"és tárgy h. Méret h", mint egy gömbtükör esetében, itt is célszerű plusz vagy mínusz jeleket hozzárendelni attól függően, hogy a kép függőleges vagy fordított. Nagyságrend h mindig pozitívnak számít. Ezért közvetlen képeknél Γ > 0, fordított képeknél Γ< 0. Из подобия треугольников на рис. 3.3.3 и 3.3.4 легко получить формулу для линейного увеличения тонкой линзы:

A vizsgált példában konvergáló lencsével (3.3.3. ábra): d = 3F > 0, , ennélfogva, - a kép megfordítva és 2-szeresére csökken.

A divergő lencsés példában (3.3.4. ábra): d = 2|F| > 0, ; ezért a kép függőleges és 3-szorosára kicsinyíthető.

Optikai teljesítmény D lencsék függ mind a görbületi sugarak R 1 és R 2 gömbfelületein, valamint a törésmutatóján n az anyag, amelyből a lencse készült. Az optika tanfolyamokon a következő képlet bizonyított:

A konvex felület görbületi sugara pozitívnak, míg a homorú felületé negatívnak tekinthető. Ezt a képletet adott optikai teljesítménnyel rendelkező lencsék gyártásához használják.

Sok optikai műszerben a fény egymás után két vagy több lencsén halad át. Az első lencse által adott tárgy képe (valós vagy képzeletbeli) tárgyként szolgál a második lencse számára, amely a tárgy második képét konstruálja. Ez a második kép is lehet valós vagy képzeletbeli. A két vékony lencséből álló optikai rendszer kiszámítása a lencseképlet kétszeri alkalmazásából áll, a távolsággal d 2 az első képtől a második objektívig egyenlőnek kell lennie az értékkel l - f 1 hol l- a lencsék közötti távolság. A lencseképlet alapján számított érték f 2 határozza meg a második kép helyzetét és karakterét ( f 2 > 0 – valós kép, f 2 < 0 - мнимое). Общее линейное увеличение Γ системы из двух линз равно произведению линейных увеличений обеих линз: Γ = Γ 1 · Γ 2 . Если предмет или его изображение находятся в бесконечности, то линейное увеличение утрачивает смысл, изменяются только угловые расстояния.

Speciális eset a sugarak teleszkópos útja két lencsés rendszerben, amikor a tárgy és a második kép is végtelenül nagy távolságra van. A sugarak teleszkópos útja távcsövekben valósul meg - Kepler csillagászati ​​cső És Galilei földcsöve .

A vékony lencséknek számos hátránya van, amelyek nem teszik lehetővé a kiváló minőségű képek készítését. A képalkotás során fellépő torzulásokat ún aberrációk . A főbbek azok gömbölyű És kromatikus aberrációk. A szférikus aberráció abban nyilvánul meg, hogy széles fénysugarak esetén az optikai tengelytől távol eső sugarak élesen keresztezik azt. A vékony lencse képlete csak az optikai tengelyhez közeli sugarakra érvényes. A távoli pontforrás képe, amelyet a lencse által megtört széles sugárnyaláb hoz létre, elmosódottnak bizonyul.

Kromatikus aberráció azért fordul elő, mert a lencse anyagának törésmutatója a fény λ hullámhosszától függ. Az átlátszó közegnek ezt a tulajdonságát diszperziónak nevezzük. Az objektív gyújtótávolsága eltérő a fénynél különböző hosszúságú hullámok, ami a kép elmosódásához vezet, ha nem monokromatikus fényt használunk.

A modern optikai eszközök nem vékony lencséket használnak, hanem összetett többlencsés rendszereket, amelyekben a különféle aberrációk megközelítőleg kiküszöbölhetők.

A tárgyról valós kép konvergáló lencsével történő létrehozását számos optikai eszközben alkalmazzák, például fényképezőgépben, projektorban stb.

Kamera Ez egy zárt, fényzáró kamra. A lefényképezett tárgyak képét fényképészeti filmen az ún. lencserendszer hozza létre lencse . Egy speciális zár lehetővé teszi az objektív kinyitását az expozíció idejére.

A fényképezőgép különlegessége, hogy a síkfilmnek meglehetősen éles képeket kell készítenie a különböző távolságokban elhelyezkedő tárgyakról.

A filmsíkban csak a bizonyos távolságra elhelyezkedő tárgyak képei élesek. A fókuszálás az objektívnek a filmhez viszonyított mozgatásával történik. Azok a pontok képei, amelyek nem az éles mutatósíkban helyezkednek el, elmosódottan jelennek meg szóródó körök formájában. Méret d Ezek a körök csökkenthetők a lencse leállításával, pl. csökken relatív lyuka / F(3.3.5. ábra). Ez a mélységélesség növekedését eredményezi.

