Objektívek: lencsék (fizika). A gyűjtő, optikai, szórt lencsék típusai. Hogyan határozható meg a lencse típusa?

A lencsék általában gömb alakúak vagy közeliekgömb alakú felületre. Lehetnek homorúak, domborúak vagy laposak (a sugár a végtelen). Két felületük van, amelyeken áthalad a fény. Különböző módon kombinálhatók, különböző típusú lencséket képezve (a fotó a cikk későbbi részében található):

• Ha mindkét felület domború (kifelé ívelt), akkor a középső rész vastagabb, mint a szélek.
• A domború és homorú gömbökkel rendelkező lencséket meniszkusznak nevezzük.
• Az egyik lapos felületű lencsét lapos-konkávnak vagy lapos-domborúnak nevezzük, a másik gömb természetétől függően.

Hogyan határozzuk meg a lencse típusát? Foglalkozzunk ezzel részletesebben.

Gyűjtőlencsék: lencsék típusai

A felületek kombinációjától függetlenül, ha azoka vastagság a középső részen nagyobb, mint a széleken, ezeket gyűjtőnek nevezzük. Legyen pozitív gyújtótávolság. A következő típusú gyűjtőlencsék léteznek:

• sík-domború,
• bikonvex,
• homorú-domború (meniscus).

„pozitívnak” is nevezik.

Diffúziós lencsék: lencsék típusai

Ha vastagságuk középen vékonyabb, mint a széleken, akkor szóródásnak nevezzük. Legyen negatív gyújtótávolsága. A következő típusú diffúzoros lencsék vannak:

• lapos homorú,
• bikonkáv,
• domború-konkáv (meniscus).

Negatívnak is nevezik őket.

Alapfogalmak

A pontforrásból származó gerendák eltérnek az egyiktőlpontokat. Csokornak hívják őket. Amikor a sugár belép a lencsébe, minden sugár megtörik, megváltoztatva irányát. Emiatt a sugár kisebb-nagyobb mértékben divergálva léphet ki a lencséből.

Az optikai lencsék bizonyos típusai megváltoznaka sugarak irányát úgy, hogy egy ponton konvergáljanak. Ha a fényforrás legalább a gyújtótávolságon van, akkor a sugár legalább azonos távolságra lévő pontban konvergál.

Valós és képzeletbeli képek

A pontszerű fényforrást valós objektumnak nevezzük, és a lencséből kilépő sugárnyaláb konvergenciapontja annak valós képe.

A pontforrások tömbje fontos,általában sík felületen elosztva. Példa erre a mattüveg háttérvilágítású mintája. Egy másik példa a filmszalag, amelyet hátulról világítanak meg, így a belőle érkező fény áthalad egy lencsén, amely sokszorosára felnagyítja a képet a síkképernyőn.

Ezekben az esetekben síkról beszélünk.Az 1:1 képsík pontjai a tárgysík pontjainak felelnek meg. Ugyanez vonatkozik a geometriai alakzatokra is, bár a kapott kép felülről lefelé vagy balról jobbra fordítható az objektumhoz képest.

A sugarak konvergenciája egy ponton létrehozzaa kép valós, az eltérés pedig képzeletbeli. Ha világosan körvonalazódik a képernyőn, akkor valóságos. Ha a kép csak a lencsén keresztül a fényforrás felé nézve figyelhető meg, akkor azt képzeletnek nevezzük. A tükörben való tükröződés képzeletbeli. A teleszkópon keresztül látható kép is az. De a kamera lencséjének a filmre vetítése adja a tényleges képet.

Gyújtótávolság

Az objektív fókuszát áthaladva találhatjuk megpárhuzamos sugarak nyalábja. Az a pont, ahol konvergálnak, az F fókuszpont lesz. A fókuszpont és a lencse közötti távolságot gyújtótávolságnak nevezzük. Párhuzamos sugarak áthaladhatnak a másik oldalról, és így mindkét oldalról megtalálják az F-et. Minden objektívnek két F és két F van. Ha a gyújtótávolságához képest viszonylag vékony, akkor az utóbbiak megközelítőleg egyenlőek.

