Mi az optikai lencse. Lencsék. A lencsék jellemzői és típusai. Vékony lencse formula

Mindenki tudja, hogy a fényképészeti lencse optikai elemekből áll. A legtöbb fényképészeti objektív lencséket használ ilyen elemként. A fényképészeti lencsék lencséi a fő optikai tengelyen helyezkednek el, és az objektív optikai sémáját alkotják.

Optikai gömb lencse - átlátszó homogén elem, amelyet két gömb alakú vagy egy gömb alakú, a másik sík felület határol.

A modern fényképészeti objektívekben széles körben használják őket, aszférikus lencsék, amelyek felületi alakja eltér a gömbtől. Ebben az esetben lehetnek parabola, hengeres, tórikus, kúpos és egyéb ívelt felületek, valamint szimmetriatengellyel rendelkező forgásfelületek.

Lencsék készülhetnek belőle különféle fajták optikai üveg, valamint átlátszó műanyagok.

A gömb alakú lencsék teljes választéka két fő típusra redukálható: Összejövetel(vagy pozitív, konvex) és Szórás(vagy negatív, homorú). A középen lévő konvergáló lencsék vastagabbak, mint a széleken, éppen ellenkezőleg, a középen lévő diffúz lencsék vékonyabbak, mint a széleken.

A konvergáló lencsékben a rajta áthaladó párhuzamos sugarak egy pontra fókuszálnak a lencse mögött. Divergáló lencsékben a lencsén áthaladó sugarak oldalra szóródnak.

beteg. 1. Gyűjtő és szétválasztó lencsék.

Csak pozitív lencsék képeket adhat a tárgyakról. NÁL NÉL optikai rendszerek ah valós képet adva (különösen objektívek esetén) az eltérõ lencsék csak a kollektíval együtt használhatók.

A keresztmetszet alakja szerint a lencsék hat fő típusát különböztetjük meg:

1. bikonvex konvergáló lencsék;
2. sík-domború konvergáló lencsék;
3. homorú-domború konvergáló lencsék (menisci);
4. bikonkáv diffúzor lencsék;
5. sík-konkáv diffúzor lencsék;
6. domború-konkáv diffúzor lencsék.

beteg. 2. Hat féle gömblencse.

A lencse gömbfelületei eltérőek lehetnek görbület(domborúság / homorúság foka) és különböző axiális vastagság.

Nézzük meg ezeket és néhány más fogalmat részletesebben.

beteg. 3. Bikonvex lencse elemei

A 3. ábrán egy bikonvex lencse kialakulása látható.

• A C1 és C2 a lencsét határoló gömbfelületek középpontja, ezeket nevezzük görbületi középpontok.
• R1 és R2 a lencse gömbfelületeinek sugara ill görbületi sugarak.
• A C1 és C2 pontokat összekötő egyenest ún fő optikai tengely lencsék.
• Az optikai főtengely metszéspontjait a lencse felületeivel (A és B) ún. lencsecsúcsok.
• Távolság a ponttól A lényegre törő B hívott axiális lencsevastagság.

Ha a fő optikai tengelyen fekvő pontból párhuzamos fénysugarat irányítunk a lencsére, akkor az azon való áthaladás után a pontban összegyűlik. F, amely szintén a fő optikai tengelyen van. Ezt a pontot hívják fő hangsúly lencsék, és a távolság f az objektívtől idáig - fő fókusztávolság.

beteg. 4. Fő fókusz, fő fókuszsík és az objektív gyújtótávolsága.

Repülőgép MN az optikai főtengelyre merőleges és a fő fókuszon áthaladó ún fő fókuszsík. Itt található a fényérzékeny mátrix vagy fényérzékeny film.

A lencse gyújtótávolsága közvetlenül függ konvex felületeinek görbületétől: minél kisebb a görbületi sugara (azaz minél nagyobb a kidudorodás), annál rövidebb a fókusztávolság.

Optikai eszközök- eszközök, amelyekben a sugárzás a spektrum bármely régiójában(ultraibolya, látható, infravörös) átalakítva(átsugárzott, visszavert, megtört, polarizált).

A történelmi hagyomány előtt tisztelegve, az optikai eszközöket általában látható fényben működő eszközöknek nevezik.

A készülék minőségének kezdeti értékelése során csak fő-övé jellemzők:

• fényesség- a sugárzás koncentrálásának képessége;
• felbontóképessége- a szomszédos képrészletek megkülönböztetésének képessége;
• növekedés- a tárgy méretének és képének aránya.
• Sok készülék esetében a meghatározó jellemző az rálátás- az a szög, amelyen belül a készülék közepéből látható szélsőséges pontok tantárgy.

Felbontási teljesítmény (képesség)- jellemzi az optikai műszerek azon képességét, hogy egy tárgy két egymáshoz közeli pontjáról külön képet adjanak.

Két pont közötti legkisebb lineáris vagy szögtávolságot, ahonnan képeik egyesülnek, nevezzüklineáris vagy szögfelbontási határ.

Az eszköz azon képessége, hogy különbséget tudjon tenni két közeli pont vagy vonal között, a fény hullámtermészetének köszönhető. A feloldóképesség számértéke, például egy lencserendszer esetében, attól függ, hogy a tervező mennyire képes megbirkózni a lencse aberrációival, és gondosan ugyanarra az optikai tengelyre igazítja ezeket a lencséket. Két szomszédos leképezett pont felbontásának elméleti határa a középpontjuk és a diffrakciós mintázat első sötét gyűrűjének sugara közötti távolság egyenlő.

Növekedés. Ha egy H hosszúságú objektum merőleges a rendszer optikai tengelyére, és képének hossza h, akkor az m nagyítást a következő képlet határozza meg:

m = h/H .

A növekedés a gyújtótávolságtól és a lencsék egymáshoz viszonyított helyzetétől függ; megfelelő képletek vannak ennek a függőségnek a kifejezésére.

A vizuális megfigyelésre szolgáló eszközök fontos jellemzője az látszólagos nagyítás M. A tárgy közvetlen megfigyelése és a készüléken keresztüli vizsgálata során a retinán kialakuló tárgyképek méretarányából határozzák meg. Általában az M látszólagos növekedését az arány fejezi ki M = tgb/tga, ahol a az a szög, amelyben a megfigyelő szabad szemmel látja a tárgyat, b pedig az a szög, amelyben a megfigyelő szeme a tárgyat az eszközön keresztül látja.

Minden optikai rendszer fő része a lencse. A lencsék szinte minden optikai eszköz részét képezik.

Lencse – optikailag átlátszó test, amelyet két gömbfelület határol.

Ha maga a lencse vastagsága kicsi a gömbfelületek görbületi sugaraihoz képest, akkor a lencsét vékonynak nevezzük.

A lencsék azok összejövetelés szétszóródás. A konvergáló lencse középen vastagabb, mint a széleken, míg a divergáló lencse középen vékonyabb.

A lencsék típusai:

• konvex:
  • bikonvex (1)
  • sík-domború (2)
  • homorú-domború (3)

• homorú:
  • bikonkáv (4)
  • sík homorú (5)
  • domború-konkáv (6)

Alapvető jelölések az objektívben:

A gömbfelületek O 1 és O 2 görbületi középpontjain áthaladó egyenest ún. a lencse fő optikai tengelye.

Vékony lencsék esetén megközelítőleg feltételezhetjük, hogy az optikai főtengely egy pontban metszi a lencsét, amit általában ún. a lencse optikai középpontja O. A fénysugár áthalad a lencse optikai középpontján anélkül, hogy eltérne az eredeti irányától.

A lencse optikai közepe Az a pont, amelyen a fénysugarak áthaladnak anélkül, hogy lencse megtörné.

Fő optikai tengely- a lencse optikai középpontján áthaladó, a lencsére merőleges egyenes vonal.

Az optikai középponton áthaladó összes vonalat hívjuk oldalsó optikai tengelyek.

Ha az optikai főtengellyel párhuzamos sugárnyalábot irányítunk a lencsére, akkor a lencsén való áthaladás után a sugarak (vagy azok folytatása) egy F pontban gyűlnek össze, amit ún. az objektív fő fókusza. Nál nél vékony lencse az optikai fő tengelyen a lencséhez képest szimmetrikusan két fő fókusz helyezkedik el. A konvergáló lencséknek valós, a széttartó lencséknek képzeletbeli gócok vannak.

Az egyik oldalsó optikai tengellyel párhuzamos sugárnyalábok, miután áthaladtak a lencsén, szintén az F" pontra fókuszálnak, amely az oldaltengely és a Ф fókuszsík metszéspontjában található, vagyis a rá merőleges síkban. a fő optikai tengely és áthalad a fő fókuszon.

gyújtóponti sík- a lencse fő optikai tengelyére merőleges és a lencse fókuszán áthaladó egyenes vonal.

Az O lencse optikai középpontja és az F főfókusz közötti távolságot nevezzük gyújtótávolság. Ugyanaz az F betű jelöli.

Párhuzamos sugárnyaláb törése konvergáló lencsében.

Párhuzamos sugárnyaláb törése divergens lencsében.

Az O 1 és O 2 pontok a gömbfelületek középpontjai, az O 1 O 2 a fő optikai tengely, az O az optikai középpont, az F a fő fókusz, az F" a másodlagos fókusz, az OF" a másodlagos optikai tengely, Ф a fókuszsík.

A rajzokon a vékony lencséket nyilakkal ellátott szegmensként ábrázolják:

gyűjtő: szóródás:

A lencsék fő tulajdonsága– tárgyak képének adásának képessége. A képek vannak közvetlenés fejjel lefelé, érvényesés képzeletbeli, nagyítottés csökkent.

A kép helyzete és természete geometriai konstrukciók segítségével meghatározható. Ehhez használja néhány szabványos sugár tulajdonságait, amelyek lefolyása ismert. Ezek a lencse optikai középpontján vagy egyik fókuszán áthaladó sugarak, valamint a fő vagy az egyik másodlagos optikai tengellyel párhuzamos sugarak. A kép lencsén belüli felépítéséhez a három sugár közül bármelyik kettőt használjuk:

Az optikai tengellyel párhuzamos lencsére beeső sugár a fénytörés után átmegy a lencse fókuszán.

A lencse optikai középpontján áthaladó sugár nem törik meg.

A fénytörés után a lencse fókuszán áthaladó sugár párhuzamos az optikai tengellyel.

A kép helyzete és természete (valós vagy képzeletbeli) a vékonylencse képlet segítségével is kiszámítható. Ha a tárgy és a lencse közötti távolságot d jelöli, a lencse és a kép közötti távolságot pedig f, akkor a vékonylencse képlet a következőképpen írható fel:

A D értéket, a gyújtótávolság reciprokát nevezzük a lencse optikai teljesítménye.

Az optikai teljesítmény mértékegysége dioptria (dptr). Dioptria - 1 m gyújtótávolságú lencse optikai teljesítménye: 1 dioptria \u003d m -1

Az objektívek gyújtótávolságát szokás hozzárendelni bizonyos jelek: konvergáló lencséhez F > 0, divergáló lencséhez F< 0.

A d és f mennyiségek is engedelmeskednek bizonyos szabály jelek:
d > 0 és f > 0 - valós objektumok (vagyis valódi fényforrások, nem pedig a lencse mögött konvergáló sugarak folytatásai) és képek esetében;
d< 0 и f < 0 – для мнимых источников и изображений.

