Lenzen: lenzen (fysica). Typen verzamelende, optische, verstrooiende lenzen. Hoe het type lens bepalen?

Lenzen zijn meestal bolvormig of dichtbijop een bolvormig oppervlak. Ze kunnen concaaf, convex of plat zijn (de straal is oneindig). Ze hebben twee oppervlakken waar licht doorheen gaat. Ze kunnen op verschillende manieren worden gecombineerd, waardoor verschillende soorten lenzen ontstaan ​​(foto wordt later in het artikel gegeven):

• Als beide oppervlakken convex zijn (naar buiten gebogen), is het midden dikker dan de randen.
• Een lens met convexe en concave bollen wordt een meniscus genoemd.
• Een lens met één plat oppervlak wordt plat-concaaf of plat-convex genoemd, afhankelijk van de aard van de andere bol.

Hoe bepaal je het type lens? Laten we hier meer in detail op ingaan.

Lenzen verzamelen: soorten lenzen

Ongeacht de combinatie van oppervlakken, als zede dikte in het centrale deel is groter dan aan de randen, ze worden verzamelen genoemd. Zorg voor een positieve brandpuntsafstand. Er zijn de volgende soorten opvanglenzen:

• plano-convex,
• biconvex,
• concaaf-convex (meniscus).

Ze worden ook wel "positief" genoemd.

Diffusielenzen: soorten lenzen

Als hun dikte in het midden dunner is dan aan de randen, worden ze verstrooiing genoemd. Heb een negatieve brandpuntsafstand. Er zijn deze soorten verstrooiende lenzen:

• vlak concaaf,
• biconcave,
• convex-concaaf (meniscus).

Ze worden ook wel "negatief" genoemd.

Basisconcepten

Stralen van een puntbron wijken af ​​van eenpunten. Ze worden een stel genoemd. Wanneer de straal de lens binnenkomt, wordt elke straal gebroken, waardoor de richting verandert. Om deze reden kan de bundel de lens in meer of mindere mate divergerend verlaten.

Sommige soorten optische lenzen veranderende richting van de stralen zodat ze op een bepaald punt samenkomen. Bevindt de lichtbron zich tenminste op de brandpuntsafstand, dan convergeert de bundel op een punt tenminste op dezelfde afstand.

Echte en denkbeeldige beelden

Een puntlichtbron wordt een echt object genoemd en het punt van convergentie van een bundel stralen die de lens verlaat, is er een echt beeld van.

Een reeks puntbronnen is belangrijk,verdeeld over een doorgaans vlak oppervlak. Een voorbeeld is het patroon met achtergrondverlichting op matglas. Een ander voorbeeld is een filmstrip, van achteren belicht, zodat het licht ervan door een lens gaat die een beeld op een plat scherm vele malen vergroot.

In deze gevallen spreekt men van een vliegtuig.Punten op het beeldvlak 1: 1 komen overeen met punten op het objectvlak. Hetzelfde geldt voor geometrische vormen, hoewel het resulterende beeld ten opzichte van het object van boven naar beneden of van links naar rechts kan worden omgekeerd.

Convergentie van stralen op een bepaald punt creëerthet beeld is echt en de discrepantie is denkbeeldig. Als het duidelijk op het scherm wordt weergegeven, is het echt. Als het beeld alleen kan worden waargenomen door door de lens naar de lichtbron te kijken, wordt het denkbeeldig genoemd. De weerspiegeling in de spiegel is denkbeeldig. De foto die door een telescoop kan worden gezien is ook. Maar de projectie van de cameralens op de film geeft het daadwerkelijke beeld.

Brandpuntsafstand

Het brandpunt van de lens kan worden gevonden door er doorheen te gaaneen straal van parallelle stralen. Het punt waarop ze samenkomen, is het brandpunt F. De afstand van het brandpunt tot de lens wordt de brandpuntsafstand genoemd. Parallelle stralen kunnen van de andere kant worden doorgelaten en vinden dus F van beide kanten. Elke lens heeft twee F's en twee F's. Als het relatief dun is in vergelijking met de brandpuntsafstanden, dan zijn deze laatste ongeveer gelijk.

