Soczewki i ich zastosowanie. Soczewki silikonowe

W przeciwieństwie do dyfuzorów pryzmatycznych i innych, soczewki w urządzeniach oświetleniowych są prawie zawsze używane do oświetlenia punktowego. Zazwyczaj układy optyczne wykorzystujące soczewki składają się z odbłyśnika (odbłyśnika) i jednej lub więcej soczewek.

Soczewki skupiające kierują światło ze źródła znajdującego się w ognisku na równoległą wiązkę światła. Z reguły stosuje się je w konstrukcjach oświetleniowych razem z odbłyśnikiem. Odbłyśnik kieruje strumień światła w postaci wiązki w pożądanym kierunku, a soczewka koncentruje (zbiera) światło. Odległość między soczewką skupiającą a źródłem światła jest zwykle zróżnicowana, co pozwala dostosować kąt, jaki chcesz uzyskać.

Układ źródła światła i soczewki zbierającej (po lewej) oraz podobny układ źródła i soczewki Fresnela (po prawej). Kąt strumienia światła można zmieniać zmieniając odległość soczewki od źródła światła.

Soczewki Fresnela składają się z oddzielnych koncentrycznych segmentów w kształcie pierścienia, sąsiadujących ze sobą. Otrzymali swoją nazwę na cześć francuskiego fizyka Augustina Fresnela, który jako pierwszy zaproponował i wdrożył taki projekt w oprawach oświetleniowych latarni morskich. Efekt optyczny takich soczewek jest porównywalny z efektem stosowania tradycyjnych soczewek o podobnym kształcie czy krzywiźnie.

Jednak soczewki Fresnela mają wiele zalet, dzięki którym się znajdują szerokie zastosowanie w konstrukcjach oświetleniowych. W szczególności są znacznie cieńsze i tańsze w produkcji w porównaniu do soczewek skupiających. Projektanci Francisco Gomez Paz i Paolo Rizzatto nie omieszkali skorzystać z tych funkcji podczas pracy nad jasną i magiczną gamą modeli.

Wykonane z lekkiego, cienkiego poliwęglanu „arkusze” Hope, jak je nazywa Gomez Paz, to nic innego jak cienkie i duże dyfuzyjne soczewki Fresnela, które tworzą magiczny, błyszczący i wymiarowy blask poprzez pokrycie folią poliwęglanową z teksturą mikropryzmatów.

Paolo Rizzatto tak opisał projekt:
„Dlaczego żyrandole kryształowe straciły na znaczeniu? Ponieważ są zbyt drogie, bardzo trudne w obróbce i produkcji. Rozbiliśmy sam pomysł na elementy i zmodernizowaliśmy każdy z nich.”

Oto co na ten temat powiedział jego kolega:
„Kilka lat temu naszą uwagę przykuły wspaniałe możliwości soczewek Fresnela. Ich cechy geometryczne pozwalają uzyskać takie same właściwości optyczne jak zwykłe soczewki, ale na całkowicie płaskiej powierzchni płatków.

Jednak zastosowanie soczewek Fresnela do stworzenia takich unikalne produkty, łączący doskonały projekt projektowy z nowoczesnymi rozwiązaniami technologicznymi, jest wciąż rzadkością.

Soczewki tego typu znajdują szerokie zastosowanie w scenach oświetleniowych za pomocą reflektorów punktowych, gdzie pozwalają stworzyć nierówną plamę świetlną o miękkich krawędziach, doskonale komponującą się z ogólną kompozycją świetlną. Obecnie zadomowiły się także w oświetleniu architektonicznym, w przypadkach, gdy wymagana jest indywidualna regulacja kąta padania światła, gdy odległość oświetlanego obiektu od lampy może się zmieniać.

Właściwości optyczne soczewki Fresnela są ograniczone przez tak zwaną aberrację chromatyczną, która tworzy się na połączeniach jej segmentów. Z tego powodu na krawędziach obrazów obiektów pojawia się tęczowa obwódka. To, że to, co z pozoru jest wadą obiektywu, zostało w nim zamienione na zaletę Jeszcze raz podkreśla siłę innowacyjnej myśli autorów i ich dbałość o szczegóły.

Projekt oświetlenia latarni morskiej z wykorzystaniem soczewek Fresnela. Na zdjęciu wyraźnie widać pierścieniową strukturę obiektywu.

Systemy projekcyjne składają się z odbłyśnika eliptycznego lub kombinacji odbłyśnika parabolicznego i kondensatora, który kieruje światło do kolimatora, który może być również wyposażony w akcesoria optyczne. Następnie światło jest rzutowane na płaszczyznę.

Systemy reflektorowe: równomiernie oświetlony kolimator (1) kieruje strumień światła przez układ soczewek (2). Po lewej stronie znajduje się odbłyśnik paraboliczny z wysoka ocena strumień świetlny, po prawej stronie znajduje się kondensator pozwalający na osiągnięcie wysokiej rozdzielczości.

Rozmiar obrazu i kąt padania światła zależą od cech kolimatora. Proste zasłony lub przesłony irysowe tworzą wiązki światła o różnych rozmiarach. Za pomocą masek konturowych można tworzyć różne kontury wiązki światła. Możesz wyświetlać logo lub obrazy za pomocą obiektywu gobo z nadrukowanymi projektami.

W zależności od ogniskowej soczewek można wybrać różne kąty świecenia lub wielkość obrazu. W przeciwieństwie do urządzeń oświetleniowych wykorzystujących soczewki Fresnela, możliwe jest tworzenie promieni świetlnych o wyraźnych konturach. Miękkie kontury można uzyskać poprzez zmianę ostrości.

Przykłady opcjonalnych akcesoriów (od lewej do prawej): soczewka tworząca szeroką wiązkę światła, soczewka profilowana nadająca wiązce owalny kształt, odbłyśnik ryflowany oraz soczewka o strukturze plastra miodu redukująca olśnienie.

Soczewki schodkowe przekształcają promienie świetlne w taki sposób, że padają one gdzieś pomiędzy „płaskim” światłem soczewki Fresnela a „twardym” światłem soczewki płasko-wypukłej. Soczewki schodkowe zachowują swoją wypukłą powierzchnię, ale od strony płaskiej powierzchni znajdują się schodkowe wgłębienia tworzące koncentryczne okręgi.

Przednie części stopni (stopni) koncentrycznych okręgów są często nieprzezroczyste (albo zamalowane, albo mają odpryskiwaną matową powierzchnię), co pozwala odciąć rozproszone promieniowanie lampy i utworzyć wiązkę równoległych promieni.

Reflektory z soczewką Fresnela tworzą nierówną plamkę świetlną o miękkich krawędziach i delikatnej aureoli wokół plamki, co ułatwia mieszanie z innymi źródłami światła, tworząc naturalny wzór światła. Dlatego w kinie stosuje się reflektory z soczewkami Fresnela.

Reflektory z soczewką płasko-wypukłą w porównaniu do reflektorów z soczewką Fresnela tworzą bardziej jednolitą plamkę z mniej wyraźnym przejściem na krawędziach plamki świetlnej.

Odwiedź nasz blog, aby dowiedzieć się nowych rzeczy na temat lamp i projektowania oświetlenia.

Instrumenty optyczne- urządzenia, w których występuje promieniowanie z dowolnego obszaru widma(ultrafiolet, światło widzialne, podczerwień) przekształca(przesłane, odbite, załamane, spolaryzowane).

Składając hołd tradycji historycznej, Urządzenia optyczne nazywane są zwykle urządzeniami działającymi w świetle widzialnym..