A vékony lencséknek számos hátránya van, amelyek nem teszik lehetővé a kiváló minőségű képek készítését. A képalkotás során fellépő torzulásokat ún aberrációk. A főbbek a gömb- és kromatikus aberrációk.

Szférikus aberráció abban nyilvánul meg, hogy széles fénysugarak esetén az optikai tengelytől távol eső sugarak élesen keresztezik azt. A vékony lencse képlete csak az optikai tengelyhez közeli sugarakra érvényes. A távoli pontforrás képe, amelyet a lencse által megtört széles sugárnyaláb hoz létre, elmosódott.

Kromatikus aberráció abból adódik, hogy a lencse anyagának törésmutatója a fény λ hullámhosszától függ. Az átlátszó közegnek ezt a tulajdonságát diszperziónak nevezzük. Az objektív gyújtótávolsága a fénynél eltérő különböző hosszúságú hullámok, ami a kép elmosódásához vezet, ha nem monokromatikus fényt használunk.

A modern optikai eszközökben nem vékony lencséket használnak, hanem összetett többlencsés rendszereket, amelyekben a különféle aberrációk megközelítőleg kiküszöbölhetők.

Egy tárgyról valós kép konvergáló lencsével történő létrehozását számos optikai eszközben alkalmazzák, például fényképezőgépben, projektorban stb.

Ha jó minőségű optikai eszközt szeretne létrehozni, optimalizálnia kell a fő jellemzőinek készletét - fényerő, felbontás és nagyítás. Nem készíthetsz jó távcsövet például úgy, hogy csak nagyszerűt érsz el látható növekedésés kis rekesznyílást (rekeszt) hagyva. Gyenge lesz a felbontása, mivel ez közvetlenül függ a rekesznyílástól. Az optikai eszközök kialakítása igen változatos, jellemzőiket az adott eszközök rendeltetése határozza meg. De ha bármilyen tervezett optikai rendszert kész optikai-mechanikus eszközzé alakítanak át, akkor az összes optikai elemet szigorúan az elfogadott séma szerint kell elhelyezni, biztonságosan rögzíteni, biztosítani kell a mozgó alkatrészek helyzetének pontos beállítását, és el kell helyezni a membránokat a kiküszöbölés érdekében. a szórt sugárzás nem kívánt háttere. Gyakran szükség van a készüléken belüli hőmérséklet és páratartalom beállított értékeinek fenntartására, a rezgések minimalizálására, a súlyeloszlás normalizálására, a lámpák és más kiegészítő elektromos berendezések hőelvezetésének biztosítására. Érték csatolva megjelenés eszköz és könnyű használat.

Mikroszkóp, nagyító, nagyító.

Ha pozitív (gyűjtő) lencsén keresztül nézünk egy tárgyra, amely a lencse mögött nem távolabb van, mint annak fókuszpontja, akkor felnagyítva látunk. képzeletbeli kép tantárgy. Az ilyen lencse egy egyszerű mikroszkóp, és nagyítónak vagy nagyítónak nevezik.

Az optikai kialakításból meghatározhatja a kinagyított kép méretét.

Ha a szem párhuzamos fénysugárra van hangolva (a tárgy képe határozatlan távolságra van, ami azt jelenti, hogy a tárgy a lencse fókuszsíkjában helyezkedik el), az M látszólagos nagyítás a következő összefüggésből határozható meg: M = tgb /tga = (H/f)/( H/v) = v/f, ahol f a lencse gyújtótávolsága, v a távolság legjobb látás, azaz legrövidebb távolság amelyen a szem jól lát normál akkomodációval. M eggyel nő, ha a szemet úgy állítják be, hogy a tárgy virtuális képe a legjobb látótávolságban legyen. Az összes ember befogadásának képessége eltérő, az életkorral romlik; A 25 cm-t a normál szem legjobb látási távolságának tekintik. Egyetlen pozitív lencse látóterében, a tengelyétől távolabb, a kép élessége gyorsan romlik a keresztirányú aberrációk miatt. Bár léteznek 20-szoros nagyítású nagyítók, ezek tipikus nagyítása 5-10. Egy összetett mikroszkóp, amelyet általában egyszerűen mikroszkópnak neveznek, nagyítása eléri a 2000-szeres nagyítást.

Távcső.

A teleszkóp felnagyítja a távoli tárgyak látható méretét. A legegyszerűbb teleszkóp sémája két pozitív lencsét tartalmaz.

A távoli objektumból származó, a távcső tengelyével párhuzamos sugarakat (az a és c sugarak az ábrán) az első lencse (objektív) hátsó fókuszában gyűjtik össze. A második lencse (okulár) a gyújtótávolságával kikerül a lencse fókuszsíkjából, és onnan ismét a rendszer tengelyével párhuzamosan jönnek ki az a és c sugarak. Néhány b sugár, amely a tárgy különböző pontjairól érkezik, ahonnan az a és c sugarak származnak, a szöget bezárva a teleszkóp tengelyével áthalad az objektív elülső fókuszán, majd párhuzamosan a rendszer tengelyével . Az okulár b szögben a hátsó fókuszába irányítja. Mivel a lencse elülső fókuszának és a megfigyelő szemének távolsága elhanyagolható a tárgy távolságához képest, így a diagramból a távcső látszólagos M nagyítására kaphatunk egy kifejezést: M = -tgb /tga = - F/f" (vagy F/f). A negatív előjel azt jelzi, hogy a kép fordított. Csillagászati ​​távcsövekben ez így is marad; a földi objektumok megfigyelésére szolgáló távcsövekben egy forgó rendszert használnak a normál, nem pedig fordított képek megtekintéséhez. Az invertáló a rendszer tartalmazhat további lencséket vagy, mint a távcsőben, prizmákat.

