Što je optička leća. Leće. Karakteristike i vrste leća. Formula tanke leće

Svatko zna da se fotografski objektiv sastoji od optičkih elemenata. Većina fotografskih objektiva kao takve elemente koristi leće. Objektivi u fotografskom objektivu nalaze se na glavnoj optičkoj osi, tvoreći optičku shemu objektiva.

Optička sferna leća - to je proziran homogeni element, ograničen dvjema sfernim ili jednom sfernom, a drugom ravnom plohom.

U modernim fotografskim objektivima naširoko se koriste, također, asferičan leće čiji se oblik površine razlikuje od sfere. U ovom slučaju mogu postojati parabolične, cilindrične, torične, stožaste i druge zakrivljene površine, kao i površine rotacije s osi simetrije.

Leće se mogu izraditi od razne sorte optičko staklo, kao i prozirna plastika.

Cijela raznolikost sferičnih leća može se svesti na dvije glavne vrste: Prikupljanje(ili pozitivan, konveksan) i Raspršivanje(ili negativ, konkavan). Konvergentne leće u sredini su deblje nego na rubovima, naprotiv, difuzne leće u sredini su tanje nego na rubovima.

U konvergentnim lećama, paralelne zrake koje prolaze kroz nju fokusiraju se u jednoj točki iza leće. Kod divergentnih leća, zrake koje prolaze kroz leću se raspršuju na strane.

bolestan 1. Sabirne i divergentne leće.

Samo pozitivne leće može dati slike predmeta. NA optički sustavi ah dajući stvarnu sliku (osobito leće) divergentne leće mogu se koristiti samo u kombinaciji sa skupnim.

Prema obliku poprečnog presjeka razlikuje se šest glavnih vrsta leća:

1. bikonveksne konvergentne leće;
2. plankonveksne konvergentne leće;
3. konkavno-konveksne konvergentne leće (menisci);
4. bikonkavne difuzne leće;
5. plano-konkavne difuzne leće;
6. konveksno-konkavne difuzne leće.

bolestan 2. Šest vrsta sferičnih leća.

Sferne površine leće mogu imati različite zakrivljenost(stupanj konveksnosti / konkavnosti) i razn aksijalna debljina.

Pogledajmo detaljnije ove i neke druge pojmove.

bolestan 3. Elementi bikonveksne leće

Na slici 3 možete vidjeti nastanak bikonveksne leće.

• C1 i C2 su središta sfernih ploha koje omeđuju leću, tzv središta zakrivljenosti.
• R1 i R2 su polumjeri sfernih ploha leće odn radijusi zakrivljenosti.
• Pravac koji spaja točke C1 i C2 naziva se glavna optička os leće.
• Točke sjecišta glavne optičke osi s površinama leće (A i B) nazivaju se vrhovi leće.
• Udaljenost od točke A do točke B nazvao debljina aksijalne leće.

Ako je paralelni snop svjetlosnih zraka usmjeren na leću iz točke koja leži na glavnoj optičkoj osi, tada će se nakon prolaska kroz nju skupiti u točki F, koji je također na glavnoj optičkoj osi. Ova točka se zove glavni fokus leće i udaljenost f od objektiva do ove točke - glavna žarišna duljina.

bolestan 4. Glavni fokus, glavna žarišna ravnina i žarišna duljina leće.

Avion MN okomito na glavnu optičku os i prolazi kroz glavno žarište naziva se glavna žarišna ravnina. Tu se nalazi fotoosjetljiva matrica ili fotoosjetljivi film.

Žarišna duljina leće izravno ovisi o zakrivljenosti njegovih konveksnih površina: što su manji polumjeri zakrivljenosti (tj. Što je veća izbočina) - to je žarišna duljina kraća.

Optički uređaji- uređaji u kojima zračenje bilo kojeg područja spektra(ultraljubičasto, vidljivo, infracrveno) pretvoreni(transmitirana, reflektirana, lomljena, polarizirana).

Odajući počast povijesnoj tradiciji, optičkim uređajima obično se nazivaju uređaji koji rade u vidljivom svjetlu.

U početnoj procjeni kvalitete uređaja, samo glavni njegov karakteristike:

• osvijetljenost- sposobnost koncentriranja zračenja;
• moć razlučivanja- sposobnost razlikovanja susjednih detalja slike;
• povećati- omjer veličine predmeta i njegove slike.
• Za mnoge je uređaje ključna karakteristika vidno polje- kut pod kojim se može vidjeti iz središta uređaja ekstremne točke subjekt.

Snaga rezolucije (sposobnost)- karakterizira sposobnost optičkih instrumenata da daju odvojene slike dviju točaka objekta blizu jedna drugoj.

Naziva se najmanja linearna ili kutna udaljenost između dviju točaka, s koje se spajaju njihove slikegranica linearne ili kutne rezolucije.

Sposobnost uređaja da razlikuje dvije bliske točke ili linije je zbog valne prirode svjetlosti. Numerička vrijednost moći razlučivosti, na primjer, sustava leća, ovisi o sposobnosti dizajnera da se nosi s aberacijama leće i pažljivo centrira te leće na istoj optičkoj osi. Teorijska granica rezolucije dviju susjednih snimljenih točaka definirana je kao jednakost udaljenosti između njihovih središta polumjeru prvog tamnog prstena njihovog difrakcijskog uzorka.