Tylko podczas wstępnej oceny jakości urządzenia podstawowy jego cechy:

otwór- zdolność do koncentracji promieniowania;
zdolność rozdzielcza- umiejętność rozróżniania sąsiadujących ze sobą szczegółów obrazu;
zwiększyć- stosunek wielkości obiektu do jego obrazu.
W przypadku wielu urządzeń cechą charakterystyczną okazuje się być linia wzroku- kąt, pod jakim widać środek urządzenia skrajne punkty temat.

Rozdzielczość (zdolność)- charakteryzuje zdolność przyrządy optyczne dać oddzielne obrazy dwóch punktów obiektu blisko siebie.

Nazywa się najmniejszą odległość liniową lub kątową między dwoma punktami, z której łączą się ich obrazyograniczenie rozdzielczości liniowej lub kątowej.

Zdolność urządzenia do rozróżnienia dwóch bliskich punktów lub linii wynika z falowej natury światła. Wartość liczbowa zdolności rozdzielczej na przykład układu soczewek zależy od umiejętności projektanta radzenia sobie z aberracjami obiektywu i dokładnego wyśrodkowania tych soczewek na tej samej osi optycznej. Teoretyczną granicę rozdzielczości dwóch sąsiednich obrazowanych punktów definiuje się jako równość odległości między ich środkami a promieniem pierwszego ciemnego pierścienia ich obrazu dyfrakcyjnego.

Zwiększyć. Jeżeli obiekt o długości H jest prostopadły do osi optycznej układu, a długość jego obrazu wynosi h, to powiększenie m określa się ze wzoru:

m = godz./H .

Powiększenie zależy od ogniskowych i względnego położenia soczewek; Istnieją odpowiednie wzory wyrażające tę zależność.

Ważną cechą urządzeń do obserwacji wizualnej jest wyraźny wzrost M. Określa się go na podstawie stosunku wielkości obrazów obiektu, które powstają na siatkówce oka podczas bezpośredniej obserwacji obiektu i oglądania go przez urządzenie. Zwykle pozorny wzrost M wyraża się jako stosunek M = tgb/tga, gdzie a to kąt, pod jakim obserwator widzi obiekt gołym okiem, oraz b to kąt, pod jakim oko obserwatora widzi obiekt przez urządzenie.

Główną częścią każdego układu optycznego jest soczewka. Soczewki są częścią prawie wszystkich instrumentów optycznych.

Obiektyw – optycznie przezroczysty korpus ograniczony dwiema kulistymi powierzchniami.

Jeżeli grubość samej soczewki jest mała w porównaniu z promieniami krzywizny powierzchni kulistych, wówczas soczewkę nazywa się cienką.

Są soczewki zbieranie I rozpraszanie. Soczewka skupiająca w środku jest grubsza niż na krawędziach, soczewka rozpraszająca natomiast jest cieńsza w części środkowej.

Rodzaje soczewek:

wypukły:
- dwuwypukły (1)
- płasko-wypukły (2)
- wklęsło-wypukłe (3)

wklęsły:
- dwuwklęsły (4)
- płasko-wklęsły (5)
- wypukło-wklęsły (6)

Podstawowe oznaczenia w obiektywie:

Nazywa się linię prostą przechodzącą przez środki krzywizny O 1 i O 2 powierzchni kulistych główna oś optyczna soczewki.

W przypadku cienkich soczewek możemy w przybliżeniu założyć, że główna oś optyczna przecina się z soczewką w jednym punkcie, co zwykle nazywa się środek optyczny soczewki O. Wiązka światła przechodzi przez środek optyczny soczewki, nie odchylając się od pierwotnego kierunku.

Środek optyczny soczewki- punkt, przez który promienie świetlne przechodzą bez załamania w soczewce.

Główna oś optyczna– linia prosta przechodząca przez środek optyczny soczewki, prostopadła do soczewki.

Nazywa się wszystkie linie proste przechodzące przez środek optyczny wtórne osie optyczne.

Wiązki promieni równoległe do jednej z wtórnych osi optycznych po przejściu przez soczewkę skupiają się także w punkcie F”, który znajduje się na przecięciu osi wtórnej z płaszczyzną ogniskową Ф, czyli płaszczyzną prostopadłą do soczewki główna oś optyczna i przejście główny cel.

Płaszczyzna ogniskowa– linia prosta, prostopadła do głównej osi optycznej soczewki i przechodząca przez ognisko soczewki.

Odległość między środkiem optycznym soczewki O a głównym ogniskiem F nazywa się długość ogniskowa. Jest on oznaczony tą samą literą F.

Załamanie równoległej wiązki promieni w soczewce zbierającej.

Załamanie równoległej wiązki promieni w soczewce rozbieżnej.

Punkty O 1 i O 2 to środki powierzchni kulistych, O 1 O 2 to główna oś optyczna, O to środek optyczny, F to ognisko główne, F” to ognisko wtórne, OF” to drugorzędna oś optyczna, Ф jest płaszczyzną ogniskową.

Na rysunkach cienkie soczewki przedstawiony jako odcinek linii ze strzałkami:

zbieranie: rozpraszanie:

Główna właściwość soczewek– umiejętność nadawania obrazów przedmiotom. Pojawiają się obrazy prosty I do góry nogami, ważny I wyimaginowany, powiększony I zredukowany.

Położenie obrazu i jego charakter można określić za pomocą konstrukcji geometrycznych. Aby to zrobić, wykorzystaj właściwości niektórych standardowych promieni, których przebieg jest znany. Są to promienie przechodzące przez środek optyczny lub jedno z ognisk soczewki, a także promienie równoległe do głównej lub jednej z drugorzędnych osi optycznych. Do skonstruowania obrazu w soczewce wykorzystuje się dowolne dwa z trzech promieni:

Promień padający na soczewkę równolegle do osi optycznej przechodzi po załamaniu przez ognisko soczewki.

Promień przechodzący przez środek optyczny soczewki nie ulega załamaniu.

Promień przechodząc przez ognisko soczewki po załamaniu przebiega równolegle do osi optycznej.

Położenie obrazu i jego charakter (rzeczywisty lub wyimaginowany) można również obliczyć, korzystając ze wzoru na cienką soczewkę. Jeśli odległość przedmiotu od soczewki oznaczymy przez d, a odległość soczewki od obrazu przez f, to wzór na cienką soczewkę można zapisać jako:

Nazywa się wartość D, odwrotność ogniskowej moc optyczna soczewki.

Jednostką miary mocy optycznej jest dioptrii (doptrii). Dioptria – moc optyczna soczewki o ogniskowej 1 m: 1 dioptria = m –1

Zwyczajowo przypisuje się ogniskowym soczewek pewne znaki: dla soczewki skupiającej F > 0, dla soczewki rozpraszającej F< 0.

Wielkości d i f również podlegają pewnej zasadzie znaku:
d > 0 i f > 0 – dla obiektów rzeczywistych (czyli rzeczywistych źródeł światła, a nie przedłużeń promieni zbiegających się za soczewką) i obrazów;
D< 0 и f < 0 – для мнимых источников и изображений.

Aberracja sferyczna objawia się tym, że w przypadku szerokich wiązek światła promienie oddalone od osi optycznej przecinają ją nieogniskowo. Wzór na cienką soczewkę obowiązuje tylko dla promieni bliskich osi optycznej. Obraz odległego źródła punktowego, utworzony przez szeroką wiązkę promieni załamanych przez soczewkę, okazuje się zamazany.