Divergentie en convergentie

Positieve brandpuntsafstandlenzen verzamelen worden gekenmerkt. Typen lenzen van dit type (plano-convex, biconvex, meniscus) verminderen de straling die eruit komt meer dan voorheen. Het verzamelen van lenzen kan zowel echte als spookbeelden vormen. De eerste wordt alleen gevormd als de afstand van de lens tot het object groter is dan de brandpuntsafstand.

Negatieve brandpuntsafstanddiffunderende lenzen worden gekenmerkt. Typen lenzen van dit type (plano-concaaf, biconcave, meniscus) scheiden de stralen meer dan ze waren gescheiden voordat ze hun oppervlak raken. Diffusielenzen creëren een spookbeeld. Pas wanneer de convergentie van de invallende stralen significant is (ze convergeren ergens tussen de lens en het brandpunt aan de andere kant), kunnen de gegenereerde stralen nog steeds convergeren om het eigenlijke beeld te vormen.

Belangrijke verschillen

U moet heel voorzichtig zijn om onderscheid te makenconvergentie of divergentie van stralen door convergentie of divergentie van de lens. Lenzen en lichtstralen komen mogelijk niet overeen. Stralen die aan een object of beeldpunt zijn gekoppeld, worden divergerend genoemd als ze "verstrooien" en convergeren als ze "samenkomen". In elk coaxiaal optisch systeem is de optische as het pad van de bundels. De straal beweegt langs deze as zonder enige verandering van richting als gevolg van breking. Dit is in wezen een goede definitie van de optische as.

Een straal die weggaat vande optische as wordt divergerend genoemd. En degene die dichter bij haar komt, wordt convergent genoemd. Balken parallel aan de optische as hebben geen convergentie of divergentie. Dus als we het hebben over de convergentie of divergentie van één straal, heeft dit betrekking op de optische as.

Sommige soorten lenzen, waarvan de fysica zodanig isde bundel wijkt sterker af van de optische as, convergeert. In hen naderen de convergerende stralen elkaar nog meer, en de divergerende stralen minder weg. Ze zijn zelfs in staat, als hun kracht daarvoor voldoende is, de balk parallel of zelfs convergerend te maken. Evenzo kan een verstrooiende lens divergerende stralen nog meer scheiden, en convergerende stralen kunnen parallel of divergerend worden gemaakt.

Vergrootglazen

Een lens met twee bolle oppervlakken is dikkermidden dan de randen en kan worden gebruikt als een eenvoudig vergrootglas of loep. Tegelijkertijd kijkt de toeschouwer er doorheen naar een denkbeeldig vergroot beeld. De cameralens vormt echter de werkelijkheid op de film of sensor, in de regel verkleind ten opzichte van het object.

bril

Het vermogen van een lens om de convergentie van licht te veranderen, wordt de sterkte ervan genoemd. Het wordt uitgedrukt in dioptrieën D = 1 / f, waarbij f de brandpuntsafstand in meters is.

Een lens met een sterkte van 5 dioptrie heeft f = 20 cm.Het zijn de dioptrieën die de optometrist aangeeft bij het voorschrijven van de bril. Laten we zeggen dat hij 5,2 dioptrieën heeft geregistreerd. De werkplaats neemt een afgewerkt 5-dioptrie-werkstuk uit de fabriek en slijpt één oppervlak een beetje om 0,2 dioptrie toe te voegen. Het principe is dat voor dunne lenzen waarin twee bollen dicht bij elkaar zijn geplaatst, de regel wordt nageleefd volgens welke hun totale sterkte gelijk is aan de som van de dioptrieën van elk: D = D₁ + D₂.

Galileo's trompet

In de tijd van Galileo (begin 17e eeuw), glazen erinEuropa was overal verkrijgbaar. Ze werden meestal in Nederland gemaakt en gedistribueerd door straatverkopers. Galileo hoorde dat iemand in Nederland twee soorten lenzen in een buisje heeft geplaatst om verre objecten groter te laten lijken. Hij gebruikte een convergerende lens met lange focus aan het ene uiteinde van de buis en een divergerend oculair met korte focus aan het andere uiteinde. Als de brandpuntsafstand van de lens f_over en oculair f_e, dan moet de afstand tussen hen f zijn_over-f_e, en de kracht (hoekvergroting) f_over/ f_e... Dit heet de Galileo-buis.

De telescoop heeft een vergroting van 5 of 6 keer,vergelijkbaar met moderne handverrekijkers. Dit is genoeg voor veel opwindende astronomische waarnemingen. Maankraters, de vier manen van Jupiter, de ringen van Saturnus, Venus-fasen, nevels en sterrenhopen, evenals zwakke sterren in de Melkweg zijn gemakkelijk te zien.

Kepler's telescoop

Kepler hoorde over dit alles (hij en Galileo leiddencorrespondentie) en bouwde een ander type telescoop met twee verzamellenzen. Degene met de lange brandpuntsafstand is het objectief en degene met de kleinere brandpuntsafstand is het oculair. De afstand tussen hen is f_over + f_e, en de hoekvergroting is f_over/ f_e... Deze Kepleriaanse (of astronomische)de telescoop maakt een omgekeerd beeld, maar dat maakt niet uit voor de sterren of de maan. Dit schema zorgde voor een meer uniforme verlichting van het gezichtsveld dan de Galileo-telescoop, en was handiger in het gebruik, omdat je hierdoor je ogen in een vaste positie kon houden en het hele gezichtsveld van rand tot rand kon zien. Met het apparaat kon een sterkere vergroting worden bereikt dan met een Galileo-buis zonder dat de kwaliteit ernstig achteruitging.

Beide telescopen hebben last van sferische aberratie,resulterend in beelden die niet volledig zijn scherpgesteld en chromatische aberratie die kleurhalo's creëert. Kepler (en Newton) waren van mening dat deze gebreken niet konden worden verholpen. Ze gingen er niet van uit dat achromatische soorten lenzen mogelijk waren, waarvan de fysica pas in de 19e eeuw bekend zou worden.

Spiegel telescopen

Gregory stelde dat voor als lenzenspiegels kunnen worden gebruikt voor telescopen, omdat ze geen gekleurde randen hebben. Newton profiteerde van dit idee en creëerde een Newtoniaanse telescoop van een concave verzilverde spiegel en een positief oculair. Hij gaf het monster aan de Royal Society, waar het tot op de dag van vandaag is.

Een telescoop met één lens kan projecterenafbeelding op een scherm of film. Voor de juiste vergroting is een positieve lens nodig met een lange brandpuntsafstand, bijvoorbeeld 0,5 m, 1 m of vele meters. Deze opstelling wordt vaak gebruikt in astronomische fotografie. Voor mensen die niet bekend zijn met optica, kan het paradoxaal lijken dat een zwakkere lens met lange focus meer vergroting geeft.

Bollen

Er is gesuggereerd dat de oudenculturen hadden misschien telescopen omdat ze kleine glazen bolletjes maakten. Het probleem is dat niet bekend is waarvoor ze werden gebruikt, en ze konden zeker niet de basis vormen van een goede telescoop. De ballen konden worden gebruikt om kleine objecten te vergroten, maar de kwaliteit was nauwelijks bevredigend.

Brandpuntsafstand van een perfecte glazen bolis erg kort en vormt een werkelijk beeld dat zeer dicht bij de bol staat. Bovendien zijn aberraties (geometrische vervormingen) significant. Het probleem zit hem in de afstand tussen de twee oppervlakken.

Als je echter een diepe equatoriaal maaktgroef om stralen te blokkeren die beeldfouten veroorzaken, het gaat van een zeer middelmatige vergrootglas naar een mooie. Deze beslissing wordt toegeschreven aan Coddington, en zijn naam vergrootglas is tegenwoordig verkrijgbaar in de vorm van kleine handloepen voor het onderzoeken van zeer kleine objecten. Maar er is geen bewijs dat dit vóór de 19e eeuw gebeurde.