Povećati. Ako je objekt duljine H okomit na optičku os sustava, a duljina njegove slike je h, tada se povećanje m određuje formulom:

m = h/H .

Povećanje ovisi o žarišnim duljinama i relativnom položaju leća; postoje odgovarajuće formule za izražavanje ove ovisnosti.

Važna karakteristika uređaja za vizualno opažanje je prividno povećanje M. Određuje se iz omjera veličina slika predmeta koje nastaju na mrežnici tijekom neposrednog promatranja predmeta i njegovog pregleda putem uređaja. Obično se prividno povećanje M izražava omjerom M = tgb/tga, gdje je a kut pod kojim promatrač vidi objekt golim okom, a b kut pod kojim oko promatrača vidi predmet kroz uređaj.

Glavni dio svakog optičkog sustava je leća. Leće su dio gotovo svih optičkih uređaja.

Leće – optički prozirno tijelo omeđeno dvjema sfernim plohama.

Ako je debljina same leće mala u usporedbi s polumjerima zakrivljenosti sfernih površina, tada se leća naziva tankom.

Objektivi su prikupljanje i raspršivanje. Konvergentna leća je deblja u sredini nego na rubovima, dok je divergentna leća, naprotiv, tanja u sredini.

Vrste leća:

• konveksan:
  • bikonveksan (1)
  • plankonveksan (2)
  • konkavno-konveksno (3)

• konkavan:
  • bikonkavan (4)
  • plankonkavno (5)
  • konveksno-konkavno (6)

Osnovne oznake u objektivu:

Pravac koji prolazi kroz središta zakrivljenosti O 1 i O 2 sfernih površina naziva se glavna optička os leće.

Kod tankih leća možemo približno pretpostaviti da se glavna optička os siječe s lećom u jednoj točki, što se obično naziva optičko središte leće O. Snop svjetlosti prolazi kroz optički centar leće bez odstupanja od svog prvobitnog smjera.

Optičko središte leće Točka kroz koju prolaze svjetlosne zrake, a da ih leća ne lomi.

Glavna optička os- ravna crta koja prolazi kroz optičko središte leće, okomito na leću.

Sve linije koje prolaze kroz optičko središte nazivaju se bočne optičke osi.

Ako je snop zraka paralelan s glavnom optičkom osi usmjeren na leću, tada će se zrake (ili njihov nastavak) nakon prolaska kroz leću skupiti u jednoj točki F, koja se naziva glavni fokus objektiva. Na tanka leća postoje dva glavna žarišta smještena simetrično na glavnoj optičkoj osi u odnosu na leću. Konvergentne leće imaju stvarne žarište, divergentne leće imaju imaginarne žarište.

Zrake zraka paralelne s jednom od bočnih optičkih osi, nakon prolaska kroz leću, također se fokusiraju na točku F ", koja se nalazi u sjecištu bočne osi sa žarišnom ravninom F, odnosno ravninom okomitom na glavnu optičku os i prolazi kroz glavno žarište.

žarišna ravnina- ravna crta okomita na glavnu optičku os leće i prolazi kroz fokus leće.

Udaljenost između optičkog središta leće O i glavnog žarišta F naziva se žarišna duljina. Označava se istim slovom F.

Lom paralelnog snopa zraka u sabirnoj leći.

Lom paralelnog snopa zraka u divergentnoj leći.

Točke O 1 i O 2 su središta sfernih ploha, O 1 O 2 je glavna optička os, O je optičko središte, F je glavno žarište, F" je sekundarno žarište, OF" je sporedna optička os, F je žarišna ravnina.

Na crtežima su tanke leće prikazane kao segment sa strelicama:

prikupljanje: rasipanje:

Glavno svojstvo leća– sposobnost davanja slika predmeta. Slike su direktno i naopako, važeći i zamišljena, povećana i smanjena.

Položaj slike i njezina priroda mogu se odrediti pomoću geometrijskih konstrukcija. Da biste to učinili, koristite svojstva nekih standardnih zraka, čiji je tijek poznat. To su zrake koje prolaze kroz optičko središte ili jedno od žarišta leće, kao i zrake paralelne s glavnom ili jednom od sporednih optičkih osi. Za izradu slike u leći koriste se bilo koje dvije od tri zrake:

Zraka koja pada na leću paralelno s optičkom osi, nakon loma prolazi kroz žarište leće.

Zraka koja prolazi kroz optičko središte leće se ne lomi.

Zraka koja prolazi kroz žarište leće nakon loma ide paralelno s optičkom osi.

Položaj slike i njezina priroda (stvarna ili imaginarna) također se mogu izračunati pomoću formule tanke leće. Ako je udaljenost od predmeta do leće označena s d, a udaljenost od leće do slike označena s f, tada se formula tanke leće može napisati kao:

Naziva se vrijednost D, recipročna vrijednost žarišne duljine optička snaga leće.

Jedinica za optičku snagu je dioptrija (dptr). Dioptrija - optička snaga leće sa žarišnom duljinom od 1 m: 1 dioptrija \u003d m -1

Uobičajeno je pripisivanje žarišnih duljina leća određene znakove: za konvergentnu leću F > 0, za divergentnu leću F< 0.

Veličine d i f također slijede određeno pravilo znakovi:
d > 0 i f > 0 - za stvarne objekte (to jest, stvarne izvore svjetlosti, a ne nastavke zraka koje konvergiraju iza leće) i slike;
d< 0 и f < 0 – для мнимых источников и изображений.

Tanke leće imaju niz nedostataka koji ne dopuštaju dobivanje visokokvalitetnih slika. Izobličenja koja nastaju tijekom formiranja slike nazivaju se aberacije. Glavne su sferne i kromatske aberacije.

Sferna aberacija očituje se u tome što u slučaju širokih svjetlosnih snopova zrake daleko od optičke osi prelaze izvan fokusa. Formula tanke leće vrijedi samo za zrake blizu optičke osi. Slika udaljenog točkastog izvora, stvorena širokim snopom zraka koje lomi leća, je zamućena.

Kromatska aberacija nastaje zbog činjenice da indeks loma materijala leće ovisi o valnoj duljini svjetlosti λ. Ovo svojstvo prozirnih medija naziva se disperzija. Žarišna duljina leće različita je za svjetlo sa različite dužine valova, što dovodi do zamućenja slike pri korištenju nemonokromatskog svjetla.

U modernim optičkim uređajima ne koriste se tanke leće, već složeni sustavi s više leća u kojima se različite aberacije mogu približno eliminirati.

Formiranje stvarne slike objekta pomoću konvergentne leće koristi se u mnogim optičkim uređajima, kao što su kamera, projektor itd.

Ako želite stvoriti visokokvalitetni optički uređaj, trebali biste optimizirati skup njegovih glavnih karakteristika - svjetline, rezolucije i povećanja. Ne možete napraviti dobar teleskop, na primjer, postizanjem samo velikog vidljivo povećanje a ostavljajući mali otvor (blendu). Imat će lošu rezoluciju, jer izravno ovisi o otvoru blende. Izvedbe optičkih uređaja vrlo su raznolike, a njihove značajke diktira namjena pojedinih uređaja. Ali kada se bilo koji projektirani optički sustav prevodi u gotov optičko-mehanički uređaj, potrebno je postaviti sve optičke elemente u strogom skladu s prihvaćenom shemom, sigurno ih učvrstiti, osigurati precizno podešavanje položaja pokretnih dijelova i postaviti dijafragme kako bi se uklonili neželjenu pozadinu raspršenog zračenja. Često je potrebno održavati zadane vrijednosti temperature i vlažnosti unutar uređaja, minimizirati vibracije, normalizirati raspodjelu težine, osigurati odvođenje topline sa svjetiljki i druge pomoćne električne opreme. Vrijednost u prilogu izgled instrument i jednostavnost korištenja.

Mikroskop, lupa, povećalo.

Ako gledamo kroz pozitivnu (sabirnu) leću na predmet koji se nalazi iza leće ne dalje od njegove žarišne točke, tada vidimo povećano imaginarna slika subjekt. Takva leća je jednostavan mikroskop i zove se lupa ili povećalo.

Iz optičkog dizajna možete odrediti veličinu uvećane slike.

Kada je oko podešeno na paralelni snop svjetlosti (slika predmeta je na neodređenoj udaljenosti, što znači da se predmet nalazi u žarišnoj ravnini leće), prividno povećanje M može se odrediti iz relacije: M = tgb /tga = (H/f)/( H/v) = v/f, gdje je f žarišna duljina leće, v udaljenost najbolja vizija, tj. najkraća udaljenost na kojoj oko dobro vidi uz normalnu akomodaciju. M se povećava za jedan kada se oko namjesti tako da je virtualna slika objekta na najboljoj udaljenosti za gledanje. Sposobnost prilagodbe svih ljudi je različita, s godinama se pogoršavaju; 25 cm se smatra udaljenošću najboljeg vida normalnog oka. U vidnom polju jedne pozitivne leće, s udaljenošću od njezine osi, oštrina slike brzo opada zbog poprečnih aberacija. Iako postoje lupe s povećanjem od 20 puta, njihovo tipično povećanje je od 5 do 10. Povećanje složenog mikroskopa, koji se obično naziva jednostavno mikroskop, doseže 2000 puta.

Teleskop.

Teleskop povećava vidljivu veličinu udaljenih objekata. Shema najjednostavnijeg teleskopa uključuje dvije pozitivne leće.

Zrake udaljenog objekta, paralelne s osi teleskopa (zrake a i c na dijagramu), skupljaju se u stražnjem fokusu prve leće (objektiva). Druga leća (okular) udaljena je od žarišne ravnine leće za svoju žarišnu duljinu, a iz nje ponovno izlaze zrake a i c paralelno s osi sustava. Neka zraka b, koja dolazi iz različitih točaka predmeta iz kojih dolaze zrake a i c, pada pod kutom a u odnosu na os teleskopa, prolazi kroz prednji fokus objektiva, a nakon što ide paralelno s osi sustava . Okular ga usmjerava u stražnji fokus pod kutom b. Budući da je udaljenost od prednjeg fokusa leće do oka promatrača zanemariva u usporedbi s udaljenošću do objekta, tada se iz dijagrama može dobiti izraz za prividno povećanje M teleskopa: M = -tgb /tga = - F/f" (ili F/f). Negativan znak označava da je slika obrnuta. U astronomskim teleskopima to ostaje tako; u teleskopima za promatranje zemaljskih objekata koristi se rotirajući sustav za gledanje normalnih, a ne obrnutih slika. Invertiranje sustav može uključivati ​​dodatne leće ili, kao u dalekozoru, prizme.

Dvogled.

Binokularni teleskop, koji se obično naziva dalekozorom, kompaktni je instrument za promatranje s oba oka u isto vrijeme; njegovo povećanje je obično 6 do 10 puta. Dalekozori koriste par sustava za okretanje (najčešće - Porro), od kojih svaki uključuje dvije pravokutne prizme (s bazom na 45 °), orijentirane prema pravokutnim stranama.

Kako bi se postiglo veliko povećanje u širokom vidnom polju bez aberacija leće, a time i značajno vidno polje (6-9°), dalekozor zahtijeva vrlo kvalitetan okular, bolji od teleskopa s uskim vidnim poljem. Okular dalekozora omogućuje fokusiranje slike, a uz korekciju vida, - njegova ljestvica označena je dioptrijama. Osim toga, kod dalekozora se položaj okulara prilagođava udaljenosti između očiju promatrača. Tipično, dalekozori su označeni prema njihovom povećanju (u višekratnicima) i promjeru leće (u milimetrima), kao što je 8*40 ili 7*50.

Optički ciljnik.

Bilo koji teleskop za terestrička promatranja može se koristiti kao optički nišan, ako se u bilo kojoj ravnini njegova slikovnog prostora nanesu jasne oznake (mreže, oznake) koje odgovaraju zadanoj namjeni. Tipičan dizajn mnogih vojnih optičkih instalacija je takav da leća teleskopa otvoreno gleda u metu, a okular je zatvoren. Takva shema zahtijeva prekid optičke osi nišana i korištenje prizmi za njezin pomak; iste prizme pretvaraju obrnutu sliku u ravnu. Sustavi s pomakom optičke osi nazivaju se periskopski. Obično se optički nišan izračunava tako da je zjenica njegovog izlaza udaljena od posljednje površine okulara na dovoljnoj udaljenosti da zaštiti oko strijelca od udaranja u rub teleskopa kada se oružje odmakne.

Daljinomjer.

Optički daljinomjeri, koji mjere udaljenost do objekata, postoje dvije vrste: monokularni i stereoskopski. Iako se razlikuju u strukturnim detaljima, glavni dio optičke sheme im je isti i princip rada je isti: nepoznata stranica trokuta određuje se iz poznate stranice (baze) i dva poznata kuta trokuta. . Dva paralelno orijentirana teleskopa, odvojena udaljenošću b (baza), grade slike istog udaljenog objekta tako da se čini da se s njih promatra u različitih smjerova(kao baza može poslužiti i veličina mete). Ako s nekim prihvatljivim optički uređaj kombinirati slikovna polja obaju teleskopa tako da se mogu promatrati istovremeno, ispada da su odgovarajuće slike objekta prostorno odvojene. Daljinomjeri ne postoje samo s punim preklapanjem polja, već i s polupoljima: gornja polovica prostora slike jednog teleskopa spojena je s donjom polovicom prostora slike drugog. U takvim se uređajima pomoću odgovarajućeg optičkog elementa spajaju prostorno odvojene slike i iz relativnog pomaka slika utvrđuje izmjerena vrijednost. Često kao rezni element služi prizma ili kombinacija prizmi.

MONOKULARNI DALJEMJER. A - pravokutna prizma; B - pentaprizme; C - objektivi leća; D - okular; E - oko; P1 i P2 - fiksne prizme; P3 - pomična prizma; I 1 i I 2 - slike polovica vidnog polja

U krugu monokularnog daljinomjera prikazanog na slici, ovu funkciju obavlja prizma P3; povezan je s ljestvicom kalibriranom u izmjerenim udaljenostima do objekta. Pentaprizme B koriste se kao reflektori svjetlosti pod pravim kutom, jer takve prizme uvijek odbijaju upadni snop svjetlosti za 90°, bez obzira na to koliko su točno postavljene u horizontalnoj ravnini instrumenta. U stereoskopskom daljinomjeru, promatrač vidi slike koje su stvorila dva teleskopa s oba oka odjednom. Baza takvog daljinomjera omogućuje promatraču da percipira položaj objekta u volumenu, na određenoj dubini u prostoru. Svaki teleskop ima mrežu s oznakama koje odgovaraju vrijednostima raspona. Promatrač vidi ljestvicu udaljenosti koja seže duboko u prikazani prostor, te po njoj određuje udaljenost objekta.

Rasvjeta i uređaji za projekciju. Reflektori.

U optičkoj shemi reflektora, izvor svjetlosti, kao što je krater električnog luka, nalazi se u žarištu paraboličnog reflektora. Zrake koje izlaze iz svih točaka luka reflektiraju se od paraboličnog zrcala gotovo paralelno jedna s drugom. Snop zraka malo divergira jer izvor nije svjetleća točka, već volumen konačne veličine.

dijaskop.

Optička shema ovog uređaja, dizajniranog za gledanje prozirnih folija i prozirnih okvira u boji, uključuje dva sustava leća: kondenzator i projekcijsku leću. Kondenzator ravnomjerno osvjetljava prozirni original, usmjeravajući zrake u projekcijsku leću koja gradi sliku originala na ekranu. Objektiv za projekciju omogućuje fokusiranje i zamjenu svojih leća, što vam omogućuje promjenu udaljenosti do zaslona i veličine slike na njemu. Optička shema filmskog projektora je ista.

SHEMA DIJASKOPA. A - prozirne folije; B - kondenzator leće; C - leće projekcijske leće; D - zaslon; S - izvor svjetlosti

Spektralni instrumenti.

Glavni element spektralnog uređaja može biti disperzijska prizma ili difrakcijska rešetka. U takvom uređaju svjetlost se prvo kolimira, tj. se oblikuje u snop paralelnih zraka, zatim se rastavlja u spektar i, konačno, slika ulaznog proreza uređaja fokusira se na njegov izlazni prorez za svaku valnu duljinu spektra.

Spektrometar.

U ovom više-manje univerzalnom laboratorijskom uređaju sustavi za kolimiranje i fokusiranje mogu se rotirati u odnosu na središte stola na kojem se nalazi element koji razlaže svjetlost u spektar. Uređaj ima ljestvice za očitavanje kutova rotacije npr. disperzivne prizme i kutova odstupanja za njom različitih komponenti boje spektra. Na temelju rezultata takvih očitanja, primjerice, mjere se indeksi loma prozirnih čvrstih tijela.

Spektrograf.

Tako se naziva uređaj u kojem se dobiveni spektar ili njegov dio snima na fotografski materijal. Spektar možete dobiti iz prizme od kvarca (raspon 210-800 nm), stakla (360-2500 nm) ili kamena sol(2500-16000 nm). U onim područjima spektra gdje prizme slabo apsorbiraju svjetlost, slike spektralnih linija u spektrografu su svijetle. U spektrografima s difrakcijskim rešetkama potonji obavljaju dvije funkcije: razlažu zračenje u spektar i fokusiraju komponente boje na fotografski materijal; takvi se uređaji također koriste u ultraljubičastom području.

Fotoaparat je zatvorena svjetlonepropusna komora. Slika fotografiranih objekata stvara se na fotografskom filmu sustavom leća koji se naziva leća. Poseban zatvarač omogućuje vam otvaranje leće tijekom ekspozicije.

Značajka rada fotoaparata je da se na ravnom fotografskom filmu trebaju dobiti dovoljno oštre slike objekata koji se nalaze na različitim udaljenostima.

U ravnini filma oštre su samo slike objekata koji se nalaze na određenoj udaljenosti. Fokusiranje se postiže pomicanjem leće u odnosu na film. Slike točaka koje ne leže u oštroj ravnini zamagljene su u obliku krugova raspršenosti. Veličina d ovih krugova može se smanjiti zaustavljanjem leće, tj. smanjenje omjera otvora blende a / F. To rezultira povećanjem dubinske oštrine.

Objektiv modernog fotoaparata sastoji se od nekoliko leća spojenih u optičke sustave (na primjer, optička shema Tessar). Broj leća u lećama najjednostavnijih kamera je od jedne do tri, au modernim skupim kamerama ima ih do deset ili čak osamnaest.

Optički dizajn Tessar

Optičkih sustava u leći može biti od dva do pet. Gotovo sve optički sklopovi Oni su raspoređeni i rade na isti način - fokusiraju zrake svjetlosti koje prolaze kroz leće na fotoosjetljivu matricu.

Kvaliteta slike na slici ovisi samo o leći, hoće li fotografija biti oštra, hoće li oblici i linije na slici biti izobličeni, hoće li dobro prenijeti boje - sve to ovisi o svojstvima leće. , stoga je objektiv jedan od naj važni elementi moderna kamera.

Leće objektiva izrađuju se od posebnih vrsta optičkog stakla ili optičke plastike. Izrada leća jedna je od naj skupe operacije stvaranje kamere. U usporedbi staklenih i plastičnih leća, valja napomenuti da su plastične leće jeftinije i lakše. Danas su većina jeftinih objektiva amaterskih kompaktnih fotoaparata izrađeni od plastike. No, takve leće su sklone ogrebotinama i nisu toliko izdržljive, nakon otprilike dvije-tri godine postanu zamućene, a kvaliteta fotografija ostavlja mnogo za poželjeti. Optika fotoaparata je skuplja od optičkog stakla.

Danas je većina objektiva kompaktnih fotoaparata izrađena od plastike.

Leće objektiva međusobno su zalijepljene ili spojene pomoću vrlo precizno proračunatih metalnih okvira. Lijepljenje leća mnogo je češće od metalnih okvira.

projekcijski aparat dizajniran za snimanje velikih razmjera. Leća O projektora fokusira sliku ravnog objekta (slajd D) na udaljeni ekran E. Sustav leća K, nazvan kondenzor, dizajniran je da koncentrira svjetlost izvora S na slajd. Zaslon E stvara istinski uvećanu obrnutu sliku. Povećanje uređaja za projekciju može se promijeniti povećavanjem ili smanjivanjem zaslona E dok se mijenja udaljenost između prozirnih folija D i leće O.

Leće naziva prozirno tijelo omeđeno dvjema krivuljastim (najčešće sfernim) ili zakrivljenim i ravnim plohama. Leće se dijele na konveksne i konkavne.

Leće kod kojih je sredina deblja od rubova nazivaju se konveksnim. Leće koje su u sredini tanje od rubova nazivaju se konkavne leće.

Ako je indeks loma leće veći od indeksa loma okoliš, tada se u konveksnoj leći paralelni snop zraka nakon loma pretvara u silazni snop. Takve leće nazivaju se prikupljanje(Slika 89, a). Ako se u leći paralelni snop transformira u divergentni snop, te leće nazivaju se raspršivanjem(Slika 89, b). Konkavne leće, u kojima je vanjski medij zrak, su raspršujuće.

O 1 , O 2 - geometrijska središta sfernih ploha koje omeđuju leću. Ravno O 1 O 2 koja povezuje središta ovih sfernih ploha naziva se glavna optička os. Obično razmatramo tanke leće čija je debljina mala u usporedbi s polumjerima zakrivljenosti njegovih površina, tako da točke C 1 i C 2 (vrhovi segmenta) leže blizu jedna drugoj, mogu se zamijeniti jednom točkom O, koja se naziva optički centar leće (vidi sl. 89a). Svaka ravna crta povučena kroz optičko središte leće pod kutom prema glavnoj optičkoj osi naziva se sekundarna optička os(A 1 A 2 B 1 B 2).

Ako snop zraka paralelan s glavnom optičkom osi padne na konvergentnu leću, tada se nakon loma u leći skupljaju u jednoj točki F, koja se naziva glavni fokus objektiva(Slika 90, a).

U fokusu divergentne leće sijeku se nastavci zraka, koji su prije loma bili paralelni s njegovom glavnom optičkom osi (slika 90, b). Fokus divergentne leće je zamišljen. Dva su glavna fokusa; nalaze se na glavnoj optičkoj osi na istoj udaljenosti od optičkog središta leće na suprotnim stranama.

Recipročna vrijednost žarišne duljine leće naziva se njezina optička snaga. optička snaga leće D.

Jedinica optičke jakosti leće u SI je dioptrija. Dioptrija je optička jakost leće žarišne duljine 1 m.

Optička jakost konvergentne leće je pozitivna, a divergentne leće negativna.

Ravnina koja prolazi kroz glavno žarište leće okomito na glavnu optičku os naziva se žarišni(Slika 91). Snop zraka koji pada na leću paralelno s nekom sekundarnom optičkom osi skuplja se u točki presjeka te osi sa žarišnom ravninom.

Konstrukcija slike točke i predmeta u sabirnoj leći.

Za izgradnju slike u leći dovoljno je uzeti dvije zrake iz svake točke predmeta i pronaći njihovu sjecišnu točku nakon loma u leći. Pogodno je koristiti zrake čiji je put nakon loma u leći poznat. Dakle, zraka koja pada na leću paralelno s glavnom optičkom osi, nakon loma u leći prolazi kroz glavno žarište; zraka koja prolazi kroz optičko središte leće se ne lomi; zraka koja prolazi kroz glavno žarište leće, nakon loma ide paralelno s glavnom optičkom osi; zraka koja pada na leću paralelno sa sekundarnom optičkom osi, nakon loma u leći prolazi kroz točku presjeka osi sa žarišnom ravninom.

Neka svjetleća točka S leži na glavnoj optičkoj osi.

Odaberemo proizvoljan snop i povučemo bočnu optičku os paralelnu s njim (slika 92). Odabrani snop će nakon loma u leći proći kroz točku sjecišta sekundarne optičke osi sa žarišnom ravninom. Točka presjeka ove zrake s glavnom optičkom osi (druga zraka) dat će stvarnu sliku točke S - S`.

Razmotrimo konstrukciju slike predmeta u konveksnoj leći.

Neka točka leži izvan glavne optičke osi, tada se slika S' može konstruirati pomoću bilo koje dvije zrake prikazane na sl. 93.

Ako se predmet nalazi u beskonačnosti, tada će se zrake sijeći u žarištu (slika 94).

Ako se objekt nalazi iza dvostruke točke fokusa, tada će slika ispasti stvarna, inverzna, smanjena (kamera, oko) (Sl. 95).

Obične leće Postoje dvije različite vrste: pozitivne i negativne. Ove dvije vrste također su poznate kao konvergentne i divergentne jer pozitivne leće skupljaju svjetlost i tvore sliku izvora, dok negativne leće raspršuju svjetlost.

Karakteristike jednostavnih leća

Ovisno o oblicima, postoje prikupljanje(pozitivno) i raspršivanje(negativne) leće. U skupinu konvergentnih leća obično spadaju leće, kod kojih je sredina deblja od njihovih rubova, a u skupinu divergentnih leća leće, čiji su rubovi deblji od sredine. Treba napomenuti da je to točno samo ako je indeks loma materijala leće veći od indeksa loma okoline. Ako je indeks loma leće manji, situacija će biti obrnuta. Na primjer, mjehurić zraka u vodi je bikonveksna difuzna leća.

Leće se u pravilu karakteriziraju svojom optičkom jakošću (mjerenom u dioptrijama), odnosno žarišnom duljinom.

Za izradu optičkih uređaja s ispravljenom optičkom aberacijom (prvenstveno kromatskom aberacijom zbog disperzije svjetlosti, akromatima i apokromatima) važna su i druga svojstva leća i njihovih materijala, primjerice indeks loma, koeficijent disperzije i propusnost materijala. u odabranom optičkom rasponu.

Ponekad su leće/optički sustavi leća (refraktori) posebno dizajnirani za upotrebu u medijima s relativno visokim indeksom loma (vidi uronjeni mikroskop, imerzijske tekućine).

Vrste leća: Prikupljanje: 1 - bikonveksan 2 - plano-konveksan 3 - konkavno-konveksan (pozitivni (konveksni) meniskus) Raspršivanje: 4 - bikonkavno 5 - ravno-konkavno 6 - konveksno-konkavno (negativni (konkavni) meniskus)

Korištenje leće za promjenu oblika valne fronte. Ovdje ravna valna fronta postaje sferna dok prolazi kroz leću

Konveksno-konkavna leća naziva se meniskus a može biti skupna (deblja se prema sredini), raspršujuća (deblja se prema rubovima) ili teleskopska (žarišna duljina je beskonačna). Tako su, primjerice, leće naočala za kratkovidne obično negativni menisci.

Suprotno uvriježenoj zabludi, optička jakost meniskusa s istim polumjerima nije nula, već pozitivna, a ovisi o indeksu loma stakla i debljini leće. Meniskus, čija su središta zakrivljenosti površina u jednoj točki, naziva se koncentrična leća (optička jakost je uvijek negativna).

Posebno svojstvo konvergentne leće je sposobnost prikupljanja zraka koje padaju na njezinu površinu u jednoj točki koja se nalazi na drugoj strani leće.

Glavni elementi leće: NN - optička os - ravna linija koja prolazi kroz središta sfernih površina koje ograničavaju leću; O - optičko središte - točka koja se kod bikonveksnih ili bikonkavnih (s istim radijusima površine) leća nalazi na optičkoj osi unutar leće (u njezinom središtu). Bilješka. Put zraka prikazan je kao u idealiziranoj (tankoj) leći, bez indikacije loma na stvarnoj granici između medija. Dodatno, prikazana je ponešto preuveličana slika bikonveksne leće.

Ako se svjetleća točka S postavi na nekoj udaljenosti ispred sabirne leće, tada će snop svjetlosti usmjeren duž osi proći kroz leću bez loma, a zrake koje ne prolaze kroz središte lomit će se prema optičkoj leći. osi i sijeku se na njoj u nekoj točki F, koja će biti slika točke S. Ta se točka naziva konjugirano žarište ili jednostavno usredotočenost.

Ako svjetlost iz vrlo udaljenog izvora padne na leću, čije se zrake mogu zamisliti kao da putuju u paralelnom snopu, tada će se pri izlasku iz leće zrake lomiti pod većim kutom i točka F će se pomaknuti na optičkoj leći. os bliže leći. U tim uvjetima naziva se točka sjecišta zraka koje izlaze iz leće usredotočenost F', a udaljenost od središta leće do žarišta je žarišna duljina.

Zrake koje padaju na divergentnu leću, po izlasku iz nje, lomit će se prema rubovima leće, odnosno raspršit će se. Ako te zrake nastave u suprotnom smjeru kao što je prikazano na slici isprekidanom linijom, tada će se skupiti u jednoj točki F, koja će biti usredotočenost ovaj objektiv. Ovaj fokus će zamišljena.

Prividni fokus divergentne leće

Ono što je rečeno o fokusu na optičkoj osi jednako vrijedi i za one slučajeve kada je slika točke na kosoj liniji koja prolazi kroz središte leće pod kutom prema optičkoj osi. Ravnina koja je okomita na optičku os i nalazi se u žarištu leće naziva se žarišna ravnina.

Sabirne leće mogu biti usmjerene na predmet s obje strane, zbog čega se zrake koje prolaze kroz leću mogu skupljati s jedne ili s druge strane leće. Dakle, leća ima dva žarišta - ispred i straga. Nalaze se na optičkoj osi s obje strane leće na žarišnoj udaljenosti od glavnih točaka leće.

a) Vrste leća.

Optičke leće koje su deblje u sredini nego na rubu nazivaju se konvergentne leće; naprotiv, ako je rub deblji od sredine, leće djeluju kao

raspršivanje. Prema obliku presjeka razlikuju se: bikonveksne, plankonveksne, konkavnokonveksne konvergentne leće; bikonkavne, plano-konkavne, konveksno-konkavne difuzne leće.

Tanke leće se u prvoj aproksimaciji mogu smatrati dvjema naslaganim tankim prizmama (sl. 217, 218). Tijek zraka može se pratiti na Gartl paku.

sabirna leća koncentrira paralelne zrake u jednoj točki iza leće, u žarištu (sl. 219)

divergentna leća pretvara paralelni snop zraka u divergentni snop koji kao da izlazi iz fokusa (slika 220).

Vrste leća

Refleksija i lom svjetlosti koristi se za promjenu smjera zraka ili, kako kažu, za kontrolu svjetlosnih zraka. To je osnova za stvaranje posebnih optičkih instrumenata, kao što su, na primjer, povećalo, teleskop, mikroskop, kamera i drugi. glavni dio većina njih je leća. Na primjer, naočale su leće zatvorene u okviru. Već ovaj primjer pokazuje koliko je korištenje leća važno za osobu.

Na primjer, na prvoj slici pljoska je onakva kakvom je vidimo u životu,

a na drugom ako ga gledamo kroz povećalo (istu leću).

U optici se najčešće koriste sferne leće. Takve leće su tijela od optičkog ili organskog stakla, omeđena dvjema sfernim površinama.

Leće su prozirna tijela s obje strane omeđena zakrivljenim površinama (konveksnim ili konkavnim). Pravac AB koji prolazi kroz središta C1 i C2 sfernih ploha koje omeđuju leću naziva se optička os.

Ova slika prikazuje presjeke dviju leća sa središtem u točki O. Prva leća prikazana na slici naziva se konveksna, a druga konkavna. Točka O, koja leži na optičkoj osi u središtu ovih leća, naziva se optičkim središtem leće.

Jedna od dvije granične površine može biti ravna.

desno - konkavno.

Razmatrat ćemo samo sferne leće, odnosno leće omeđene dvjema sfernim (sfernim) plohama.
Leće omeđene s dvije konveksne plohe nazivaju se bikonveksne; leće omeđene s dvije konkavne plohe nazivaju se bikonkavne.

Usmjerivši snop zraka paralelno s glavnom optičkom osi leće na konveksnu leću, vidjet ćemo da se te zrake nakon loma u leći skupljaju u točki koja se zove glavno žarište leće.

Slika 63 objašnjava djelovanje konvergentne i divergentne leće. Leće se mogu prikazati kao veliki broj prizmi. Budući da prizme odbijaju zrake, kao što je prikazano na slikama, jasno je da leće s izbočenjem u sredini skupljaju zrake, a leće s izbočenjem na rubovima ih raspršuju. Sredina leće djeluje poput planparalelne ploče: ne skreće zrake ni u konvergentnoj ni u divergentnoj leći

Na crtežima su konvergentne leće označene kao što je prikazano na slici lijevo, a divergentne - na slici desno.

Svjetlost je elektromagnetsko zračenje koje oko percipira vizualnim osjetom.

• Zakon pravocrtnog prostiranja svjetlosti: svjetlost se u homogenom sredstvu širi pravocrtno
• Izvor svjetlosti čije su dimenzije male u odnosu na udaljenost od ekrana naziva se točkasti izvor svjetlosti.

• Upadni snop i reflektirani snop leže u istoj ravnini s okomicom vraćenom na reflektirajuću površinu u točki upada. Upadni kut jednaka kutu refleksije.
• Ako se točkasti objekt i njegov odraz zamijene, putanja zraka se neće promijeniti, promijenit će se samo njihov smjer.

Zijevajuća reflektirajuća površina naziva se ravnim zrcalom ako snop paralelnih zraka koji pada na nju ostaje paralelan i nakon refleksije.

• Leća čija je debljina puno manja od polumjera zakrivljenosti njezinih površina naziva se tanka leća.
• Leća koja snop paralelnih zraka pretvara u konvergentni i skuplja ga u jednu točku naziva se konvergentna leća.
• Leća koja snop paralelnih zraka pretvara u divergentne – divergentne.

Za konvergentnu leću

Za divergentne leće:

Na svim položajima predmeta, leća daje smanjenu, zamišljenu, izravnu sliku koja leži na istoj strani leće kao i predmet.

Svojstva oka:

• smještaj (postiže se promjenom oblika leća);
• adaptacija (prilagodba na različitim uvjetima osvjetljenje);
• vidna oštrina (sposobnost odvojenog razlikovanja dviju bliskih točaka);
• vidno polje (prostor koji se promatra kada se oči pomiču, ali glava miruje)

mane vida

miopija (korekcija - divergentna leća);

dalekovidnost (korekcijska - konvergentna leća).

Tanka leća je najjednostavniji optički sustav. Jednostavne tanke leće koriste se uglavnom u obliku naočala za naočale. Osim toga, dobro je poznata upotreba leće kao povećala.

Djelovanje mnogih optičkih uređaja - projekcijske svjetiljke, kamere i drugih uređaja - može se shematski usporediti s djelovanjem tankih leća. Međutim, tanka leća daje dobru sliku samo u toj relativnoj mjeri rijedak slučaj kada je moguće ograničiti se na uski jednobojni snop koji dolazi od izvora duž glavne optičke osi ili pod velikim kutom prema njoj. U većini praktičnih problema, gdje ovi uvjeti nisu ispunjeni, slika koju proizvodi tanka leća prilično je nesavršena.
Stoga se u većini slučajeva pribjegava izgradnji složenijih optičkih sustava s veliki broj lomne površine i nije ograničeno zahtjevom blizine tih površina (zahtjev koji tanka leća zadovoljava). [ četiri ]

4.2 Fotografski uređaji. Optički uređaji.

svi optički instrumenti mogu se podijeliti u dvije grupe:

1) uređaji uz pomoć kojih se na ekranu dobivaju optičke slike. To uključuje uređaje za projekciju, kamere, filmske kamere itd.

2) uređaji koji rade samo u sprezi s ljudskim očima i ne stvaraju slike na ekranu. To uključuje povećalo, mikroskop i razne instrumente sustava teleskopa. Takvi uređaji nazivaju se vizualni.

Fotoaparat.