Линза
Линза (нем. Linse, от лат. lens — чечевица) — обычно — диск из прозрачного однородного материала, ограниченный 2-мя полированными сферическими, либо плоской и сферической, поверхностями, хотя, в текущее время, все почаще используются и т. н. «асферические линзы», форма поверхности которых отличается от сферы. В качестве материала линз, в большинстве случаев, употребляется стекло, пореже — оптически прозрачные пластмассы и другие материалы.
Время от времени линзами именуют и другие оптические приборы, которые хоть и не владеют обозначенными наружными чертами, но делают схожий оптический эффект. К примеру, плоские «линзы», сделанные из материала с переменным коэффицентом преломления, изменяющимся зависимо от расстояния от центра, либо линзы Френеля (зонная пластинка), использующие явление дифракции.
История
1-ое упоминание о линзах можно отыскать в древнегреческой пьесе Аристофана «Облака» (424 до н. э.), где при помощи выпуклого стекла и солнечного света добывали огнь.
Из произведений Плиния Старшего (23 — 79) следует, что таковой метод разжигания огня был известен и в Римской Империи — там также описан, может быть, 1-ый случай внедрения линз для корректировки зрения — понятно, что Нерон смотрел гладиаторские бои через вогнутый изумруд для исправления близорукости.
Сенека (3 до н. э. — 65) обрисовал увеличительный эффект, который даёт стеклянный шар, заполненный водой.
Арабский математик Альхазен (965—1038) написал 1-ый значимый трактат по оптике, описывающий, как хрусталик глаза создаёт изображение на сетчатке. Линзы получили обширное внедрение только с возникновением очков приблизительно в 1280-х годах в Италии.
Свойства линз
Зависимо от форм различают собирательные (положительные) и рассеивающие (отрицательные) линзы. К группе собирательных линз обычно относят линзы, у каких середина толще их краёв, а к группе рассеивающих — линзы, края которых толще середины. Необходимо подчеркнуть, что это правильно только если показатель преломления у материала линзы больше, чем у среды. Если показатель преломления линзы меньше, ситуация будет оборотной. К примеру пузырек воздуха в воде — двояковыпуклая рассеивающая линза.
Линзы характеризуются, обычно, собственной оптической силой (измеряется в диоптриях), либо фокусным расстоянием, также апертурой.
Для построения оптических устройств с исправленной оптической аберрацией (сначала — хроматической, обусловленной дисперсией света, — ахроматы и апохроматы) важны и другие характеристики линз/их материалов, к примеру, коэффициент преломления, коффициент дисперсии, коэффициент пропускания материала в избранном оптическом спектре.
Время от времени линзы/линзовые оптические системы (рефракторы) специально рассчитываются на внедрение в средах с относительно высочайшим коэффициентом преломления (см. иммерсионный микроскоп, иммерсионные воды).
Виды линз: Собирательные: 1 — двояковыпуклая, 2 — плоско-выпуклая, 3 — вогнуто-выпуклая; рассеивающие: 4 — двояковогнутая, 5 — плоско-вогнутая, 6 — выпукло-вогнутая.
Выпукло-вогнутая линза, у которой радиусы поверхностей равны, именуется мениском, и имеет оптическую силу, равную нулю.
Отличительным свойством собирательной линзы является способность собирать падающие на её поверхность лучи в одной точке, расположенной по другую сторону линзы.
Главные элементы линзы: NN — основная оптическая ось — ровная линия, проходящая через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу; O — оптический центр — точка, которая у двояковыпуклых либо двояковогнутых (с схожими радиусами поверхностей) линз находится на оптической оси снутри линзы (в её центре).
Если на неком расстоянии перед собирательной линзой поместить светящуюся точку S, то луч света, направленный по оси, пройдет через линзу не преломившись, а лучи, проходящие не через центр, будут преломляться в сторону оптической оси и пересекутся на ней в некой точке F, которая и будет изображением точки S. Эта точка носит заглавие сопряжённого фокуса, либо просто фокуса.
Если на линзу будет падать свет от очень удаленного источника, лучи которого можно представить идущими параллельным пучком, то по выходе из неё лучи преломятся под бо?льшим углом и точка F переместится на оптической оси поближе к линзе. При данных критериях точка скрещения лучей, вышедших из линзы, именуется основным фокусом F’, а расстояние от центра линзы до головного фокуса — основным фокусным расстоянием.