Divergencia és konvergencia

Pozitív gyújtótávolsággyűjtőlencsék jellemzik. Az ilyen típusú lencsék (plano-konvex, bikonvex, meniszkusz) jobban csökkentik a belőlük kilépő sugarakat, mint korábban. A lencsék gyűjtése valódi és szellemképeket is készíthet. Az első csak akkor jön létre, ha a lencse és a tárgy távolsága meghaladja a gyújtótávolságot.

Negatív gyújtótávolságdiffúz lencsék jellemzik. Az ilyen típusú lencsék (sík-konkáv, bikonkáv, meniszkusz) jobban elválasztják a sugarakat, mint amennyit elválasztottak a felületükre való ütközés előtt. A diffúzoros lencsék szellemképet hoznak létre. Csak akkor, ha a beeső sugarak konvergenciája jelentős (valahol a lencse és az ellenkező oldalon lévő fókuszpont között konvergálnak), a keletkezett sugarak még mindig konvergálhatnak, így alkotják meg a tényleges képet.

Fontos különbségek

Nagyon óvatosnak kell lennie a megkülönböztetéssela sugarak konvergenciája vagy divergenciája a lencse konvergenciájától vagy divergenciájától. Előfordulhat, hogy a lencsék és a fénysugarak nem egyeznek. Az objektumhoz vagy képponthoz társított sugarakat divergálónak nevezzük, ha "szétszóródnak", és konvergálónak, ha "összeérnek". Minden koaxiális optikai rendszerben az optikai tengely a nyalábok útja. A nyaláb e tengely mentén halad anélkül, hogy a törés következtében iránya változna. Ez valójában az optikai tengely jó meghatározása.

Egy sugár, amely távolodik tőleaz optikai tengelyt divergensnek nevezzük. És aki közelebb kerül hozzá, azt konvergensnek nevezik. Az optikai tengellyel párhuzamos nyalábok konvergenciája vagy divergenciája nulla. Így ha egy sugár konvergenciájáról vagy divergenciájáról beszélünk, az az optikai tengellyel van összefüggésben.

Bizonyos típusú lencsék, amelyek fizikája olyan, hogya nyaláb nagyobb mértékben tér el az optikai tengelytől, konvergálnak. Bennük a konvergáló sugarak még jobban közelednek egymáshoz, a széttartók pedig kevésbé távolodnak el. Még arra is képesek, hogy ha erejük elegendő ehhez, a gerendát párhuzamossá, vagy akár konvergálóvá is tudják tenni. Hasonlóképpen, a széttartó lencse még jobban el tudja választani a széttartó nyalábokat, és a konvergáló nyalábokat párhuzamosan vagy divergensen.

Nagyítók

A két domború felületű lencse vastagabbközépen, mint a széleken, és használható egyszerű nagyítóként vagy nagyítóként. Ebben az esetben a megfigyelő rajta keresztül egy képzeletbeli, felnagyított képet néz. A kamera lencséje azonban a filmen vagy az érzékelőn a ténylegeset képezi, általában a tárgyhoz képest kisebb méretben.

szemüveg

A lencse azon képességét, hogy megváltoztatja a fény konvergenciáját, erősségének nevezzük. Dioptriában fejezzük ki D = 1 / f, ahol f a gyújtótávolság méterben.

Egy 5 dioptriás objektív f = 20 cm.A dioptriát jelzi az optometrista, amikor felírja a szemüveget. Tegyük fel, hogy 5,2 dioptriát vett fel. A műhely egy kész 5 dioptriás munkadarabot vesz a gyárból, és az egyik felületet kissé csiszolja, hogy 0,2 dioptriát adjon hozzá. Az alapelv az, hogy vékony lencséknél, amelyekben két gömb található egymáshoz közel, betartjuk azt a szabályt, amely szerint a teljes szilárdságuk egyenlő az egyes dioptriák összegével: D = D₁ + D₂.

Galilei trombitája

Galilei idejében (17. század eleje) poharak beEurópa széles körben elérhető volt. Általában Hollandiában készültek, és utcai árusok terjesztették. Galileo hallott arról, hogy valaki Hollandiában kétféle lencsét helyezett egy csőbe, hogy a távoli tárgyak nagyobbnak tűnjenek. A cső egyik végén egy hosszú fókuszú konvergáló lencsét, a másik végén pedig egy rövid fókuszú széttartó okulárt használt. Ha az objektív gyújtótávolsága f_{körülbelül} és okulár f_e, akkor a köztük lévő távolság f legyen_{körülbelül}-f_e, és az erő (szögnagyítás) f_{körülbelül}/ f_e... Ezt nevezik Galileo csőnek.

A teleszkóp 5-6-szoros nagyítással rendelkezik,összehasonlítható a modern kézi távcsővel. Ez sok izgalmas csillagászati ​​megfigyeléshez elegendő. Könnyen kivehetők a holdkráterek, a Jupiter négy holdja, a Szaturnusz gyűrűi, a Vénusz fázisai, a ködök és a csillaghalmazok, valamint a Tejútrendszer halvány csillagai.

Kepler teleszkópja

Kepler hallott minderről (ő és Galilei vezettéklevelezés) és egy másik típusú távcsövet épített két gyűjtőlencsével. A nagy gyújtótávolságú az objektív, a kisebb gyújtótávolságú pedig a szemlencse. A köztük lévő távolság f_{körülbelül} + f_e, és a szögnagyítás f_{körülbelül}/ f_e... Ez a kepleri (vagy csillagászati)a teleszkóp fejjel lefelé hoz létre képet, de ez nem számít a csillagoknak vagy a holdnak. Ez a séma a látómező egyenletesebb megvilágítását biztosította, mint a Galileo teleszkóp, és kényelmesebb volt a használata, mivel lehetővé tette, hogy a szemét fix helyzetben tartsa, és a teljes látómezőt széltől szélig lássa. Az eszközzel nagyobb nagyítást lehetett elérni, mint egy Galileo csőnél, anélkül, hogy komoly minőségromlást okozna.

Mindkét távcső gömbi aberrációt szenved,Ennek eredményeként a képek nem teljesen fókuszáltak, és a kromatikus aberráció színes fényudvarokat hoz létre. Kepler (és Newton) úgy gondolta, hogy ezeket a hibákat lehetetlen leküzdeni. Nem feltételezték, hogy lehetségesek olyan akromatikus típusú lencsék, amelyek fizikája csak a 19. században válik ismertté.

Tükörteleszkópok

Gregory ezt lencsékként javasoltaA tükrök teleszkópokhoz használhatók, mivel nincs színes keretük. Newton kihasználta ezt az ötletet, és egy homorú ezüstözött tükörből és egy pozitív okulárból készített egy newtoni teleszkópot. A mintát a Royal Society-nek adta, ahol a mai napig van.

Egy lencsés teleszkóp vetítheta kép a képernyőn vagy a filmen. A megfelelő nagyításhoz nagy gyújtótávolságú pozitív lencse szükséges, mondjuk 0,5 m, 1 m vagy sok méter. Ezt az elrendezést gyakran használják a csillagászati ​​fotózásban. Az optikában járatlan emberek számára paradoxnak tűnhet, hogy egy gyengébb, hosszú fókuszú lencse nagyobb nagyítást ad.

gömbök

Felmerült, hogy a régieka kultúrákban lehettek távcsövek, mert kis üveggolyókat készítettek. A probléma az, hogy nem tudni, mire használták őket, és biztosan nem képezhetnék egy jó távcső alapját. A golyókkal kis tárgyakat lehetett nagyítani, de a minőség aligha volt kielégítő.

Egy tökéletes üveggömb gyújtótávolságanagyon rövid, és a gömbhöz nagyon közel álló tényleges képet alkot. Emellett jelentősek az aberrációk (geometriai torzulások). A probléma a két felület közötti távolságban van.

Ha azonban mély egyenlítőt készítbarázda, hogy blokkolja a képhibákat okozó sugarakat, egy nagyon közepes nagyítóból gyönyörűvé válik. Ez a döntés Coddington nevéhez fűződik, és az ő névnagyítója ma már kisméretű kézi nagyítók formájában is megvásárolható, nagyon kicsi tárgyak vizsgálatára. De nincs bizonyíték arra, hogy ez a 19. század előtt történt volna.