Aberracja chromatyczna Dzieje się tak dlatego, że współczynnik załamania światła materiału soczewki zależy od długości fali światła λ. Ta właściwość przezroczystych mediów nazywa się dyspersją. Długość ogniskowa Działanie obiektywu jest inne dla światła o różnych długościach fal, co powoduje rozmycie obrazu przy użyciu światła niemonochromatycznego.

Nowoczesne urządzenia optyczne nie wykorzystują cienkich soczewek, ale złożone układy wielosoczewkowe, w których można w przybliżeniu wyeliminować różne aberracje.

Tworzenie rzeczywistego obrazu obiektu za pomocą soczewki skupiającej stosowane jest w wielu instrumentach optycznych, takich jak kamera, projektor itp.

Jeśli chcesz stworzyć wysokiej jakości urządzenie optyczne, powinieneś zoptymalizować zestaw jego głównych cech - współczynnik apertury, rozdzielczość i powiększenie. Nie da się na przykład zrobić dobrego teleskopu, osiągając jedynie duże pozorne powiększenie i pozostawiając mały współczynnik apertury (aperturę). Będzie miał słabą rozdzielczość, ponieważ zależy bezpośrednio od przysłony. Konstrukcje urządzeń optycznych są bardzo różnorodne, a ich cechy są podyktowane przeznaczeniem konkretnych urządzeń. Jednak wdrażając zaprojektowany układ optyczny do gotowego urządzenia optyczno-mechanicznego, należy rozmieścić wszystkie elementy optyczne ściśle według przyjętego schematu, solidnie je zamocować, zadbać o precyzyjną regulację położenia części ruchomych i rozmieścić przesłony tak, aby wyeliminować niepożądane promieniowanie rozproszone tła. Często konieczne jest utrzymanie określonych wartości temperatury i wilgotności wewnątrz urządzenia, zminimalizowanie wibracji, normalizacja rozkładu masy oraz zapewnienie odprowadzania ciepła z lamp i innego pomocniczego sprzętu elektrycznego. Wartość jest podana wygląd urządzenie i łatwość obsługi.

Mikroskop, szkło powiększające, szkło powiększające.

Jeśli przyjrzymy się obiektowi znajdującemu się za soczewką nie dalej niż jej ognisko przez soczewkę dodatnią (zbieżną), zobaczymy powiększony wirtualny obraz temat. Taka soczewka jest prostym mikroskopem i nazywa się szkłem powiększającym lub szkłem powiększającym.

Rozmiar powiększonego obrazu można określić na podstawie konstrukcji optycznej.

Kiedy oko jest dostrojone do równoległej wiązki światła (obraz obiektu jest w nieokreślonym zakresie długi dystans, co oznacza, że obiekt znajduje się w płaszczyzna ogniskowa soczewki), powiększenie pozorne M można wyznaczyć z zależności: M = tgb /tga = (H/f)/(H/v) = v/f, gdzie f to ogniskowa soczewki, v to odległość najlepsza wizja, tj. najkrótsza odległość, z której oko widzi dobrze przy normalnej akomodacji. M zwiększa się o jeden, gdy oko jest ustawione tak, że wirtualny obraz obiektu znajduje się w odległości najlepszego widzenia. Możliwości mieszkaniowe są różne dla wszystkich ludzi i pogarszają się wraz z wiekiem; Za odległość najlepszego widzenia uważa się 25 cm normalne oko. W polu widzenia pojedynczego obiektywu pozytywowego w miarę oddalania się od jego osi ostrość obrazu szybko pogarsza się ze względu na aberracje poprzeczne. Chociaż istnieją lupy o powiększeniu 20x, ich typowe powiększenie wynosi od 5 do 10. Powiększenie mikroskopu złożonego, zwanego po prostu mikroskopem, sięga nawet 2000x.

Teleskop.

Teleskop zwiększa pozorny rozmiar odległych obiektów. Najprostszy obwód teleskopu składa się z dwóch soczewek dodatnich.

Promienie z odległego obiektu, równoległe do osi teleskopu (promienie a i c na schemacie), zbierane są w tylnym ognisku pierwszej soczewki (obiektywu). Druga soczewka (okular) jest usuwana z płaszczyzny ogniskowej soczewki na jej ogniskowej, a promienie a i c wychodzą z niej ponownie równolegle do osi układu. Część promienia b, wychodząc z innych punktów niż te na obiekcie, z którego wyszły promienie a i c, pada pod kątem a do osi teleskopu, przechodzi przez przednie ognisko soczewki i po przejściu równoległym do osi teleskopu system. Okular kieruje go na tylne ogniskowanie pod kątem b. Ponieważ odległość od przedniego ogniska obiektywu do oka obserwatora jest znikoma w porównaniu z odległością do obiektu, z wykresu możemy uzyskać wzór na powiększenie pozorne M teleskopu: M = -tgb /tga = -F /f" (lub F/f). Znak minus wskazuje, że obraz jest odwrócony. W teleskopach astronomicznych tak pozostaje; w teleskopach do obserwacji obiektów ziemskich system odwracający służy do oglądania normalnych, a nie odwróconych obrazów. układ odwracający może zawierać dodatkowe soczewki lub, jak w lornetkach, pryzmaty.

Lornetka.

Teleskop lornetkowy, powszechnie nazywany lornetką, to kompaktowy instrument umożliwiający obserwacje obydwoma oczami jednocześnie. jego wzrost wynosi zwykle od 6 do 10 razy. W lornetkach zastosowano parę układów wraparound (najczęściej Porro), z których każdy zawiera dwa prostokątne pryzmaty (z podstawą pod kątem 45°), zorientowane względem siebie prostokątnymi krawędziami.

Aby uzyskać duże powiększenie w szerokim polu widzenia, wolne od aberracji obiektywu, a co za tym idzie znaczny kąt widzenia (6-9°), lornetka potrzebuje bardzo wysokiej jakości okularu, bardziej zaawansowanego niż teleskop o wąskim kącie widzenia. Okular lornetki umożliwia ogniskowanie obrazu, a przy korekcji wzroku - jego skalę oznaczono w dioptriach. Dodatkowo w lornetce położenie okularu jest dostosowane do odległości pomiędzy oczami obserwatora. Zazwyczaj lornetki są oznaczone zgodnie z ich powiększeniem (w wielokrotnościach) i średnicą soczewki (w milimetrach), na przykład 8*40 lub 7*50.

Celownik optyczny.

Jako celownik optyczny można zastosować dowolny teleskop do obserwacji naziemnych, jeśli w dowolnej płaszczyźnie jego przestrzeni obrazowej zastosuje się wyraźne oznaczenia (siatki, znaczniki) odpowiadające danemu celowi. Typowa konstrukcja wielu wojskowych instalacji optycznych polega na tym, że soczewka teleskopu otwarcie patrzy na cel, a okular znajduje się w osłonie. Schemat ten wymaga zagięcia osi optycznej celownika i użycia pryzmatów do jej przesunięcia; te same pryzmaty przekształcają obraz odwrócony w bezpośredni. Układy z przesunięciem osi optycznej nazywane są peryskopowymi. Zwykle celownik optyczny projektuje się tak, aby źrenica jego wyjścia znajdowała się w wystarczającej odległości od ostatniej powierzchni okularu, aby chronić oko strzelca przed uderzeniem w krawędź lunety podczas odrzutu broni.

Dalmierz.

