Суперпрофільні збіжні тонкі лінзи
26 лютого 2018 р. ∙ 6 хвилин читання
Конвергентна лінза: визначення, які потрібно знати
Що таке лінза ?
Лінза виготовлена з прозорого середовища, яке може бути виготовлене зі скла, пластику, води тощо.
Об'єктив обмежений дві сторони принаймні одна з яких сферична. Він може мати дві сферичні грані або одну сферичну грань, а іншу площину.
Ці сферичні грані називаються діоптрій.
Що таке тонка лінза ?
Для визначення тонкої лінзи спочатку необхідно оцінити вісь симетрії лінзи. Ця вісь симетрії дозволяє точно знаходити вершини лінзи.
Ми говоримо, що лінза тонка, якщо відстань між вершинами двох граней мала порівняно з радіусом сферичних граней.
Іншими словами, лінза називається тонкою, якщо її товщина незначна порівняно з радіусами кривизни її граней.
Коли лінза тонка, можна зробити такі припущення:
- вершини S1 і S2 граней однакові
- головні площини збігаються з площиною лінзи, оскільки будь-який промінь, паралельний осі, зустрічає в цій площині відповідний виходить промінь.
На практиці використовувані лінзи завжди тонкі. Насправді тонкі лінзи дозволяють уникнути дефектів формування зображення.
Це також дозволяє використовувати відношення спряження для прогнозування формування цих зображень, коли виконуються умови Гаусса.
Відношення спряження
В оптиці відношення спряження - це математичне відношення, яке дозволяє оптичною системою пов’язати положення об’єкта з положенням його зображення.
Коли всі промені від об'єктної точки виходять з оптичної системи, утворюючи єдину точку.
Цю точку ми називаємо спряженим зображенням об’єктної точки. Ми також говоримо, що об’єктна точка та її зображення є спряженими.
На практиці оптичні системи не є абсолютно стигматичними. Дійсно, рідко, за винятком плоского дзеркала, можна виявити, що зображення точки щодо оптичної системи є абсолютно чітким.
Отже, важливо використовувати відношення спряження лише в умовах Гауса.
Умови Гауса
У геометричній оптиці певні умови дозволяють робити наближення, що дозволяють спростити математичні розрахунки. Це умови Гауса, названі на честь німецького фізика Карла Фрідріха Гаусса.
Ось умови, яким слід дотримуватися, щоб мати змогу застосувати наближення Гауса:
- кути падіння променів щодо оптичної осі малі
- точка падіння близька до оптичної осі
Коли всі ці умови дотримані, оптична система вважається приблизно стигматичною.
Що таке збіжна лінза ?
На практиці, якщо лінза тонша за своїм контуром, ніж у центрі, то це конвергентна лінза.
Така лінза має властивість зближувати отримане світло: якщо промінь світла паралельний своїй осі, тоді він спрямовує всі промені світла до однієї і тієї ж точки. Кажуть, вона змушує їх сходитися.
На оптичній схемі збіжна лінза представлена вертикальною лінією, обидва кінці якої мають стрілку, спрямовану назовні.
Примітка: існує категорія так званих "розбіжних" лінз.
Інші типи лінз
Лінзи, що розходяться
Плоско-увігнуті, двоогнуті лінзи та меніски, такі як SC1> SC2 (товсті краю менісків), розходяться.
Ці результати знаходять просто з урахуванням того, що лінза з тонкими краями діє на промінь подібно призмі малого кута, основа якої збігається з віссю і яка згортається до оптичної осі промінням, паралельним осі.
Лінза з товстими краями поводиться як маленька кутова призма, її вершина розміщена на оптичній осі.
Це зауваження виправдовує схеми, що використовуються для представлення тонких лінз.
Ось основні категорії лінз з їх схематичним зображенням
Товсті лінзи
Товста лінза - це лінза, товщина якої не є незначною порівняно з радіусами кривизни її граней, тобто вона не може розглядатися як тонка лінза.
Врахування товщини при розрахунках вимагає використання центрованих систем.
Фокусні точки об’єкта та зображення визначаються, зокрема, з основних площин.
Характеристики збіжної лінзи
Ілюстрація понять фокусної площини, оптичної осі, зображення та фокусу об’єкта, зображення об’єкта
Оптична вісь
Оптична вісь відповідає осі симетрії лінзи і проходить через її центр.
За домовленістю, оптична вісь орієнтована у напрямку поширення світла (як правило, зліва направо). і вибираємо оптичний центр O.
Оптичний центр
Йдеться про центр лінзи, як правило, це зазначається буквою О. Це визначається просто спостереженням за променями, які не зазнають жодних відхилень.
У часто використовуваних збіжних тонких лінзах оптичний центр O відповідає геометричному центру.
Фокус зображення
Це точка на оптичній осі, до якої падаючий промінь світла сходить паралельно оптичній осі. Позначаємо це буквою F '
Фокус об’єкта
Це точка, симетрична фокусній точці зображення щодо лінзи. Позначаємо його літерою F. Це симетричність фокусу зображення F ’щодо оптичного центру O.
Фокусна відстань
Це відстань, що відокремлює оптичний центр O від фокусної точки зображення F ’. Позначаємо це f '.
Це алгебраїчна величина, що означає, що вона завжди додатна:
0 \] "title =" Надано QuickLaTeX.com "/>
Його одиницею є лічильник.
Фокальна площина зображення
Це площина, перпендикулярна оптичній осі, що містить фокусну точку зображення F '.
Вергенція збіжної лінзи
Вергенція використовується для вимірювання збільшення об’єкта
Вергенція - величина, яка записана буквою С і яка відповідає оберненому до фокусна відстань.
Фокусну відстань f виражаємо в метрах.
Єдність вергенції полягає діоптрія символом якого є грецька буква дельта δ.
Наприклад, лінза з фокусною відстанню 20 см при вергенції:
Вергенція сходяться тонкої лінзи найбільша, коли фокус зображення знаходиться поблизу оптичного центру. З цього спостереження ми випливаємо, що більше вергенція висока, і чим більше збіжна лінза.
Отже, вергенція - це величина, яка виражає здатність лінзи зближувати отримані ним світлові промені.
Асоціація декількох тонких лінз
Тонкі лінзи поруч
Тонкі лінзи вважаються суміжними, коли їх оптичний центр L1 і L2 вершин V1 і V2 однаковий.
Відповідно до відношення Гюльстранда, пара лінз ідентична одиночній лінзі, вергенція якої дорівнює
- Чому ми поєднуємо дві лінзи, коли одна лінза вдвічі товщі була б рівноцінною ?
На практиці, якщо ви поєднуєте дві лінзи, часто буває, що вони мають різну природу і виготовляються з різних лінз. Потім ми отримуємо лінзу (насправді суму двох лінз) ахроматичний.
Порівняно з простою лінзою (ми також використовуємо цей термін синглет), який складається лише з одного шматка скла, використання дублета додатково оптимізує характеристики лінзи.
Таким чином, ахроматична лінза матиме відчутні переваги перед синглетом порівнянного діаметру та фокусної відстані.
Якщо V1 = - V2, асоціація двох лінз еквівалентна пластині з паралельними гранями. Якщо відома вергенція однієї лінзи, ми виводимо версію іншої.
Тонкі лінзи з підкладкою
Дублет утворений об'єднанням двох лінз L1 і L2 з фокусними відстанями f '1 і f' 2, оптичні центри яких розділені відстанню e. Таким чином, на відміну від прикріплених лінз, простір розділяє їх.
Промовляються всі дублети з однаковим символом гомотетичний.
Багато центрованих систем, таких як мікроскопи, окуляри, приціли. може бути схематизовано дублетом, що складається з об’єктива та окуляра.
Симетричний дублет
Якщо дві лінзи однакові, дублет симетричний. Фокусні відстані однакові. Оптичний центр є середньою точкою S1S2, і всі основні елементи симетричні відносно O.
Прикладами використання симетричного дублета є астрономічний телескоп. Дійсно, можна створити дану систему фокусного збільшення, поєднавши дві тонкі лінзи, фокусні відстані яких знаходяться у вибраному співвідношенні.
Вам сподобалась стаття ?
Засновник Superprof та інженер, ми намагаємось надати найбільшу базу знань.
Захоплюючись фізикою та хімією та вивчаючи природничі науки в середній школі, я ділюсь своїми уроками (після оновлення їх відповідно до Національної освітньої програми).