Kivetítő készülékek nagyméretű képek készítésére tervezték. Lencse O a projektor egy lapos tárgy képét fókuszálja (dia D) a távoli E képernyőn (3.3.6. ábra). Lencserendszer K, hívott kondenzátor , amelynek célja a forrás fényének koncentrálása S a csúszdán. Az E képernyőn valódi kinagyított fordított kép jön létre. A vetítőkészülék nagyítása megváltoztatható az E képernyő közelebbi vagy távolabbi mozgatásával, miközben egyidejűleg módosítja a dia távolságát Dés lencse O.

A lencse egy optikai rész, amelyet két fénytörő felület határol, amelyek a forgótestek felületei, amelyek közül az egyik lehet lapos. Általában a lencsék kerek forma, de lehet téglalap, négyzet vagy más konfiguráció is. A lencse törőfelületei jellemzően gömb alakúak. Használnak aszférikus felületeket is, amelyek ellipszis forgásfelületei, hiperbola, parabola és magasabb rendű görbék lehetnek. Ezenkívül vannak olyan lencsék, amelyek felülete egy henger oldalfelületének részét képezi, amelyet hengeresnek neveznek. Olyan tórikus lencséket is használnak, amelyek felülete két egymásra merőleges irányban eltérő görbülettel rendelkezik.

Különálló optikai alkatrészekként a lencséket szinte soha nem használják optikai rendszerekben, kivéve az egyszerű nagyítókat és a terepi lencséket (gyűjteményeket). Általában különféle összetett kombinációkban használják őket, például két vagy három egymáshoz ragasztott lencsét és számos egyedi és ragasztott lencsét tartalmazó készleteket.

A formától függően különbséget teszünk gyűjtő (pozitív) és széttartó (negatív) lencsék között. A gyűjtőlencsék csoportjába általában azok a lencsék tartoznak, amelyeknek a közepe vastagabb, mint a széle, a széttartó lencsék csoportjába pedig azok a lencsék, amelyek széle vastagabb, mint a középső. Meg kell jegyezni, hogy ez csak akkor igaz, ha a lencse anyagának törésmutatója nagyobb, mint a környezet. Ha a lencse törésmutatója alacsonyabb, a helyzet fordított lesz. Például a vízben lévő légbuborék egy bikonvex divergáló lencse.

Az objektíveket jellemzően optikai teljesítményük (dioptriában mérve) vagy gyújtótávolságuk, valamint rekeszértékük jellemzi. A korrigált optikai aberrációjú (elsősorban kromatikus, fényszórás okozta akromaták és apokromátok) optikai eszközök építéséhez a lencsék/anyagaik egyéb tulajdonságai is fontosak, például a törésmutató, a diszperziós együttható, az anyag áteresztőképessége a kiválasztott optikai elemben. hatótávolság.

Néha a lencséket/lencseoptikai rendszereket (refraktorokat) kifejezetten a viszonylag magas törésmutatójú környezetekben való használatra tervezték.

A lencsék típusai

Kollektív:

1 -- bikonvex

2 -- lapos-domború

3 – homorú-domború (pozitív meniszkusz)

Szórás:

4 -- bikonkáv

5 -- lapos-homorú

6 – domború-konkáv (negatív meniszkusz)

A domború-konkáv lencsét meniszkusznak nevezik, és lehet kollektív (közepe felé vastagodik) vagy divergens (a szélek felé vastagodik). Az egyenlő felületi sugarú meniszkusz optikai teljesítménye nulla (a diszperzió korrekciójára vagy fedőlencseként használják). Így a rövidlátás szemüveglencséi általában negatív meniszkuszok. A gyűjtőlencse megkülönböztető tulajdonsága, hogy képes összegyűjteni a felületére eső sugarakat a lencse másik oldalán található egy ponton.

Alapvető lencseelemek

NN -- optikai főtengely -- a lencsét határoló gömbfelületek középpontjain áthaladó egyenes vonal; O - optikai középpont - az a pont, ahol a bikonvex vagy bikonkáv (azonos felületi sugarú) lencsék az optikai tengelyen találhatók a lencsén belül (a középpontjában).

Ha a gyűjtőlencse előtt meghatározott távolságra egy S fénypontot helyezünk el, akkor a tengely mentén irányított fénysugár megtörés nélkül átmegy a lencsén, a középponton át nem haladó sugarak pedig a lencse felé törnek. optikai tengelyt, és metszik rajta egy F pont, amely és lesz az S pont képe. Ezt a pontot konjugált fókusznak, vagy egyszerűen fókusznak nevezik.

Ha nagyon távoli forrásból esik a lencsére a fény, amelynek sugarai párhuzamos nyalábban haladóként ábrázolhatók, akkor onnan kilépve a sugarak nagy szögben törnek meg és az F pont az optikai tengelyen, közelebb kerül a lencséhez. lencse. Ilyen körülmények között az objektívből kilépő sugarak metszéspontját főfókusznak F", az objektív középpontja és a főfókusz közötti távolságot pedig fő fókusztávolságnak nevezzük.