Dalmierze optyczne, które mierzą odległości do obiektów, występują w dwóch wersjach: jednoocznej i stereoskopowej. Choć różnią się szczegółami konstrukcyjnymi, główna część konstrukcji optycznej jest taka sama i zasada działania jest taka sama: wykorzystując znany bok (podstawę) i dwa znane kąty trójkąta, wyznacza się jego nieznany bok. Dwa równolegle zorientowane teleskopy, oddalone od siebie o odległość b (podstawa), tworzą obrazy tego samego odległego obiektu w taki sposób, że wydaje się, że jest on obserwowany z nich w różnych kierunkach (za podstawę może służyć również wielkość celu). Jeśli za pomocą odpowiedniego urządzenia optycznego pola obrazowe obu teleskopów połączy się tak, aby można było je oglądać jednocześnie, okaże się, że odpowiadające im obrazy obiektu są przestrzennie oddzielone. Istnieją dalmierze nie tylko z pełnym nałożeniem pola, ale także z połową nakładania się pola: górna połowa przestrzeni obrazowej jednego teleskopu jest połączona z dolną połową przestrzeni obrazowej drugiego. W tego typu urządzeniach za pomocą odpowiedniego elementu optycznego następuje łączenie odseparowanych przestrzennie obrazów i wyznaczanie wartości mierzonej na podstawie względnego przesunięcia obrazów. Często elementem ścinającym jest pryzmat lub kombinacja pryzmatów.

Dalmierz jednookularowy. A - pryzmat prostokątny; B - pryzmaty pentagonalne; C - obiektywy; D - okular; E - oko; P1 i P2 to pryzmaty stałe; P3 - ruchomy pryzmat; I 1 i I 2 - obrazy połówek pola widzenia

W pokazanym na rysunku obwodzie dalmierza jednoocznego funkcję tę pełni pryzmat P3; jest powiązany ze skalą wyskalowaną w mierzonych odległościach od obiektu. Pryzmaty pentagonalne B pełnią rolę odbłyśników światła pod kątem prostym, gdyż pryzmaty tego typu zawsze odchylają padającą wiązkę światła o 90°, niezależnie od dokładności ich montażu w płaszczyźnie poziomej urządzenia. W dalmierzu stereoskopowym obserwator widzi obrazy utworzone przez dwa teleskopy obydwoma oczami jednocześnie. Podstawa takiego dalmierza pozwala obserwatorowi dostrzec położenie obiektu w sposób trójwymiarowy, na określonej głębokości w przestrzeni. Każdy teleskop posiada siatkę celowniczą ze znacznikami odpowiadającymi wartościom zasięgu. Obserwator widzi skalę odległości wnikającą w głąb przedstawianej przestrzeni i na jej podstawie określa odległość do obiektu.

Urządzenia oświetleniowe i projekcyjne. Reflektory.

W konstrukcji optycznej reflektora źródło światła, na przykład krater wyładowania łuku elektrycznego, znajduje się w ognisku reflektora parabolicznego. Promienie wychodzące ze wszystkich punktów łuku są odbijane przez zwierciadło paraboliczne, prawie równoległe do siebie. Wiązka promieni różni się nieznacznie, ponieważ źródłem nie jest punkt świetlny, ale objętość o skończonych rozmiarach.

Diaskop.

Konstrukcja optyczna tego urządzenia, przeznaczonego do oglądania folii i przezroczystych kolorowych ramek, obejmuje dwa systemy soczewek: kondensor i soczewkę projekcyjną. Kondensator równomiernie oświetla przezroczysty oryginał, kierując promienie w stronę soczewki projekcyjnej, która buduje obraz oryginału na ekranie. Soczewka projekcyjna zapewnia ostrość i wymianę soczewek, co pozwala na zmianę odległości od ekranu i wielkości obrazu na nim. Konstrukcja optyczna projektora filmowego jest taka sama.

SCHEMAT DIASKOPU. Zjeżdżalnia; B - kondensor soczewkowy; C - obiektywy projekcyjne; D - ekran; S - źródło światła

Urządzenia spektralne.

Głównym elementem urządzenia spektralnego może być pryzmat dyspersyjny lub siatka dyfrakcyjna. W takim urządzeniu światło jest najpierw kolimowane, tj. jest formowany w wiązkę równoległych promieni, następnie rozkładany na widmo, a na koniec obraz szczeliny wejściowej urządzenia jest skupiany na jego szczelinie wyjściowej przy każdej długości fali widma.

Spektrometr.

W tym mniej lub bardziej uniwersalnym urządzeniu laboratoryjnym układy kolimujący i skupiający można obracać względem środka stolika, na którym znajduje się element rozkładający światło na widmo. Urządzenie posiada skale do odczytu kątów obrotu np. pryzmatu dyspersyjnego oraz kątów odchylenia po nim różnych składowych barwnych widma. Na podstawie wyników takich odczytów mierzone są na przykład współczynniki załamania światła przezroczystych ciał stałych.

Spektrograf.

To nazwa urządzenia, w którym powstałe widmo lub jego część zapisuje się na materiale fotograficznym. Widmo można uzyskać z pryzmatu wykonanego z kwarcu (zakres 210-800 nm), szkła (360-2500 nm) lub soli kamiennej (2500-16000 nm). W tych zakresach widmowych, w których pryzmaty słabo absorbują światło, obrazy linii widmowych na spektrografie są jasne. W spektrografach z siatki dyfrakcyjne te ostatnie spełniają dwie funkcje: rozkładają promieniowanie na widmo i skupiają składniki barwy na materiale fotograficznym; Takie urządzenia są również stosowane w obszarze ultrafioletu.

Kamera Jest to zamknięta, światłoszczelna komora. Obraz fotografowanych obiektów tworzony jest na kliszy fotograficznej za pomocą układu soczewek zwanego soczewką. Specjalna przesłona umożliwia otwarcie obiektywu na czas ekspozycji.

Cechą szczególną aparatu jest to, że płaska klisza powinna dawać dość ostre obrazy obiektów znajdujących się w różnych odległościach.

W płaszczyźnie filmu ostre są jedynie obrazy obiektów znajdujących się w określonej odległości. Ostrość uzyskuje się poprzez przesuwanie obiektywu względem kliszy. Obrazy punktów, które nie leżą na ostrej płaszczyźnie wskazującej, wydają się rozmyte w postaci rozproszonych okręgów. Wielkość d tych okręgów można zmniejszyć przymykając obiektyw, tj. zmniejszenie otworu względnego a/F. Prowadzi to do zwiększenia głębi ostrości.

Obiektyw nowoczesnego aparatu składa się z kilku soczewek połączonych w układy optyczne (na przykład konstrukcja optyczna Tessar). Liczba obiektywów w obiektywach najprostszych aparatów wynosi od jednego do trzech, a w nowoczesnych, drogich aparatach jest ich nawet dziesięć, a nawet osiemnaście.

Konstrukcja optyczna Tessara

W obiektywie może znajdować się od dwóch do pięciu układów optycznych. Niemal wszystkie obwody optyczne są zaprojektowane i działają w ten sam sposób – skupiają promienie świetlne przechodzące przez soczewki na światłoczułej matrycy.

Jakość obrazu na zdjęciu zależy tylko i wyłącznie od obiektywu, czy zdjęcie będzie ostre, czy kształty i linie na zdjęciu zostaną zniekształcone, czy dobrze oddaje kolory – wszystko zależy od właściwości obiektywu, dlatego obiektyw jest jednym z najbardziej ważne elementy nowoczesny aparat.

Soczewki obiektywowe wykonane są ze specjalnych rodzajów szkła optycznego lub tworzywa sztucznego. Tworzenie obiektywów jest jedną z najdroższych części tworzenia aparatu. Porównując soczewki szklane i plastikowe, warto zauważyć, że soczewki plastikowe są tańsze i lżejsze. Obecnie większość obiektywów niedrogich amatorskich aparatów kompaktowych jest wykonana z tworzywa sztucznego. Ale takie obiektywy są podatne na zarysowania i nie są tak trwałe, po około dwóch, trzech latach stają się mętne, a jakość zdjęć pozostawia wiele do życzenia. Optykę droższych aparatów wykonano ze szkła optycznego.

