Linsen: Arten von Linsen (Physik). Arten des Sammelns, optische, Streulinsen. Wie bestimmt man die Art der Linse?

Linsen sind normalerweise sphärisch oder nahzu einer kugelförmigen Oberfläche. Sie können konkav, konvex oder flach sein (der Radius ist unendlich). Sie haben zwei Oberflächen, durch die Licht fällt. Sie können auf verschiedene Arten kombiniert werden und verschiedene Arten von Linsen bilden (Foto wird später in diesem Artikel gegeben):

• Wenn beide Oberflächen konvex (nach außen gekrümmt) sind, ist die Mitte dicker als die Kanten.
• Eine Linse mit konvexen und konkaven Kugeln wird als Meniskus bezeichnet.
• Eine Linse mit einer flachen Oberfläche wird je nach Art der anderen Kugel als flach-konkav oder flach-konvex bezeichnet.

Wie bestimme ich den Linsentyp? Lassen Sie uns näher darauf eingehen.

Sammellinsen: Arten von Linsen

Unabhängig von der Kombination der Oberflächen, wenn sieDie Dicke im Mittelteil ist größer als an den Rändern, sie werden als Sammeln bezeichnet. Haben Sie eine positive Brennweite. Es gibt folgende Arten von Sammellinsen:

• plankonvex,
• bikonvex,
• konkav-konvex (Meniskus).

Sie werden auch "positiv" genannt.

Diffusionslinsen: Arten von Linsen

Wenn ihre Dicke in der Mitte dünner ist als an den Rändern, spricht man von Streuung. Haben Sie eine negative Brennweite. Es gibt diese Arten von Streulinsen:

• flach konkav,
• bikonkave,
• konvex-konkav (Meniskus).

Sie werden auch "negativ" genannt.

Grundlegende Konzepte

Strahlen von einer Punktquelle weichen von einer abPunkte. Sie werden ein Haufen genannt. Wenn der Strahl in die Linse eintritt, wird jeder Strahl gebrochen und ändert seine Richtung. Aus diesem Grund kann der Strahl mehr oder weniger divergent aus der Linse austreten.

Einige Arten von optischen Linsen ändern sichdie Richtung der Strahlen, so dass sie an einem Punkt konvergieren. Befindet sich die Lichtquelle mindestens in der Brennweite, konvergiert der Strahl an einem Punkt mindestens in der gleichen Entfernung.

Reale und imaginäre Bilder

Eine Punktlichtquelle wird als reales Objekt bezeichnet, und der Konvergenzpunkt eines aus der Linse kommenden Strahls ist ein reales Bild davon.

Eine Reihe von Punktquellen ist wichtig,verteilt über eine im Allgemeinen flache Oberfläche. Ein Beispiel ist das hintergrundbeleuchtete Muster auf Milchglas. Ein anderes Beispiel ist ein Filmstreifen, der von hinten beleuchtet wird, so dass das Licht von ihm durch eine Linse fällt, die ein Bild auf einem Flachbildschirm um ein Vielfaches vergrößert.

In diesen Fällen spricht man von einem Flugzeug.Punkte auf der 1: 1-Bildebene entsprechen Punkten auf der Objektebene. Gleiches gilt für geometrische Formen, obwohl das resultierende Bild in Bezug auf das Objekt von oben nach unten oder von links nach rechts invertiert werden kann.

Konvergenz der Strahlen an einem Punkt erzeugtDas Bild ist real und die Diskrepanz ist imaginär. Wenn es auf dem Bildschirm klar umrissen ist, ist es real. Wenn das Bild nur durch einen Blick durch die Linse auf die Lichtquelle beobachtet werden kann, spricht man von Imaginärität. Die Reflexion im Spiegel ist imaginär. Das Bild, das durch ein Teleskop gesehen werden kann, ist auch. Die Projektion des Kameraobjektivs auf den Film liefert jedoch das tatsächliche Bild.

Brennweite

Der Fokus der Linse kann durch Durchlaufen gefunden werdenein Strahl paralleler Strahlen. Der Punkt, an dem sie konvergieren, ist ihr Brennpunkt F. Die Entfernung vom Brennpunkt zur Linse wird als Brennweite bezeichnet. Parallele Strahlen können von der anderen Seite durchgelassen werden und finden somit F von beiden Seiten. Jedes Objektiv hat zwei Fs und zwei Fs. Wenn es im Vergleich zu seinen Brennweiten relativ dünn ist, sind letztere ungefähr gleich.

Divergenz und Konvergenz

Positive BrennweiteSammellinsen sind charakterisiert. Linientypen dieses Typs (plankonvex, bikonvex, Meniskus) reduzieren die aus ihnen austretenden Strahlen stärker als zuvor. Das Sammeln von Linsen kann sowohl reale als auch Geisterbilder erzeugen. Die erste wird nur gebildet, wenn der Abstand von der Linse zum Objekt die Brennweite überschreitet.

Negative Brennweitediffuse Linsen sind charakterisiert. Arten von Linsen dieses Typs (plankonkav, bikonkav, Meniskus) trennen die Strahlen mehr als sie getrennt wurden, bevor sie auf ihre Oberfläche trafen. Diffusionslinsen erzeugen ein Geisterbild. Nur wenn die Konvergenz der einfallenden Strahlen signifikant ist (sie konvergieren irgendwo zwischen der Linse und dem Brennpunkt auf der gegenüberliegenden Seite), können die erzeugten Strahlen noch konvergieren, um das tatsächliche Bild zu erzeugen.

Wichtige Unterschiede

Sie müssen sehr vorsichtig sein, um zu unterscheidenKonvergenz oder Divergenz von Strahlen von Konvergenz oder Divergenz der Linse. Linsen und Lichtstrahlen stimmen möglicherweise nicht überein. Strahlen, die einem Objekt oder Bildpunkt zugeordnet sind, werden als divergierend bezeichnet, wenn sie "streuen", und als konvergierend, wenn sie "zusammenkommen". In jedem koaxialen optischen System ist die optische Achse der Weg der Strahlen. Der Strahl bewegt sich entlang dieser Achse ohne Richtungsänderung aufgrund von Brechung. Dies ist in der Tat eine gute Definition der optischen Achse.

Ein Strahl, der sich wegbewegtDie optische Achse wird als divergent bezeichnet. Und derjenige, der ihr näher kommt, heißt konvergent. Strahlen parallel zur optischen Achse haben keine Konvergenz oder Divergenz. Wenn also von der Konvergenz oder Divergenz eines Strahls gesprochen wird, hängt dies mit der optischen Achse zusammen.

Einige Arten von Linsen, deren Physik so ist, dassDer Strahl weicht stärker von der optischen Achse ab, konvergiert. In ihnen nähern sich die konvergierenden Strahlen noch mehr an und die divergierenden bewegen sich weniger weg. Sie sind sogar in der Lage, den Strahl parallel oder sogar konvergent zu machen, wenn ihre Stärke dafür ausreicht. In ähnlicher Weise kann eine Streulinse divergierende Strahlen noch mehr trennen, und konvergierende können parallel oder divergierend gemacht werden.

Vergrößerungsgläser

Eine Linse mit zwei konvexen Oberflächen ist dickerMitte als die Kanten und kann als einfache Lupe oder Lupe verwendet werden. In diesem Fall betrachtet der Betrachter ein imaginäres, vergrößertes Bild. Das Kameraobjektiv bildet jedoch das tatsächlich auf dem Film oder Sensor befindliche Objekt, das in der Regel im Vergleich zum Objekt verkleinert ist.

Gläser

Die Fähigkeit einer Linse, die Konvergenz von Licht zu ändern, wird als ihre Stärke bezeichnet. Sie wird in Dioptrien D = 1 / f ausgedrückt, wobei f die Brennweite in Metern ist.

Eine Linse mit einer Stärke von 5 Dioptrien hat f = 20 cm.Es sind die Dioptrien, die der Optiker angibt, wenn er ein Rezept für eine Brille schreibt. Nehmen wir an, er hat 5,2 Dioptrien aufgenommen. In der Werkstatt wird ein fertiges 5-Dioptrien-Werkstück aus der Fabrik genommen und eine Oberfläche ein wenig geschliffen, um 0,2 Dioptrien hinzuzufügen. Das Prinzip ist, dass für dünne Linsen, bei denen zwei Kugeln nahe beieinander liegen, die Regel eingehalten wird, wonach ihre Gesamtstärke gleich der Summe der Dioptrien von jeder ist: D = D.₁ + D.₂.