Távcső.

A binokuláris teleszkóp, amelyet általában távcsőnek neveznek, egy kompakt műszer, amellyel egyszerre mindkét szemmel lehet megfigyelni; nagyítása általában 6-10-szeres. A távcsövek egy pár forgórendszert használnak (leggyakrabban - Porro), amelyek mindegyike két téglalap alakú prizmát tartalmaz (45 ° -os alappal), amelyek a téglalap alakú felületek felé irányulnak.

Ahhoz, hogy nagy nagyítást érjünk el egy széles, objektíveltérésektől mentes látómezőben, és ezáltal jelentős látómezőt (6-9°), a távcsőhöz nagyon jó minőségű okulárra van szükség, amely jobb, mint egy szűk látómezővel rendelkező távcső. A távcső okulárja biztosítja a kép fókuszálását, látáskorrekcióval, - skálája dioptriában van jelölve. Ezenkívül távcsőben a szemlencse helyzete a megfigyelő szemei ​​közötti távolsághoz igazodik. A távcsöveket jellemzően nagyításuk (többszörösben) és lencseátmérőjük (milliméterben) szerint jelölik, például 8*40 vagy 7*50.

Optikai irányzék.

Optikai irányzékként bármely földi megfigyelésre szolgáló távcső használható, ha képterének bármely síkjában az adott célnak megfelelő egyértelmű jeleket (rácsokat, jeleket) alkalmazunk. Sok katonai optikai berendezés tipikus kialakítása az, hogy a teleszkóp lencséje nyíltan néz a célpontra, az okulár pedig fedőben van. Egy ilyen séma megköveteli a célzó optikai tengelyének megszakítását és prizmák használatát az eltoláshoz; ugyanazok a prizmák alakítják át a fordított képet egyenessé. Az optikai tengelyben eltolt rendszereket periszkóposnak nevezzük. Általában az optikai irányzékot úgy számítják ki, hogy a kijáratának pupilláját az okulár utolsó felületétől kellő távolságra távolítsák el ahhoz, hogy a lövész szeme megóvja a távcső szélét a fegyver visszarúgása során.

Távolságmérő.

Az optikai távolságmérők, amelyek a tárgyak távolságát mérik, két típusúak: monokuláris és sztereoszkópikus. Bár szerkezeti részletekben különböznek egymástól, az optikai séma fő része ugyanaz számukra, és a működési elv ugyanaz: a háromszög ismeretlen oldalát a háromszög ismert oldalából (alapjából) és két ismert szögéből határozzuk meg. . Két párhuzamosan elhelyezett, b távolsággal (alap) elválasztott teleszkóp képeket készít ugyanarról a távoli objektumról úgy, hogy úgy tűnik, mintha megfigyelhető lenne róluk. különböző irányokba(a célpont mérete is alapul szolgálhat). Ha néhány elfogadható optikai eszköz a két teleszkóp képmezőinek kombinálásához, hogy azok egyidejűleg megtekinthetők legyenek, kiderül, hogy az objektum megfelelő képei térben elkülönülnek. A távolságmérők nemcsak teljes mező-átfedéssel, hanem félmezőkkel is léteznek: az egyik távcső képterének felső fele egy másik távcső képterének alsó felével egyesül. Az ilyen eszközökben megfelelő optikai elem segítségével a térben elválasztott képeket egyesítik, és a képek relatív eltolódásából határozzák meg a mért értéket. Gyakran egy prizma vagy prizmák kombinációja szolgál nyíróelemként.

MONOKULÁRIS TÁVMÉRŐ. A - téglalap alakú prizma; B - pentaprizmák; C - objektívek; D - szemlencse; E - szem; P1 és P2 - rögzített prizmák; P3 - mozgatható prizma; I 1 és I 2 - a látómező felének képei

Az ábrán látható monokuláris távolságmérő áramkörben ezt a funkciót a P3 prizma látja el; az objektumtól mért távolságokban kalibrált skálához kapcsolódik. A B pentaprizmákat derékszögű fényvisszaverőként használják, mivel az ilyen prizmák mindig 90°-kal eltérítik a beeső fénysugarat, függetlenül attól, hogy mennyire pontosan vannak beszerelve a készülék vízszintes síkjába. A sztereoszkópikus távolságmérőben a megfigyelő két távcső által készített képeket látja egyszerre mindkét szemével. Az ilyen távolságmérő alapja lehetővé teszi a megfigyelő számára, hogy érzékelje az objektum helyzetét térfogatban, egy bizonyos mélységben a térben. Minden távcsőnek van egy rácsja a tartományértékeknek megfelelő jelekkel. A megfigyelő meglátja a távolságok skáláját, amely mélyen behatol az ábrázolt térbe, és ennek segítségével meghatározza az objektum távolságát.

Világítás és vetítő eszközök. Keresőlámpák.

A reflektor optikai sémájában a fényforrás, például egy elektromos ívkráter, egy parabola reflektor fókuszában van. Az ív minden pontjáról kiinduló sugarakat a parabolatükör szinte egymással párhuzamosan veri vissza. A sugárnyaláb kissé eltér, mert a forrás nem egy fénypont, hanem egy véges méretű térfogat.

Diaszkóp.

Ennek az eszköznek az optikai sémája, amelyet fóliák és átlátszó színes keretek megtekintéséhez terveztek, két lencserendszert tartalmaz: egy kondenzátort és egy vetítőlencsét. A kondenzátor egyenletesen megvilágítja az átlátszó eredetit, a sugarakat a vetítőlencsébe irányítva, amely az eredeti képét építi fel a képernyőn. A vetítőlencse biztosítja a fókuszálást és a lencsék cseréjét, ami lehetővé teszi a képernyő távolságának és a rajta lévő kép méretének megváltoztatását. A filmvetítő optikai sémája ugyanaz.