Obecnie większość obiektywów do aparatów kompaktowych jest wykonana z tworzywa sztucznego.

Soczewki obiektywów są klejone lub łączone ze sobą za pomocą bardzo precyzyjnie obliczonych metalowe ramki. Soczewki klejone można spotkać znacznie częściej niż oprawki metalowe.

Aparat projekcyjny przeznaczony do uzyskiwania obrazów o dużej skali. Soczewka projektora O skupia obraz płaskiego obiektu (slajd D) na odległym ekranie E. Układ soczewek K, zwany kondensorem, ma za zadanie skupiać światło źródła S na slajdzie. Na ekranie E tworzony jest naprawdę powiększony, odwrócony obraz. Powiększenie aparatu projekcyjnego można zmieniać poprzez przybliżanie lub oddalanie ekranu E przy jednoczesnej zmianie odległości suwaka D od soczewki O.

Rysunek przedstawia elementy soczewka dwuwypukła. C1 i C2 są środkami ograniczających powierzchni kulistych, tzw środki krzywizny; R1 i R2 to promienie powierzchni kulistych, tzw promienie krzywizny. Nazywa się linię prostą łączącą środki krzywizny C1 i C2 główna oś optyczna. W przypadku soczewki płasko-wypukłej lub płasko-wklęsłej główną osią optyczną jest linia prosta przechodząca przez środek krzywizny prostopadłej do płaskiej powierzchni soczewki. Punkty przecięcia głównej osi optycznej z powierzchnią A i B nazywane są punktami przecięcia wierzchołki soczewki. Nazywa się odległość między wierzchołkami AB grubość osiowa.

Właściwości soczewki

Najważniejszą cechą soczewek pozytywowych jest ich zdolność do obrazowania obiektów. Efektem soczewek dodatnich jest to, że zbierają padające promienie i dlatego są nazywane kolektyw.

Właściwość tę tłumaczy się faktem, że soczewka zbierająca jest zbiorem wielu trójściennych pryzmatów umieszczonych w okręgu i podstawami zwróconymi do środka koła. Ponieważ pryzmaty takie odchylają padające na nie promienie w kierunku ich podstaw, wiązka promieni padająca na całą powierzchnię soczewki zbierającej jest zbierana w kierunku osi koła, tj. do osi optycznej.

Jeżeli wiązkę rozbieżnych promieni światła skierujemy z punktu świetlnego S leżącego na osi optycznej soczewki zbierającej, wówczas wiązka rozbieżna zamieni się w wiązkę zbieżną, a w punkcie zbieżności promieni prawdziwy obraz S` punktu świetlnego S. Umieszczając w punkcie S` dowolny ekran, można na nim zobaczyć obraz punktu świetlnego S. Nazywa się to obrazem rzeczywistym.

Tworzenie rzeczywistego obrazu punktu świetlnego. S` - rzeczywisty obraz punktu S

Soczewki negatywne, w przeciwieństwie do pozytywowych, rozpraszają padające na nie promienie. Dlatego się je nazywa rozpraszanie.

Jeśli ta sama wiązka rozbieżnych promieni zostanie skierowana na soczewkę rozbieżną, wówczas promienie po przejściu przez nią odchylają się na boki od osi optycznej. W rezultacie soczewki rozbieżne nie dają prawdziwego obrazu. W układach optycznych wytwarzających obraz rzeczywisty, a zwłaszcza w obiektywach fotograficznych, soczewki rozpraszające stosuje się wyłącznie w połączeniu z soczewkami zbiorczymi.

Ostrość i ogniskowa

Jeżeli wiązkę światła skierujemy na soczewkę z punktu leżącego w nieskończoności na głównej osi optycznej (promienie takie można uznać praktycznie za równoległe), wówczas promienie zbiegną się w jednym punkcie F, który również leży na głównej osi optycznej. Ten punkt nazywa się główny cel, odległość f od soczewki do tego punktu wynosi główna ogniskowa, a płaszczyzna MN przechodząca przez ognisko główne jest prostopadła do osi optycznej soczewki główna płaszczyzna ogniskowa.

Ognisko główne F i ogniskowa główna f obiektywu

Ogniskowa soczewki zależy od krzywizny jej wypukłych powierzchni. Im mniejszy jest promień krzywizny, tj. Im bardziej wypukłe jest szkło, tym krótsza jest jego ogniskowa.

Moc obiektywu

Moc optyczna soczewki nazywana jest jej mocą optyczną moc refrakcyjna(zdolność do mniejszego lub większego odchylania promieni świetlnych). Im dłuższa ogniskowa, tym mniejsza moc refrakcyjna. Moc optyczna soczewki jest odwrotnie proporcjonalna do ogniskowej.

Jednostką miary mocy optycznej jest dioptria, oznaczony literą D. Wyrażenie mocy optycznej w dioptriach jest wygodne, ponieważ po pierwsze pozwala po znaku określić, z jaką soczewką (zbiorczą lub rozbieżną) mamy do czynienia, a po drugie, ponieważ pozwala łatwo określić moc optyczna systemy dwóch i więcej soczewki

Zdjęcia edukacyjne

Padając na przedmiot, promienie światła odbijają się w każdym punkcie jego powierzchni możliwe kierunki. Jeśli przed oświetlonym przedmiotem zostanie umieszczona soczewka zbierająca, wówczas stożkowa wiązka promieni spadnie na soczewkę z każdego punktu obiektu.

Po przejściu przez soczewkę promienie ponownie zgromadzą się w jednym punkcie, a w miejscu, w którym zbiegają się promienie, pojawi się prawdziwy obraz zrobionego punktu obiektu i powstanie całość obrazów wszystkich punktów obiektu obraz całego obiektu. Rysunek ułatwia także zrozumienie powodu, dla którego obraz obiektów zawsze wywraca się do góry nogami.

W podobny sposób obraz przedmiotów pojawia się w aparacie za pomocą obiektywu fotograficznego, który jest zbiorowy system optyczny i działa jak soczewka pozytywowa.

Przestrzeń przed obiektywem, w której znajdują się fotografowane obiekty, nazywana jest przestrzenią podmiotu, natomiast przestrzeń za obiektywem, w której wizualizowane są obiekty, nazywana jest przestrzenią obrazu.

OBIEKTYW

(niem. Linse, od łac. soczewka - soczewica), przezroczysty korpus, ograniczony dwiema powierzchniami załamującymi promienie świetlne, zdolny do formowania optycznego. obrazy obiektów świecących światłem własnym lub odbitym. L. yavl. jeden z głównych elementy optyczne systemy Najczęściej stosowane są lamele, których obie powierzchnie mają wspólną oś symetrii, oraz lamele sferyczne. powierzchnie, których produkcja jest najprostsza. Mniej powszechne są soczewki z dwiema wzajemnie prostopadłymi płaszczyznami symetrii; ich powierzchnie są cylindryczne. lub toroidalny. Są to L. w okularach przepisywanych na astygmatyzm oka, L. na przyczepy anamorficzne itp.

Materiał do laserów jest zwykle optyczny. i organiczne szkło. Specjalista. Soczewki przeznaczone do stosowania w zakresie UV widma wykonane są z kryształów kwarcu, fluorytu, fluorku litu itp., w podczerwieni - ze specjalnych rodzajów szkła, krzemu, germanu, fluorytu, fluorku litu, jodku cezu itp.

Opisywanie optyki właściwości soczewki osiowosymetrycznej, najczęściej uwzględniają promienie padające na nią pod niewielkim kątem do osi, tzw. wiązka równoległa jest promieniowana.

Działanie światła na te promienie zależy od położenia jego głównych punktów - tak zwanych punktów głównych H i H, w których główne płaszczyzny światła przecinają się z osią, a także przednich i tylnych głównych ognisk F i F (ryc. 1). Nazywa się odcinki HF=f i H"F"=f. ogniskowe soczewki (jeśli ośrodki, z którymi graniczy soczewka, mają te same współczynniki załamania światła, zawsze f = f"), punkty przecięcia powierzchni O i O" soczewki z tzw. osią. jego wierzchołki, a odległości między wierzchołkami to grubość L. d.

Jeżeli kierunki ogniskowej pokrywają się z kierunkiem promieni świetlnych, wówczas uważa się je za dodatnie, więc na przykład na ryc. 1, promienie przechodzą przez L. w prawo i odcinek H „F” jest zorientowany w ten sam sposób. Dlatego tutaj f">0 i f

L. zmienić kierunki padających na nią promieni. Jeśli laser przekształca wiązkę równoległą w wiązkę zbieżną, nazywa się to zbieraniem; Jeśli wiązka równoległa zamienia się w rozbieżną, wiązkę nazywa się rozpraszaniem. W głównym ognisku F” soczewki zbierającej przecinają się promienie, które przed załamaniem były równoległe do jej osi. Dla takiej soczewki f” jest zawsze dodatnie. W soczewce rozpraszającej F” jest punktem przecięcia nie samych promieni, ale ich wyimaginowanych przedłużeń w kierunku przeciwnym do kierunku propagacji światła. Dlatego dla nich jest to zawsze f”

Miarą efektu załamania soczewki jest jej Ф, wartość odwrotna do ogniskowej (Ф=1/f") i mierzona w dioptriach (m-1). W przypadku soczewek zbierających Ф>0, dlatego też nazywane są również soczewkami dodatnimi, rozpraszającymi (ogniskowa F jest równa nieskończoności). Nie zbierają ani nie rozpraszają promieni, ale tworzą aberracje (patrz ABERRACJE UKŁADÓW OPTYCZNYCH) i są stosowane w soczewkach lustrzanych (a czasem w soczewkach) jako kompensatory aberracji.

Wszystkie parametry decydujące o optyce St. L., ograniczona kula. powierzchnie, można wyrazić promieniami krzywizny r1 i r2 jej powierzchni, grubością blachy wzdłuż osi d i n jej materiału. Na przykład optyczny i ogniskową soczewki wyraża zależność (dotyczy tylko promieni przyosiowych):

Promienie r1 i r2 uważa się za dodatnie, jeśli kierunek od wierzchołków linii do środka odpowiedniej powierzchni pokrywa się z kierunkiem promieni (na rys. 1 r1=OF">0, r2=O"F

Pierwsze trzy są pozytywne, trzy ostatnie są negatywne. L. zadzwonił cienki, jeśli jego grubość d jest mała w porównaniu do r1 i r2. Dość trafne określenie optyki siły takiego lasera uzyskuje się bez uwzględnienia drugiego członu z (1).

Przepis rozdz. płaszczyzny płaszczyzny względem jej wierzchołków (odległości OH i O"H") można także wyznaczyć znając r1, r2, n i d. Odległość między głównymi płaszczyznami w niewielkim stopniu zależy od kształtu i właściwości optycznych. L. siła i w przybliżeniu równa d(n-1)/n. W przypadku cienkiej linii odległość ta jest niewielka i praktycznie można założyć, że główne płaszczyzny pokrywają się.

Gdy znane jest położenie punktów kardynalnych, położenie punktów optycznych. obraz punktu podany przez L. (ryc. 1) wyznaczają następujące wzory:

gdzie V jest powiększeniem liniowym soczewki (patrz POWIĘKSZENIE OPTYCZNE); l i l" - odległości punktu i jego obrazu od osi (dodatnie, jeśli znajdują się powyżej osi); x - odległość od przedniego ogniska do punktu; x" - odległość od tylnego ogniska do obrazu. Jeżeli t i t” są odległościami punktów głównych odpowiednio od płaszczyzn i obrazu, to

ponieważ x=t-f, x"=t"-f")

f"/t"+f/t=1 lub 1/t"-1/t=1/f". (3)

W cienkich arkuszach t i t” można policzyć z odpowiednich powierzchni arkusza.

Fizyczny słownik encyklopedyczny. - M .: Encyklopedia radziecka. . 1983 .

OBIEKTYW

(niemiecki Linse, od łacińskiego soczewka - soczewica) - najprostsza soczewka optyczna. element wykonany z przezroczystego materiału, ograniczony przez dwie powierzchnie załamujące, mające wspólną lub dwie wzajemnie osie płaszczyzny prostopadłe symetria. Tworząc L. dla widocznego obszaru, użyj szkło optyczne lub szkło organiczne (masowa replikacja części nieprecyzyjnych), w zakresie UV - fluoryt itp., w zakresie IR - specjalne. rodzaje szkła, german, szereg soli itp.

Powierzchnie robocze L. są zwykle kuliste. kształt, rzadziej - cylindryczny, toroidalny, stożkowy lub z określonymi niewielkimi odchyleniami od kuli (asferyczny). L. z kulistym powierzchnie maks. łatwe w produkcji i podstawowe. elementy większości urządzeń optycznych. systemy

W przybliżeniu przyosiowym (kąty między promieniami a osią optyczną są na tyle małe, że grzech można zastąpić właściwościami soczewek o powierzchniach kulistych, można jednoznacznie scharakteryzować położeniem głównych płaszczyzn i mocą optyczną Ф, która wyraża się W dioptrii odwrotność ogniskowej (w m). Połączenie tych cech z geo. Parametry światła są jasne na rysunku, na którym dla przejrzystości kąty nachylenia promieni są przedstawione jako przesadnie duże. Odległości od pierwszej powierzchni soczewki wzdłuż ścieżki promienia do pierwszego rozdziału. płaszczyznę I i z drugiej powierzchni do drugiego rozdziału. samolot H" są odpowiednio równe

S 1, 2

Ogniskowa od H do przodu ( F)f= -1/F, od do tyłu ogniskowanie I optyczne. Siła światła, która jest miarą jego działania załamującego, jest równa

Tutaj P - współczynnik załamania światła substancji L. (lub stosunek tego współczynnika do współczynnika załamania światła środowisko, jeśli ostatnia to 1), D- L grubość mierzona wzdłuż osi, R 1 i R 2 - promienie krzywizny jego powierzchni (uważane za dodatnie, jeśli środki krzywizny znajdują się dalej na biegu promieni, na przykład dla dwuwypukłego L pokazanego na rysunku). R 1 >0, R 2 <0), расстояния отсчитываются вдоль направления распространения света.

Metoda konstruowania i obliczania trajektorii promieni południkowych (leżących w płaszczyźnie osiowej) przechodzących przez soczewkę za pomocą Ch. samoloty są wyraźnie widoczne na rys. Po przejściu soczewka wydaje się wychodzić z punktu znajdującego się w tej samej odległości od osi H, taki sam jak punkt przecięcia pierwotnego promienia z Y. Kąt między promieniem a osią zmienia się na Aby znaleźć trajektorię dowolnego promienia niepołudnikowego, rzutuje się go na dwie wzajemnie prostopadłe płaszczyzny osiowe. Każdy występ jest zasadniczo promieniem południkowym i zachowuje się w sposób opisany powyżej.

Położenie obrazu punktowego podanego przez L. wyznaczają wzory

Gdzie l I - odległości od głównego płaszczyzny odpowiednio do płaszczyzn przedmiotu i obrazu (ryc.), b i są odległościami punktu i jego obrazu od osi (liczone w górę).

Jeżeli L. zostanie wezwany. dodatni lub zbierający, z - ujemny lub rozpraszający; soczewki o nazwie Ф=0. afocal i są używane przez ch. przyr. do korygowania aberracji innych urządzeń optycznych. elementy. Soczewki pozytywowe dają rzeczywisty obraz wszystkich rzeczywistych obiektów znajdujących się przed przednim ogniskiem (na rysunku - po lewej stronie). F), oraz wszystkie wyimaginowane obiekty znajdujące się za soczewką.Soczewki rozpraszające wytwarzają bezpośredni, wirtualny, zredukowany obraz znajdujący się pomiędzy soczewką a przednim ogniskiem. obiekty.

Odległość między rozdz. płaszczyzny soczewki prawie nie zależą od jej właściwości optycznych. wytrzymałość i kształt oraz w przybliżeniu równe D(1-1/N). Gdy jest to znikome w porównaniu do L. tzw. cienki. Cienkie soczewki mają znak optyczny. siła Ф pokrywa się ze znakiem różnicy 1/ R 1 -1/R 2; Jednocześnie grubość lamp zbierających maleje wraz z odległością od osi, a zwiększa się grubość lamp rozpraszających. Zarówno rozdz. Płaszczyzny cienkich soczewek można uznać za pokrywające się z płaszczyzną soczewki i można policzyć wprowadzone powyżej odległości /, ja, prosto z ostatniego. Nie ma wyraźnej granicy pomiędzy grubymi L. (kiedy nie można go pominąć) a cienkimi - wszystko zależy od konkretnych zastosowań.

Do konwersji wysoce spójnych wiązek światła (najczęściej pochodzenia laserowego) wykorzystuje się wiązki dominujące. cienkie L. Często się je nazywa. kwadratowe korektory fazy: gdy spójna wiązka przechodzi przez cienki laser, wartość jest dodawana do rozkładu faz w jego przekroju k= - wektor falowy, = ( P- 1) – wprowadzony L. doda. , co jest kwadratową funkcją usuwania R od osi. Rozkład złożonej amplitudy pola w płaszczyźnie ogniskowej soczewki aż do współczynnika fazowego wynosi Podobnie jak w przypadku Fouriera obliczony rozkład amplitudy pola przed laserem częstotliwości przestrzenne (x, y - współrzędne poprzeczne w płaszczyźnie ogniskowej). Rozkład natężenia w tej samej płaszczyźnie jest podobny do kąta. rozkład promieniowania ze współczynnikiem. Dlatego L. są szeroko stosowane w systemach filtrowanie przestrzenne promieniowanie, zwykle stanowiące kombinację laserów z laserami zainstalowanymi w ich płaszczyznach ogniskowych apertury, rastry, oraz w urządzeniach do pomiaru kąta. promieniowanie.

L. mają wszystkie aberracje właściwe centrom. optyczny systemy (patrz Aberracje układów optycznych). Problem aberracji jest szczególnie istotny w przypadku korzystania z obiektywów szerokopasmowych i wielkokątnych. apertury wiązek światła ze źródeł konwencjonalnych (niespójnych). Kulisty i chromatyczne aberracje, ale może też być w środku. stopnie skorygowane przez połączenie dwóch rozkładów L. kształtach i z materiałów o różnych dyspersja. Takie układy dwusoczewkowe są szeroko stosowane jako soczewki do lunet itp. Czasami są sferyczne. aberracje eliminowane są za pomocą laserów o asferycznym, a zwłaszcza paraboloidalnym kształcie powierzchni.

Aby skorygować różnice. wady wzroku, L. stosuje się nie tylko sferyczne, ale także cylindryczne. i Torich. powierzchnie. Cylindryczny. Soczewki są stosunkowo często stosowane w przypadkach, gdy obraz źródła punktowego musi zostać „rozciągnięty” w pasek lub linię (na przykład w instrumentach spektralnych).

Oświetlony.: Born M., Wolf E., Podstawy optyki, przeł. z języka angielskiego, wyd. 2, M., 1973; Goodman J., Wprowadzenie do optyki Fouriera, przeł. z języka angielskiego M.. 1970. Yu.A. Ananyev.

Encyklopedia fizyczna. W 5 tomach. - M .: Encyklopedia radziecka. Redaktor naczelny A. M. Prochorow. 1988 .

Obiektyw jest przezroczystym ciałem ograniczonym dwiema kulistymi powierzchniami. Jeżeli grubość samej soczewki jest mała w porównaniu z promieniem krzywizny powierzchni kulistych, wówczas soczewkę nazywa się cienki .

Soczewki są częścią prawie wszystkich instrumentów optycznych. Są soczewki zbieranie I rozpraszanie . Soczewka skupiająca w środku jest grubsza niż na krawędziach, soczewka rozpraszająca natomiast jest cieńsza w środku (ryc. 3.3.1).

Linia prosta przechodząca przez środki krzywizny O 1 i O 2 powierzchnie kuliste, tzw główna oś optyczna soczewki. W przypadku cienkich soczewek możemy w przybliżeniu założyć, że główna oś optyczna przecina się z soczewką w jednym punkcie, co zwykle nazywa się centrum optyczne soczewki O. Wiązka światła przechodzi przez środek optyczny soczewki, nie odchylając się od pierwotnego kierunku. Nazywa się wszystkie linie proste przechodzące przez środek optyczny wtórne osie optyczne .

Jeżeli wiązka promieni równoległa do głównej osi optycznej zostanie skierowana na soczewkę, to po przejściu przez soczewkę promienie (lub ich kontynuacja) zbiegną się w jednym punkcie F, który jest nazywany główny cel soczewki. Cienka soczewka ma dwa główne ogniska, rozmieszczone symetrycznie na głównej osi optycznej względem soczewki. Soczewki skupiające mają ogniska rzeczywiste, natomiast soczewki rozbieżne mają ogniska urojone. Wiązki promieni równoległe do jednej z wtórnych osi optycznych po przejściu przez soczewkę również skupiają się w punkcie F", który znajduje się na przecięciu osi pomocniczej z płaszczyzna ogniskowa F, czyli płaszczyzna prostopadła do głównej osi optycznej i przechodząca przez ognisko główne (ryc. 3.3.2). Odległość pomiędzy optycznym środkiem soczewki O i główny nacisk F zwana ogniskową. Jest to oznaczone tą samą literą F.

Główną właściwością soczewek jest zdolność do zapewnienia obrazy obiektów . Pojawiają się obrazy prosty I do góry nogami , ważny I wyimaginowany , Na przesadny I zredukowany .

Położenie obrazu i jego charakter można określić za pomocą konstrukcji geometrycznych. Aby to zrobić, wykorzystaj właściwości niektórych standardowych promieni, których przebieg jest znany. Są to promienie przechodzące przez środek optyczny lub jedno z ognisk soczewki, a także promienie równoległe do głównej lub jednej z drugorzędnych osi optycznych. Przykłady takich konstrukcji przedstawiono na ryc. 3.3.3 i 3.3.4.

Należy zauważyć, że niektóre standardowe promienie użyte na ryc. 3.3.3 i 3.3.4 do obrazowania nie przechodzą przez obiektyw. Promienie te w rzeczywistości nie biorą udziału w tworzeniu obrazu, ale można je wykorzystać do konstrukcji.

Położenie obrazu i jego charakter (rzeczywisty lub wyimaginowany) można również obliczyć za pomocą formuły cienkich soczewek . Jeśli odległość przedmiotu od soczewki jest oznaczona przez D i odległość od soczewki do obrazu F, wówczas wzór na cienką soczewkę można zapisać jako:

Rozmiar D, odwrotność ogniskowej. zwany moc optyczna soczewki. Jednostką miary mocy optycznej jest dioptria (doptera). Dioptria - moc optyczna soczewki o ogniskowej 1 m:

1 dioptria = m -1.

Wzór na cienką soczewkę jest podobny do wzoru na zwierciadło sferyczne. Można to uzyskać dla promieni przyosiowych z podobieństwa trójkątów na ryc. 3.3.3 lub 3.3.4.

Zwyczajowo przypisuje się określone znaki ogniskowym soczewek: dla soczewki skupiającej F> 0, dla rozpraszania F < 0.

Wielkie ilości D I F przestrzegaj także pewnej zasady znaku:

D> 0 i F> 0 - dla obiektów rzeczywistych (czyli rzeczywistych źródeł światła, a nie przedłużeń promieni zbiegających się za soczewką) i obrazów;

D < 0 и F < 0 - для мнимых источников и изображений.

Dla przypadku pokazanego na ryc. 3.3.3, mamy: F> 0 (soczewka skupiająca), D = 3F> 0 (prawdziwy podmiot).

Stosując wzór na cienką soczewkę otrzymujemy: zatem obraz jest prawdziwy.

W przypadku pokazanym na rys. 3.3.4, F < 0 (линза рассеивающая), D = 2|F| > 0 (prawdziwy podmiot), , czyli obraz jest wyimaginowany.

W zależności od położenia obiektu względem soczewki zmieniają się wymiary liniowe obrazu. Wzrost liniowy soczewki Γ to stosunek wymiarów liniowych obrazu H" i temat H. Rozmiar H", podobnie jak w przypadku zwierciadła sferycznego, wygodnie jest przypisać znaki plus lub minus w zależności od tego, czy obraz jest pionowy, czy odwrócony. Ogrom H jest zawsze oceniany pozytywnie. Zatem dla obrazów bezpośrednich Γ > 0, dla obrazów odwróconych Γ< 0. Из подобия треугольников на рис. 3.3.3 и 3.3.4 легко получить формулу для линейного увеличения тонкой линзы:

W rozważanym przykładzie z soczewką skupiającą (ryc. 3.3.3): D = 3F > 0, , stąd, - obraz jest odwrócony i zmniejszony 2 razy.

W przykładzie z soczewką rozpraszającą (ryc. 3.3.4): D = 2|F| > 0, ; dlatego obraz jest pionowy i zmniejszony 3 razy.

Moc optyczna D soczewki zależy zarówno od promienia krzywizny R 1 i R 2 jego powierzchni kulistych oraz na współczynniku załamania światła N materiał, z którego wykonana jest soczewka. Na kursach optyki sprawdza się następująca formuła:

Promień krzywizny powierzchni wypukłej uważa się za dodatni, a powierzchni wklęsłej za ujemny. Formuła ta stosowana jest do produkcji soczewek o danej mocy optycznej.

W wielu instrumentach optycznych światło przechodzi kolejno przez dwie lub więcej soczewek. Obraz przedmiotu dany przez pierwszą soczewkę służy jako obiekt (rzeczywisty lub urojony) dla drugiej soczewki, która konstruuje drugi obraz przedmiotu. Ten drugi obraz może być również rzeczywisty lub wyimaginowany. Obliczenie układu optycznego dwóch cienkich soczewek sprowadza się do dwukrotnego zastosowania wzoru soczewki, z uwzględnieniem odległości D 2 z pierwszego obrazu do drugiego obiektywu należy ustawić na równą wartość l - F 1 gdzie l- odległość między soczewkami. Wartość obliczona przy użyciu wzoru soczewki F 2 określa położenie drugiego obrazu i jego charakter ( F 2 > 0 - obraz rzeczywisty, 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.

Szczególnym przypadkiem jest teleskopowa droga promieni w układzie dwóch soczewek, gdy zarówno przedmiot, jak i drugi obraz znajdują się w nieskończenie dużych odległościach. Teleskopowa droga promieni realizowana jest w lunetach - Rura astronomiczna Keplera I Rura uziemiająca Galileusza .

Cienkie soczewki mają wiele wad, które nie pozwalają na uzyskanie obrazów wysokiej jakości. Zniekształcenia powstające podczas tworzenia obrazu nazywane są zniekształceniami aberracje . Najważniejsze są kulisty I chromatyczny aberracje. Aberracja sferyczna objawia się tym, że w przypadku szerokich wiązek światła promienie oddalone od osi optycznej przecinają ją nieostro. Wzór na cienką soczewkę obowiązuje tylko dla promieni bliskich osi optycznej. Obraz odległego źródła punktowego, utworzony przez szeroką wiązkę promieni załamanych przez soczewkę, okazuje się zamazany.

Aberracja chromatyczna występuje, ponieważ współczynnik załamania światła materiału soczewki zależy od długości fali światła λ. Ta właściwość przezroczystych mediów nazywa się dyspersją. Ogniskowa obiektywu jest różna dla światła o różnych długościach fal, co przy zastosowaniu światła niemonochromatycznego powoduje rozmycie obrazu.

Nowoczesne urządzenia optyczne nie wykorzystują cienkich soczewek, ale złożone układy wielosoczewkowe, w których można w przybliżeniu wyeliminować różne aberracje.

Tworzenie rzeczywistego obrazu obiektu za pomocą soczewki skupiającej stosowane jest w wielu instrumentach optycznych, takich jak kamera, projektor itp.

Kamera Jest to zamknięta, światłoszczelna komora. Obraz fotografowanych obiektów tworzony jest na kliszy fotograficznej za pomocą systemu soczewek tzw obiektyw . Specjalna przesłona umożliwia otwarcie obiektywu na czas ekspozycji.

Cechą szczególną aparatu jest to, że płaska klisza powinna dawać dość ostre obrazy obiektów znajdujących się w różnych odległościach.

W płaszczyźnie filmu ostre są jedynie obrazy obiektów znajdujących się w określonej odległości. Ostrość uzyskuje się poprzez przesuwanie obiektywu względem kliszy. Obrazy punktów, które nie leżą na ostrej płaszczyźnie wskazującej, wydają się rozmyte w postaci rozproszonych okręgów. Rozmiar D Okręgi te można zmniejszyć przymykając obiektyw, tj. zmniejszenie względna dziuraA / F(Rys. 3.3.5). Dzięki temu zwiększa się głębia ostrości.

Rysunek 3.3.5.

Kamera

Aparat projekcyjny przeznaczony do uzyskiwania obrazów o dużej skali. Obiektyw O projektor skupia obraz płaskiego obiektu (slajd D) na zdalnym ekranie E (rys. 3.3.6). System soczewek K, zwany skraplacz , przeznaczony do skupiania światła źródła S na slajdzie. Na ekranie E tworzony jest naprawdę powiększony, odwrócony obraz. Zmiana powiększenia aparatu projekcyjnego możliwa jest poprzez przybliżanie lub oddalanie ekranu E przy jednoczesnej zmianie odległości pomiędzy slajdami D i obiektyw O.

Soczewki i ich zastosowanie. Soczewki silikonowe

Właściwości soczewki

Ostrość i ogniskowa

Moc obiektywu

Zdjęcia edukacyjne

Najnowszy

Musisz to wiedzieć