A széttartó lencsére beeső sugarak a lencse szélei felé törnek, amikor kilépnek belőle, azaz szétszóródnak. Ha ezeket a sugarakat az ábrán a pontozott vonallal ellentétes irányban folytatjuk, akkor egy F pontban konvergálnak, amely ennek az objektívnek a fókusza lesz. Ez a fókusz képzeletbeli lesz.

A fő optikai tengelyre való fókuszálásról elmondottak egyformán érvényesek azokra az esetekre is, amikor egy pont képe egy másodlagos vagy ferde optikai tengelyen van, vagyis olyan vonalon, amely a lencse középpontján áthalad a fő optikai tengelyhez képest szöget zár be. tengely. A fő optikai tengelyre merőleges síkot, amely a lencse fő fókuszában található, fő fókuszsíknak, a konjugált fókusznál pedig egyszerűen fókuszsíknak nevezik.

A gyűjtőlencsék mindkét oldalról irányíthatók egy tárgy felé, aminek eredményeként a lencsén áthaladó sugarak az egyik és a másik oldalról is összegyűjthetők. Így az objektívnek két fókusza van - elöl és hátul. Az optikai tengelyen helyezkednek el a lencse mindkét oldalán.

Lencseátlátszó testnek nevezzük, amelyet két ívelt (leggyakrabban gömb alakú) vagy ívelt és sík felület határol. A lencsék domborúra és konkávra vannak osztva.

Azokat a lencséket, amelyek közepe vastagabb, mint a széle, konvexnek nevezzük. Azokat a lencséket, amelyeknek a közepe vékonyabb, mint a széle, homorúnak nevezzük.

Ha a lencse törésmutatója nagyobb, mint a környező közeg törésmutatója, akkor konvex lencsében a törés után párhuzamos sugárnyaláb konvergáló nyalábbá alakul. Az ilyen lencséket ún gyűjtő(89. ábra, a). Ha egy objektív párhuzamos sugarát divergens nyalábbá alakítjuk, akkor ezek a lencsék szóródásnak nevezzük(89. ábra, b). A homorú lencsék, amelyekben a levegő szolgál külső közegként, divergensek.

O 1, O 2 - a lencsét korlátozó gömbfelületek geometriai középpontjai. Egyenes O 1 O 2 ezeknek a gömbfelületeknek a középpontjait összekötő optikai főtengelynek nevezzük. Általában vékony lencséket tekintünk, amelyek vastagsága kicsi a felületeinek görbületi sugarához képest, így a C 1 és C 2 pontok (a szegmensek teteje) egymáshoz közel helyezkednek el, helyettesíthetők egy O ponttal, amelyet optikainak nevezünk a lencse közepén (lásd 89a. ábra). A lencse optikai középpontján a fő optikai tengellyel szögben húzott bármely egyenes vonalat nevezzük másodlagos optikai tengely(A 1 A 2 B 1 B 2).

Ha az optikai főtengellyel párhuzamos sugárnyaláb egy gyűjtőlencsére esik, akkor a lencsében történő megtörés után egy F pontban gyűlnek össze, amit ún. az objektív fő fókusza(90. ábra, a).

A széttartó lencse fókuszában a sugarak folytatásai metszik egymást, amelyek a törés előtt párhuzamosak voltak annak fő optikai tengelyével (90. ábra, b). A széttartó lencse fókusza képzeletbeli. Két fő hangsúly van; a fő optikai tengelyen helyezkednek el, a lencse optikai középpontjától azonos távolságra az ellenkező oldalon.

A lencse gyújtótávolságának reciproka az úgynevezett optikai teljesítmény. Az objektív optikai teljesítménye - D.

A lencse optikai teljesítményének SI mértékegysége a dioptria. A dioptria az 1 m gyújtótávolságú lencse optikai teljesítménye.

A konvergáló lencsék optikai ereje pozitív, míg a divergáló lencséké negatív.

A lencse fő fókuszpontján átmenő síkot a fő optikai tengelyre merőlegesen ún fokális(91. ábra). A lencsére valamilyen másodlagos optikai tengellyel párhuzamosan beeső sugárnyaláb összegyűlik ennek a tengelynek a fókuszsíkkal való metszéspontjában.

Pont és tárgy képének megalkotása konvergáló lencsében.

A lencsén belüli kép megalkotásához elegendő a tárgy minden pontjából két-két sugarat venni, és a lencsében történő törés után megtalálni a metszéspontjukat. Kényelmes olyan sugarakat használni, amelyeknek az útja a lencsében a fénytörés után ismert. Így a fő optikai tengellyel párhuzamos lencsére beeső sugár a lencsében történő megtörés után áthalad a fő fókuszon; a lencse optikai középpontján áthaladó sugár nem törik meg; a lencse fő fókuszán áthaladó sugár a törés után párhuzamosan megy a fő optikai tengellyel; a lencsére a másodlagos optikai tengellyel párhuzamosan beeső sugár a lencsében történő megtörés után áthalad a tengely és a fókuszsík metszéspontján.

Legyen az S fénypont a fő optikai tengelyen.

Véletlenszerűen választunk egy sugarat, és rajzolunk vele párhuzamosan egy másodlagos optikai tengelyt (92. ábra). A kiválasztott sugár áthalad a másodlagos optikai tengely és a fókuszsík metszéspontján, miután a lencsében megtörik. Ennek a sugárnak a metszéspontja a fő optikai tengellyel (a második sugár) érvényes képet ad az S - S' pontról.

Vegyük fontolóra egy tárgy képének konvex lencsében történő megszerkesztését.

Hagyja, hogy a pont a fő optikai tengelyen kívül legyen, akkor az S` kép bármely két, az ábrán látható sugár segítségével elkészíthető. 93.

Ha a tárgy a végtelenben van, akkor a sugarak a fókuszban metszik egymást (94. ábra).

Ha a tárgy a kettős fókuszpont mögött helyezkedik el, akkor a kép valódi, inverz, kicsinyített (kamera, szem) lesz (95. ábra).

Az ábrán az elemek láthatók bikonvex lencse. 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 a lencse csúcsai. Az AB csúcsok közötti távolságot ún axiális vastagság.

A lencse tulajdonságai

A pozitív lencsék legfontosabb tulajdonsága a tárgyak képalkotási képessége. A pozitív lencsék hatása az, hogy összegyűjtik a beeső sugarakat, ezért nevezik őket kollektív.

Ezt a tulajdonságot az magyarázza, hogy a gyűjtőlencse számos háromszögű prizma gyűjteménye, amelyek körben helyezkednek el, és alapjaikkal a kör középpontja felé néznek. Mivel az ilyen prizmák a rájuk eső sugarakat az alapjuk felé tereli, ezért a gyűjtőlencse teljes felületére beeső sugárnyaláb összegyűlik a kör tengelye felé, azaz. az optikai tengelyre.

Ha egy gyűjtőlencse optikai tengelyén fekvő S fénypontból széttartó fénysugarat irányítunk, akkor a széttartó sugár konvergáló nyalábbá válik, és a sugarak konvergenciájánál valódi S' kép. Az S világító pontból egy tetszőleges képernyőt az S' pontba helyezve láthatjuk rajta egy S világító pont képét. Valós képnek nevezzük.

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 széttartó sugárnyalábot egy széttartó lencsére irányítjuk, akkor a rajta áthaladva a sugarak az optikai tengely oldalára térülnek el. Ennek eredményeként az eltérő lencsék nem adnak valódi képet. Azokban az optikai rendszerekben, amelyek valós képet hoznak létre, és különösen a fényképészeti lencsékben, az eltérő lencséket csak a kollektív objektívekkel együtt használják.

Fókusz és gyújtótávolság

Ha a fő optikai tengelyen végtelenben fekvő pontból fénysugarat irányítunk a lencsére (az ilyen sugarak gyakorlatilag 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 a 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 gyújtótávolsága a konvex felületek görbületétől függ. Minél kisebb a görbületi sugarak, pl. Minél domborúbb az üveg, annál rövidebb a gyújtótávolsága.

Lencse 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 a jel alapján annak meghatározását, hogy melyik lencsével (kollektív vagy divergens) van dolgunk, másrészt pedig azért, mert könnyen meghatározható a rendszer optikai teljesítménye két vagy több lencséből.

Oktatási képek

Amikor egy tárgyra esik, a fénysugarak felületének minden pontjáról minden lehetséges irányban visszaverődnek. Ha gyűjtőlencsét helyezünk egy megvilágított tárgy elé, akkor a tárgy minden pontjáról kúpos sugárnyaláb esik a lencsére.



A lencsén áthaladva a sugarak ismét összegyűlnek egy ponton, és azon a ponton, ahol a sugarak konvergálnak, megjelenik a tárgy felvett pontjának valós képe, és kialakul a tárgy összes pontjának képeinek összessége. a teljes tárgy képe. A rajz azt is megkönnyíti, hogy megértsük, miért fordul mindig fejjel lefelé a tárgyak képe.

Ugyanígy a tárgyak képe egy fényképező lencsét használó fényképezőgépben jelenik meg, amely egy kollektív optikai rendszer, és pozitív lencseként működik.

Az objektív előtti teret, amelyben a fényképezett tárgyak találhatók, tárgytérnek, az objektív mögötti teret pedig, amelyben a tárgyak láthatók, képtérnek nevezzük.