DIASKÓP RENDSZER. A - fóliák; B - lencsekondenzátor; C - a vetítőlencse lencséi; D - képernyő; S - fényforrás

Spektrális műszerek.

A spektrális eszköz fő eleme lehet egy diszperzív prizma vagy egy diffrakciós rács. Egy ilyen készülékben először a fényt kollimálják, azaz. párhuzamos sugarak nyalábává formálják, majd spektrummá bontják, végül a készülék bemeneti résének képe a spektrum minden hullámhosszára fókuszál a kimeneti résére.

Spektrométer.

Ebben a többé-kevésbé univerzális laboratóriumi berendezésben a kollimáló és fókuszáló rendszer elforgatható az asztal közepéhez képest, amelyen a fényt spektrumra bontó elem található. A készülék skálákkal rendelkezik például egy diszperzív prizma elfordulási szögeinek és a spektrum különböző színösszetevőinek az utána lévő eltérési szögeinek leolvasására. Az ilyen leolvasások eredményei alapján megmérik például az átlátszó szilárd anyagok törésmutatóit.

Spektrográf.

Ez annak a készüléknek a neve, amelyben a keletkező spektrumot vagy annak egy részét fényképészeti anyagon rögzítik. Spektrumot kaphat kvarcból (210-800 nm tartomány), üvegből (360-2500 nm) ill. kősó(2500-16000 nm). A spektrum azon tartományaiban, ahol a prizmák gyengén abszorbeálják a fényt, a spektrográf színképvonalai világosak. A diffrakciós ráccsal ellátott spektrográfokban ez utóbbiak két funkciót látnak el: spektrumra bontják a sugárzást, és a színkomponenseket a fényképészeti anyagra fókuszálják; ilyen eszközöket az ultraibolya tartományban is használnak.

Kamera zárt fényzáró kamra. A lefényképezett tárgyak képét fotófilmen egy lencserendszer hozza létre, amelyet lencsének nevezünk. Egy speciális zár lehetővé teszi az objektív kinyitását expozíció közben.

A fényképezőgép működésének sajátossága, hogy egy lapos fényképezőfilmen kellően éles képeket kell készíteni a különböző távolságra lévő tárgyakról.

A film síkjában csak a bizonyos távolságra lévő tárgyak képei élesek. A fókuszálás az objektívnek a filmhez viszonyított mozgatásával történik. Azon pontok képei, amelyek nem az éles mutatósíkban helyezkednek el, elmosódnak, szóródási körök formájában. Ezen körök d mérete a lencse leállításával csökkenthető, pl. a rekesznyílás arányának csökkenése a / F. Ez a mélységélesség növekedését eredményezi.

A modern fényképezőgép objektívje több optikai rendszerbe kombinált lencséből áll (például a Tessar optikai séma). A legegyszerűbb fényképezőgépek lencséiben az objektívek száma egytől háromig terjed, a modern drága kamerákban pedig tíz vagy akár tizennyolc is lehet.

Tessar optikai kialakítás

Az objektívben található optikai rendszerek kettőtől ötig terjedhetnek. Szinte minden optikai áramkörök Ugyanúgy vannak elrendezve és működnek - a lencséken áthaladó fénysugarakat egy fényérzékeny mátrixra fókuszálják.

A képen látható kép minősége csak az objektíven múlik, éles lesz-e a fotó, nem torzulnak-e el a formák, vonalak a képen, jól közvetíti-e a színeket - mindez az objektív tulajdonságaitól függ , ezért az objektív az egyik leginkább fontos elemei modern fényképezőgép.

Az objektívlencsék speciális optikai üvegből vagy optikai műanyagból készülnek. Az objektívkészítés az egyik legelterjedtebb drága műveletek kamera létrehozása. Az üveg és a műanyag lencsék összehasonlításakor érdemes megjegyezni, hogy a műanyag lencsék olcsóbbak és könnyebbek. Manapság a legtöbb olcsó amatőr kompakt fényképezőgép objektív műanyagból készül. Az ilyen lencsék azonban hajlamosak a karcolásokra, és nem olyan tartósak, körülbelül két-három év után zavarossá válnak, és a fényképek minősége sok kívánnivalót hagy maga után. A fényképezőgép optikája drágábban készül optikai üvegből.

Ma a legtöbb kompakt fényképezőgép objektív műanyagból készül.

Az objektív lencséi egymáshoz vannak ragasztva vagy nagyon pontosan kiszámított fémkeretekkel összekapcsolva. Az objektívek ragasztása sokkal gyakoribb, mint a fémkeretek.

vetítőkészülékek nagyméretű képalkotáshoz tervezték. A projektor O lencséje egy lapos tárgy (D dia) képét fókuszálja egy távoli E képernyőre. A K lencserendszert, amelyet kondenzátornak neveznek, úgy tervezték, hogy az S forrás fényét a diára koncentrálja. Az E képernyő valóban felnagyított fordított képet hoz létre. A vetítőberendezés nagyítása módosítható az E képernyő nagyításával vagy kicsinyítésével, miközben módosítja a D fóliák és az O objektív távolságát.

Lencseátlátszó testnek nevezzük, amelyet két görbe vonalú (leggyakrabban gömb alakú) vagy ívelt és sík felület határol. A lencsék domború és homorúak.

Azokat a lencséket, amelyek közepe vastagabb, mint a széle, konvexnek nevezzük. Azokat a lencséket, amelyek középen vékonyabbak, mint a szélei, homorú lencséknek nevezzük.

Ha a lencse törésmutatója nagyobb, mint a törésmutató környezet, majd domború lencsében a törés utáni párhuzamos sugárnyaláb leszálló nyalábbá alakul. Az ilyen lencséket ún összejövetel(89. ábra, a). Ha egy objektívben egy párhuzamos sugár divergens nyalábbá alakul, akkor ezek a lencsék szóródásnak nevezzük(89. ábra, b). A homorú lencsék, amelyekben a külső közeg levegő, szétszóródnak.

O 1 , O 2 - a lencsét határoló gömbfelületek geometriai középpontjai. Egyenes O 1 O 2 ezeknek a gömbfelületeknek a középpontjait összekötő optikai főtengelynek nevezzük. Általában vékony lencséket tekintünk, amelyek vastagsága kicsi a felületeinek görbületi sugaraihoz képest, így a C 1 és C 2 pontok (szegmenscsúcsok) közel helyezkednek el egymáshoz, helyettesíthetők egy O ponttal, amelyet optikai középpontnak nevezünk. a lencse (lásd 89a. ábra). A lencse optikai középpontján keresztül a fő optikai tengellyel szöget bezáró egyenes vonalat nevezzük másodlagos optikai tengely(A 1 A 2 B 1 B 2).

Ha az optikai főtengellyel párhuzamos sugárnyaláb egy konvergáló lencsére esik, akkor a lencsében történő törés után egy F pontban gyűlnek össze, amit ún. az objektív fő fókusza(90. ábra, a).

A széttartó lencse fókuszában a sugarak folytatásai metszik egymást, amelyek a törés előtt párhuzamosak voltak a fő optikai tengelyével (90. ábra, b). A széttartó lencse fókusza képzeletbeli. Két fő hangsúly van; a fő optikai tengelyen azonos távolságra helyezkednek el a lencse optikai középpontjától ellentétes oldalon.

A lencse gyújtótávolságának reciproka az úgynevezett optikai teljesítmény. optikai teljesítmény lencsék D.

A lencse optikai teljesítményének mértékegysége SI-ben a dioptria. A dioptria egy 1 m-es gyújtótávolságú lencse optikai ereje.

A konvergáló lencse optikai ereje pozitív, a divergáló lencse negatív.

A lencse fő fókuszpontján átmenő síkot a fő optikai tengelyre merőlegesen ún fokális(91. ábra). Valamely másodlagos optikai tengellyel párhuzamos lencsére eső sugárnyaláb ennek a tengelynek a fókuszsíkkal való metszéspontjában gyűlik össze.

Pont és tárgy képének megalkotása konvergáló lencsében.

Ahhoz, hogy képet készítsünk egy lencsében, elegendő két sugarat venni az objektum minden pontjából, és megtalálni a metszéspontjukat a lencsében történő törés után. Kényelmes olyan sugarakat használni, amelyeknek a lencsében a fénytörés utáni útja ismert. Tehát a fő optikai tengellyel párhuzamos lencsére beeső sugár a lencsében bekövetkezett megtörés után áthalad a fő fókuszon; a lencse optikai középpontján áthaladó sugár nem törik meg; a lencse fő fókuszán áthaladó sugár a törés után párhuzamosan halad a fő optikai tengellyel; a lencsére a másodlagos optikai tengellyel párhuzamosan beeső sugár a lencsében bekövetkezett törés után áthalad a tengely és a fókuszsík metszéspontján.

Legyen az S fénypont a fő optikai tengelyen.

Egy tetszőleges sugarat választunk, és ezzel párhuzamosan rajzolunk egy oldalsó optikai tengelyt (92. ábra). A kiválasztott sugár áthalad a másodlagos optikai tengely és a fókuszsík metszéspontján, miután a lencsében megtörik. Ennek a sugárnak a metszéspontja a fő optikai tengellyel (a második nyaláb) valódi képet ad az S - S' pontról.

Tekintsük egy objektum képének konvex lencsében való felépítését.

Hagyja, hogy a pont a fő optikai tengelyen kívül legyen, akkor az S` kép bármely két, az ábrán látható sugár segítségével elkészíthető. 93.

Ha a tárgy a végtelenben van, akkor a sugarak a fókuszban metszik egymást (94. ábra).

Ha a tárgy a kettős fókuszpont mögött helyezkedik el, akkor a kép valódi, inverz, kicsinyített (kamera, szem) lesz (95. ábra).

Sima lencsék Két típusa van: pozitív és negatív. Ezt a két típust konvergensnek és divergálónak is nevezik, mivel a pozitív lencsék összegyűjtik a fényt és képet alkotnak a forrásról, míg a negatív lencsék szórják a fényt.

Az egyszerű lencsék jellemzői

A formáktól függően vannak összejövetel(pozitív) és szétszóródás(negatív) lencsék. A konvergáló lencsék csoportjába általában azok a lencsék tartoznak, amelyeknél a közepe vastagabb, mint a széle, a széttartó lencsék csoportjába pedig azok a lencsék, amelyek széle vastagabb, mint a középső. Meg kell jegyezni, hogy ez csak akkor igaz, ha a lencse anyagának törésmutatója nagyobb, mint a környezeté. Ha a lencse törésmutatója kisebb, a helyzet megfordul. Például egy légbuborék a vízben egy bikonvex diffúz lencse.

Az objektíveket általában az optikai teljesítményük (dioptriában mérve) vagy a gyújtótávolság jellemzi.

A korrigált optikai aberrációval (elsősorban fényszóródásból adódó kromatikus aberrációval, akromatákkal és apokromátokkal) rendelkező optikai eszközök építéséhez a lencsék és anyagaik egyéb tulajdonságai is fontosak, például a törésmutató, a diszperziós együttható és az anyag áteresztőképessége. a kiválasztott optikai tartományban.

Néha a lencséket/lencseoptikai rendszereket (refraktorokat) kifejezetten viszonylag magas törésmutatójú közegben való használatra tervezték (lásd: immerziós mikroszkóp, immerziós folyadékok).

A lencsék típusai: Összejövetel: 1 - bikonvex 2 - plano-konvex 3 - konkáv-domború (pozitív (konvex) meniszkusz) Szórás: 4 - bikonkáv 5 - lapos-konkáv 6 - konvex-konkáv (negatív (konkáv) meniszkusz)

Lencse használata a hullámfront alakjának megváltoztatására. Itt a sík hullámfront gömb alakúvá válik, ahogy áthalad a lencsén

Konvex-konkáv lencsét nevezünk meniszkuszés lehet kollektív (közepe felé vastagodik), szóródó (szélek felé vastagodik) vagy teleszkópos (a gyújtótávolság a végtelen). Így például a rövidlátók szemüveglencséi általában negatív meniszkuszok.

A közkeletű tévhittel ellentétben az azonos sugarú meniszkusz optikai ereje nem nulla, hanem pozitív, és az üveg törésmutatójától és a lencse vastagságától függ. A meniszkuszt, amelynek felületeinek görbületi középpontja egy ponton van, koncentrikus lencsének nevezzük (az optikai teljesítmény mindig negatív).

A konvergáló lencse megkülönböztető tulajdonsága, hogy képes összegyűjteni a felületére eső sugarakat a lencse másik oldalán található egy ponton.

A lencse fő elemei: NN - optikai tengely - a lencsét korlátozó gömbfelületek középpontjain áthaladó egyenes vonal; O - optikai középpont - egy pont, amely bikonvex vagy bikonkáv (azonos felületi sugarú) lencsék esetén az optikai tengelyen található a lencsén belül (a középpontjában). jegyzet. A sugarak útja egy idealizált (vékony) lencsén látható, anélkül, hogy a közegek közötti valós határfelületen fénytörést jelezne. Ezenkívül egy bikonvex lencse kissé eltúlzott képe látható.

Ha a konvergáló lencse előtt bizonyos távolságra egy S fénypontot helyezünk el, akkor a tengely mentén irányított fénysugár megtörés nélkül átmegy a lencsén, és a középponton át nem haladó sugarak megtörnek az optikai lencse felé. tengelyét, és metszi egymást egy F pontban, amely és az S pont képe lesz. Ezt a pontot konjugált fókusznak nevezzük, vagy egyszerűen fókusz.

Ha nagyon távoli forrásból érkező fény esik a lencsére, amelynek sugarai párhuzamos nyalábban haladóként ábrázolhatók, akkor a lencséből való kilépéskor a sugarak nagyobb szögben törnek meg és az F pont az optikai felületen mozog. tengelye közelebb van az objektívhez. Ilyen körülmények között a lencséből kilépő sugarak metszéspontját ún fókusz F', az objektív középpontja és a fókusz közötti távolság pedig a gyújtótávolság.

A széttartó lencsére beeső sugarak az abból való kilépéskor a lencse szélei felé törnek, azaz szétszóródnak. Ha ezek a sugarak az ábrán a pontozott vonallal ellentétes irányban folytatódnak, akkor egy F pontban konvergálnak, ami fókusz ezt az objektívet. Ez a fókusz fog képzeletbeli.

Egy széttartó lencse látszólagos fókusza

Az optikai tengelyre való fókuszálásról elmondottak egyformán érvényesek azokra az esetekre is, amikor egy pont képe egy ferde vonalon van, amely a lencse középpontján az optikai tengellyel szöget zár be. Az optikai tengelyre merőleges és a lencse fókuszában elhelyezkedő síkot ún gyújtóponti sík.

A gyűjtőlencséket bármely oldalról a tárgyra lehet irányítani, aminek eredményeként a lencsén áthaladó sugarak a tárgy egyik vagy másik oldaláról összegyűjthetők. Így az objektívnek két fókusza van - elülsőés hátulsó. Az optikai tengelyen helyezkednek el a lencse mindkét oldalán, a lencse fő pontjaitól gyújtótávolságra.

a) Lencsetípusok.

A középen vastagabb optikai lencséket konvergáló lencséknek nevezzük; ellenkezőleg, ha a széle vastagabb, mint a közepe, akkor a lencsék úgy működnek, mint

szétszóródás. A keresztmetszet alakja szerint vannak: bikonvex, plano-konvex, konkáv-konvex konvergáló lencsék; bikonkáv, sík-konkáv, konvex-konkáv diffúzor lencsék.

A vékony lencséket az első közelítésben két egymásra helyezett vékony prizmának tekinthetjük (217., 218. ábra). A sugarak lefutása a Gartl korongon követhető.

konvergáló lencse a párhuzamos sugarakat egy pontra koncentrálja a lencse mögött, a fókuszban (219. ábra)

széttartó lencse párhuzamos sugárnyalábot divergens nyalábbá alakít, amely úgy tűnik, hogy életlen lesz (220. ábra).

A lencsék típusai

A fény visszaverődése és törése a sugarak irányának megváltoztatására, vagy ahogy mondani szokás, a fénysugarak szabályozására szolgál. Ez az alapja olyan speciális optikai eszközök létrehozásának, mint például a nagyító, a távcső, a mikroszkóp, a kamera és mások. fő rész legtöbbjük lencse. Például a szemüveg keretbe zárt lencsék. Ez a példa már megmutatja, mennyire fontos az ember számára a lencsék használata.

Például az első képen a lombik olyan, amilyennek az életben látjuk,

a másodikon pedig ha nagyítón keresztül nézzük (ugyanaz a lencse).

Az optikában leggyakrabban gömb alakú lencséket használnak. Az ilyen lencsék optikai vagy szerves üvegből készült testek, amelyeket két gömbfelület határol.

A lencsék átlátszó testek, amelyeket mindkét oldalon ívelt (domború vagy konkáv) felületek határolnak. A lencsét határoló gömbfelületek C1 és C2 középpontján áthaladó AB egyenest optikai tengelynek nevezzük.

Ez az ábra két lencse metszeteit mutatja, amelyek középpontja az O pontban van. Az ábrán látható első lencsét konvexnek, a másodikat konkávnak nevezzük. A lencsék középpontjában az optikai tengelyen elhelyezkedő O pontot a lencse optikai középpontjának nevezzük.

A két határoló felület közül az egyik lehet sík.

jobb - homorú.

Csak a gömb alakú lencséket fogjuk figyelembe venni, vagyis azokat a lencséket, amelyeket két gömb alakú (gömb alakú) felület határol.
A két konvex felülettel határolt lencséket bikonvexnek nevezzük; két homorú felülettel határolt lencséket bikonkávnak nevezzük.

Ha a lencse fő optikai tengelyével párhuzamos sugársugarat egy domború lencsére irányítunk, látni fogjuk, hogy a lencsében történő fénytörés után ezek a sugarak a lencse fő fókuszának nevezett pontban gyűlnek össze.

A 63. ábra bemutatja a konvergáló és széttartó lencsék működését. A lencsék nagyszámú prizmaként ábrázolhatók. Mivel a prizmák eltérítik a sugarakat, amint az az ábrákon látható, jól látható, hogy a középen kidudorodó lencsék összegyűjtik a sugarakat, a szélükön kidudorodó lencsék pedig szétszórják azokat. A lencse közepe síkkal párhuzamos lemezként működik: nem téríti el a sugarakat sem a konvergáló, sem a széttartó lencsékben

A rajzokon a konvergáló lencséket a bal oldali ábrán látható módon, a divergens lencséket pedig a jobb oldali ábrán látható módon jelöljük.

A fény olyan elektromágneses sugárzás, amelyet a szem vizuális érzékeléssel érzékel.

• A fény egyenes vonalú terjedésének törvénye: a fény homogén közegben egyenes vonalban terjed
• Az olyan fényforrást, amelynek méretei kicsik a képernyő távolságához képest, pontszerű fényforrásnak nevezzük.

• A beeső és a visszavert sugár ugyanabban a síkban fekszik a beesési pontban a visszaverő felületre visszaállított merőlegessel. Beesési szög egyenlő a szöggel tükröződések.
• Ha egy pont objektumot és annak visszaverődését felcseréljük, akkor a sugarak útja nem, csak irányuk változik.

Az ásító fényvisszaverő felületet síktükörnek nevezzük, ha a ráeső párhuzamos sugárnyaláb a visszaverődés után párhuzamos marad.

• Vékony lencsének nevezzük azt a lencsét, amelynek vastagsága sokkal kisebb, mint a felületének görbületi sugara.
• Konvergáló lencsének nevezzük azt a lencsét, amely a párhuzamos sugarak sugarát konvergálóvá alakítja és egy pontba gyűjti össze.
• Lencse, amely a párhuzamos sugarak sugarát divergenssé - divergenssé alakítja.

Konvergens objektívhez

Divergáló lencsékhez:

A lencse a tárgy minden pozíciójában kicsinyített, képzeletbeli, közvetlen képet ad, amely a lencse ugyanazon az oldalán fekszik, mint a tárgy.

A szem tulajdonságai:

• alkalmazkodás (a lencsék alakjának megváltoztatásával érhető el);
• alkalmazkodás (adaptáció ahhoz különböző feltételek megvilágítás);
• látásélesség (két közeli pont megkülönböztetésének képessége);
• látómező (az a tér, amelyet akkor figyelünk meg, amikor a szem mozog, de a fej mozdulatlan)

látási hibák

myopia (korrekció - divergáló lencse);

távollátás (korrekció - konvergáló lencse).

A vékony lencse a legegyszerűbb optikai rendszer. Az egyszerű vékony lencséket főleg szemüvegek formájában használják. Emellett jól ismert a lencse nagyítóként való használata.

Számos optikai eszköz – vetítőlámpa, kamera és egyéb eszközök – működése sematikusan a vékony lencsék működéséhez hasonlítható. A vékony lencse azonban csak viszonylagosan ad jó képet ritka eset amikor lehetséges a forrásból a fő optikai tengely mentén vagy azzal nagy szögben érkező keskeny egyszínű nyalábra szorítkozni. A legtöbb gyakorlati probléma esetében, ahol ezek a feltételek nem teljesülnek, a vékony lencse által készített kép meglehetősen tökéletlen.
Ezért a legtöbb esetben bonyolultabb optikai rendszerek felépítéséhez folyamodnak nagy szám törő felületek, és nem korlátozza e felületek közelségének követelménye (ez a követelmény, amelyet egy vékony lencse teljesít). [ négy ]

4.2 Fényképészeti készülékek. Optikai eszközök.

Összes optikai műszerek két csoportra osztható:

1) eszközök, amelyek segítségével optikai képeket kapunk a képernyőn. Ide tartoznak a vetítőeszközök, kamerák, filmkamerák stb.

2) olyan eszközök, amelyek csak emberi szemmel működnek, és nem képeznek képet a képernyőn. Ezek közé tartozik a nagyító, a mikroszkóp és a teleszkóprendszer különféle műszerei. Az ilyen eszközöket vizuálisnak nevezik.

Kamera.