Galileos Trompete

Während der Zeit von Galileo (frühes 17. Jahrhundert), Gläser inEuropa war weit verbreitet. Sie wurden normalerweise in Holland hergestellt und von Straßenhändlern vertrieben. Galileo hörte, dass jemand in den Niederlanden zwei Arten von Linsen in eine Röhre steckte, um entfernte Objekte größer erscheinen zu lassen. Er benutzte eine Sammellinse mit langem Fokus an einem Ende der Röhre und ein divergierendes Okular mit kurzem Fokus am anderen Ende. Wenn die Brennweite des Objektivs f ist_ungefähr und Okular f_edann sollte der Abstand zwischen ihnen f sein_ungefähr-f_eund die Kraft (Winkelvergrößerung) f_ungefähr/ f_e... Dies wird als Galileo-Röhre bezeichnet.

Das Teleskop hat eine 5- oder 6-fache Vergrößerung.vergleichbar mit modernen Handferngläsern. Dies reicht für viele spannende astronomische Beobachtungen. Mondkrater, die vier Jupitermonde, die Saturnringe, die Phasen der Venus, Nebel und Sternhaufen sowie schwache Sterne in der Milchstraße sind leicht zu erkennen.

Keplers Teleskop

Kepler hörte davon (er und Galileo führtenKorrespondenz) und baute einen anderen Teleskoptyp mit zwei Sammellinsen. Der mit der langen Brennweite ist das Ziel, und der mit der kleineren Brennweite ist das Okular. Der Abstand zwischen ihnen beträgt f_ungefähr + f_eund die Winkelvergrößerung ist f_ungefähr/ f_e... Dieser Keplerian (oder astronomisch)Das Teleskop erzeugt ein verkehrtes Bild, aber es spielt keine Rolle für die Sterne oder den Mond. Dieses Schema bot eine gleichmäßigere Beleuchtung des Sichtfelds als das Galileo-Teleskop und war bequemer zu verwenden, da Sie Ihre Augen in einer festen Position halten und das gesamte Sichtfeld von Kante zu Kante sehen konnten. Das Gerät ermöglichte eine höhere Vergrößerung als eine Galileo-Röhre ohne ernsthafte Qualitätsminderung.

Beide Teleskope leiden unter sphärischer Aberration.Dies führt dazu, dass Bilder nicht vollständig fokussiert sind und chromatische Aberration Farbhalos erzeugt. Kepler (und Newton) glaubten, dass diese Mängel nicht zu überwinden waren. Sie gingen nicht davon aus, dass achromatische Linsenarten möglich waren, deren Physik erst im 19. Jahrhundert bekannt wurde.

Spiegelteleskope

Gregory schlug das als Linsen vorSpiegel können für Teleskope verwendet werden, da sie keine farbigen Ränder haben. Newton nutzte diese Idee und schuf ein Newtonsches Teleskop aus einem konkaven versilberten Spiegel und einem positiven Okular. Er gab die Probe der Royal Society, wo sie bis heute ist.

Ein Teleskop mit einer Linse kann projizierenBild auf dem Bildschirm oder Film. Für eine ausreichende Vergrößerung ist eine positive Linse mit einer langen Brennweite erforderlich, z. B. 0,5 m, 1 m oder viele Meter. Diese Anordnung wird häufig in der astronomischen Fotografie verwendet. Personen, die mit der Optik nicht vertraut sind, finden es möglicherweise paradox, wenn eine schwächere Langfokuslinse mehr Vergrößerung bietet.

Kugeln

Es wurde vorgeschlagen, dass die AltenKulturen hatten möglicherweise Teleskope, weil sie kleine Glaskugeln herstellten. Das Problem ist, dass nicht bekannt ist, wofür sie verwendet wurden, und dass sie sicherlich nicht die Grundlage für ein gutes Teleskop bilden könnten. Die Kugeln konnten verwendet werden, um kleine Objekte zu vergrößern, aber die Qualität war kaum zufriedenstellend.

Brennweite einer perfekten Glaskugelsehr kurz und bildet ein tatsächliches Bild sehr nahe an der Kugel. Darüber hinaus sind Aberrationen (geometrische Verzerrungen) signifikant. Das Problem liegt im Abstand zwischen den beiden Oberflächen.

Wenn Sie jedoch einen tiefen Äquator machenRille, um die Strahlen zu blockieren, die Bildfehler verursachen, geht von einer sehr mittelmäßigen Lupe zu einer schönen. Diese Entscheidung wird Coddington zugeschrieben, und seine Namenslupe kann heute in Form kleiner Handlupen zur Untersuchung sehr kleiner Objekte erworben werden. Es gibt jedoch keine Beweise dafür, dass dies vor dem 19. Jahrhundert geschehen ist.