Лучи, падающие на рассеивающую линзу, по выходе из неё будут преломляться в сторону краёв линзы, другими словами рассеиваться. Если эти лучи продолжить в оборотном направлении так, как показано на рисунке пунктирной линией, то они сойдутся в одной точке F, которая и будет фокусом этой линзы. Этот фокус будет надуманным.
Произнесенное о фокусе на главной оптической оси в одинаковой мере относится и к тем случаям, когда изображение точки находится на побочной либо наклонной оптической оси, т. е. полосы, проходящей через центр линзы под углом к главной оптической оси. Плоскость, перпендикулярная главной оптической оси, расположенная в основном фокусе линзы, именуется главной фокальной плоскостью, а в сопряжённом фокусе — просто фокальной плоскостью.
Собирательные линзы могут быть ориентированы к предмету хоть какой стороной, вследствие чего лучи по прохождении через линзу могут собираться как с одной, так и с другой ее стороны. Таким макаром, линза имеет два фокуса — фронтальный и задний. Размещены они на оптической оси по обе стороны линзы.
Построение изображения собирательной линзой
При изложении свойства линз подвергся рассмотрению принцип построения изображения светящейся точки в фокусе линзы. Лучи, падающие на линзу слева, проходят через её задний фокус, а падающие справа — через фронтальный фокус. Следует учитывать, что у рассеивающих линз, напротив, задний фокус размещен впереди линзы, а фронтальный сзади.
Построение линзой изображения предметов, имеющих определенную форму и размеры, выходит последующим образом: допустим, линия AB представляет собой объект, находящийся на неком расстоянии от линзы, существенно превосходящем ее фокусное расстояние. От каждой точки предмета через линзу пройдет бессчетное количество лучей, из которых наглядности на рисунке схематически изображен ход только 3-х лучей.
Три луча, исходящие из точки A, пройдут через линзу и пересекутся с соответственных точках схода на A1B1, образуя изображение. Приобретенное изображение является реальным и перевёрнутым.
В этом случае изображение получено в сопряжённом фокусе в некой фокальной плоскости FF, несколько удаленной от главной фокальной плоскости F’F’, проходящей параллельно ей через главный фокус.
Несложно увидеть, что при приближении предмета из бесконечности к фронтальному фокусу линзы изображение удаляется от заднего фокуса и по достижении предметом плоскости фронтального фокуса оказывается в бесконечности от него.
Эта закономерность имеет огромное значение в практике разных видов фотографических работ, потому для определения зависимости меж расстоянием от предмета до линзы и от линзы до плоскости изображения следует знать основную формулу линзы.
Формула линзы
Расстояния от точки предмета до центра линзы и от точки изображения до центра линзы именуются сопряжёнными фокусными расстояниями.
Эти величины находятся в зависимости меж собой и определяются формулой, именуемой основной формулой линзы:
Недочеты обычный линзы
В современной фотоаппаратуре к качеству изображения предъявляются высочайшие требования.
Изображение, даваемое обычный линзой, в силу целого ряда недочетов не удовлетворяет этим требованиям. Устранение большинства недочетов достигается подходящим подбором ряда линз в центрированную оптическую систему — объектив. Изображения, приобретенные с помощью обычных линз, имеют разные недочеты. Недочеты оптических систем именуются аберрациями, которые делятся на последующие виды:
Геометрические аберрации
Сферическая аберрация;
Кома;
Астигматизм;
Дисторсия;
Кривизна поля изображения;
Хроматическая аберрация;
Дифракционная аберрация (эта аберрация вызывается другими элементами оптической системы, и к самой линзе дела не имеет).
Применение линз
Одно из важнейших применений линз — в офтальмологии для исправления недочетов зрения — близорукости, дальнозоркости, неверной аккомодации, астигматизма и других болезней — при помощи очков и контактных линз.
Другое применение линз — это бинокли, телескопы, оптические прицелы, теодолиты, микроскопы и фотовидеотехника. Одиночные собирающие линзы употребляются как увеличительные стёкла.
В радиоастрономии и радарах нередко употребляются диэлектрические линзы, собирающие поток радиоволн в приёмную антенну, или фокусирующие на цели.
Источник: