Во каква состојба помагаат биконвексните леќи? Оптички систем на окото

Кој не ја знае вообичаената лупа, слична на зрно леќа. Ако таквото стакло - исто така се нарекува биконвексна леќа - е поставено помеѓу објектот и окото, тогаш сликата на објектот изгледа како да се зголемува неколку пати на набљудувачот.

Која е тајната на таквото зголемување? Како да се објасни дека предметите, кога се гледаат преку биконвексна леќа, ни изгледаат поголеми од нивната вистинска големина?

За добро да ја разбереме причината за овој феномен, мора да запомниме како се шират зраците на светлината.

Секојдневните набљудувања нè убедуваат дека светлината патува по права линија. Запомнете, на пример, како понекогаш сонцето, скриено од облаци, ги пробива со директни, јасно видливи зраци на зраци.

Но, дали зраците на светлината се секогаш исправени? Излегува не секогаш.

Направете, на пример, таков експеримент.

Во ролетната што цврсто го покрива прозорецот од вашата соба, направете Сл. 6< прямолинейный

Мала дупка. Зрак светлина, зрак светлина, удира во друг -

Поминувајќи низ оваа дупка, „Поминувам низ околината - во водата, ОД -

Црта „директно во темна соба - ја менува својата насока,

G "и 1 се прекршува,

Линеарна трага. Но, облечете се на

Патот на зракот до тегла со вода, и ќе видите дека зракот, удирајќи во водата, ќе ја смени својата насока или, како што велат, ќе се „прекрши“ (сл. 6).

Така, прекршувањето на светлосните зраци може да се забележи кога ќе влезат во друг медиум. Значи, се додека зраците се во воздухот, тие се праволиниски. Но, штом некој друг медиум, како што е водата, ќе се сретне на нивниот пат, светлината се прекршува.

Ова е истото прекршување кое го доживува зрак светлина во случај кога поминува низ биконвексна лупа. Во овој случај, леќата собира светлосни зраци
во тесен зашилен зрак (ова, патем, го објаснува фактот дека со помош на лупа што собира зраци на светлина во тесен зрак, можете да запалите цигари, хартија и сл. на сонце).

Но, зошто леќата ја зголемува сликата на објектот?

Еве зошто. Гледајте со голо око во некој предмет, како што е лист од дрво. Зраците на светлината отскокнуваат од листот и се спојуваат во твоето око. Сега поставете биконвексна леќа помеѓу окото и листот. Светлосните зраци кои минуваат низ леќата ќе бидат прекршени (сл. 7). Сепак, тие не изгледаат скршени за човечкото око. Набљудувачот сè уште ја чувствува исправноста на зраците на светлината. Се чини дека ги продолжува понатаму, надвор од леќата (видете ги точките линии на слика 7), а предметот забележан преку биконвексната леќа изгледа зголемен за набљудувачот!

Па, што ќе се случи ако зраците на светлината, наместо да паднат во окото на набљудувачот, продолжат

Подалеку? По вкрстувањето во една точка, наречена фокус на леќата, зраците повторно ќе се разминат. Ако им ставиме огледало на патот, ќе видиме во него зголемена слика од истиот лист (сл. 8). Сепак, ќе ни се претстави во превртена форма. И ова е сосема разбирливо. На крајот на краиштата, по вкрстувањето во фокусот на леќата, светлосните зраци одат понатаму во иста праволиниска насока. yeste

Очигледно е дека во овој случај зраците од врвот на листот се насочени надолу, а зраците што доаѓаат од неговата основа се рефлектираат во горниот дел на огледалото.

Ова својство на биконвексната леќа - способноста да се собираат зраци на светлина во една точка - се користи во фотографски апарат.

КОРИСТЕТЕ теми за кодификатори: леќи

Прекршувањето на светлината е широко користено во различни оптички инструменти: камери, двогледи, телескопи, микроскопи. . . Незаменлив и најсуштински дел од таквите уреди е леќите.

Леќи - ова е оптички проѕирно хомогено тело, ограничено од двете страни со две сферични (или една сферична и една рамна) површини.

Леќите обично се направени од стакло или специјална проѕирна пластика. Зборувајќи за материјалот на леќата, ќе го наречеме стакло - не игра посебна улога.

Биконвексна леќа.

Размислете прво за леќа ограничена од двете страни со две конвексни сферични површини (сл. 1). Таквата леќа се нарекува биконвексни. Нашата задача сега е да го разбереме текот на зраците во оваа леќа.

Најлесен начин е со зрак што оди заедно главната оптичка оска- оски на симетрија на леќата. На сл. 1 овој зрак ја напушта точката. Главната оптичка оска е нормална на двете сферични површини, така што овој зрак поминува низ леќата без да се прекрши.

Сега да земеме зрак што оди паралелно со главната оптичка оска. Во точката на падот
зракот до леќата е нацртан нормално на површината на леќата; додека зракот минува од воздухот до оптички погустото стакло, аголот на прекршување е помал од аголот на инциденца. Следствено, прекршениот зрак се приближува до главната оптичка оска.

Нормала е нацртана и на местото каде што зракот излегува од леќата. Зракот поминува во оптички помалку густ воздух, така што аголот на прекршување е поголем од аголот на инциденца; Реј
повторно се прекршува кон главната оптичка оска и ја пресекува во точката .

Така, секој зрак паралелен со главната оптичка оска, по прекршувањето во леќата, се приближува до главната оптичка оска и ја преминува. На сл. 2 покажува дека шемата на рефракција е доволна широксветлосен зрак паралелен со главната оптичка оска.

Како што можете да видите, широк зрак светлина не се фокусиранилеќа: колку подалеку од главната оптичка оска се наоѓа инцидентниот зрак, толку поблиску до леќата ја преминува главната оптичка оска по прекршувањето. Овој феномен се нарекува сферична аберацијаи се однесува на недостатоците на леќите - на крајот на краиштата, сепак би сакал леќата да го намали паралелниот зрак на зраци на една точка.

Многу прифатлив фокус може да се постигне со користење тесенсветлосен зрак што минува во близина на главната оптичка оска. Потоа сферична аберацијаречиси незабележливо - погледнете на сл. 3 .

Јасно се гледа дека тесен зрак паралелен со главната оптичка оска се собира приближно во една точка откако ќе помине низ леќата. Поради оваа причина, нашата леќа се нарекува собирање.

Точката се нарекува фокус на леќата. Општо земено, леќата има две фокуси лоцирани на главната оптичка оска десно и лево од леќата. Растојанието од фокусите до леќата не мора да се еднакви едно со друго, но секогаш ќе се занимаваме со ситуации каде што фокусите се наоѓаат симетрично во однос на леќата.

Биконкавна леќа.

Сега ќе разгледаме сосема поинаква леќа, ограничена со два конкавнасферични површини (сл. 4). Таквата леќа се нарекува биконкавна. Исто како и погоре, ќе го следиме текот на два зраци, водени од законот за прекршување.

Зракот што ја напушта точката и оди по главната оптичка оска не се прекршува - на крајот на краиштата, главната оптичка оска, како оска на симетрија на леќата, е нормална на двете сферични површини.

Зракот паралелен со главната оптичка оска, по првото прекршување, почнува да се оддалечува од него (од кога минува од воздух во стакло), а по второто прекршување уште повеќе се оддалечува од главната оптичка оска (од кога се минува од стакло во воздух).

Биконкавна леќа претвора паралелен зрак светлина во дивергентен зрак (сл. 5) и затоа се нарекува расфрлање.

Овде се забележува и сферична аберација: продолжувањата на дивергентните зраци не се сечат во една точка. Гледаме дека колку е подалеку упадниот зрак од главната оптичка оска, толку поблиску до леќата продолжувањето на прекршениот зрак ја преминува главната оптичка оска.

Како и во случајот со биконвексна леќа, сферичната аберација ќе биде речиси незабележлива за тесен параксиален зрак (сл. 6). Продолжувањата на зраците што се оддалечуваат од леќата се сечат приближно во една точка - во фокуслеќи .

Ако таков дивергентен зрак влезе во нашето око, тогаш ќе видиме светла точка зад леќата! Зошто? Потсетете се како се појавува слика во рамно огледало: нашиот мозок има способност да продолжи со дивергентни зраци додека не се вкрстат и не создадат илузија на светлечки објект на раскрсницата (т.н. имагинарна слика). Токму таква виртуелна слика сместена во фокусот на објективот ќе ја видиме во овој случај.

Видови конвергентни и дивергентни леќи.

Разгледавме две леќи: биконвексна леќа, која се спојува и биконкавна леќа, која е дивергентна. Постојат и други примери на конвергирани и дивергентни леќи.

Комплетен сет на конвергирани леќи е прикажан на сл. 7.

Во прилог на биконвексната леќа што ја знаеме, тука се: плано-конвекснилеќа во која една од површините е рамна, и конкавно-конвексенлеќа која комбинира конкавни и конвексни гранични површини. Забележете дека во конкавно-конвексна леќа, конвексната површина е позакривена (нејзиниот радиус на закривеност е помал); затоа, ефектот на конвергирање на конвексната рефрактивна површина го надминува ефектот на расејување на конкавната површина, а леќата како целина се конвергира.

Сите можни дифузни леќи се прикажани на сл. осум.

Заедно со биконкавната леќа, гледаме плано-конкавна(чија една од површините е рамна) и конвексно-конкавналеќи. Конкавната површина на конвексно-конкавната леќа е повеќе закривена, така што ефектот на расејување на конкавната граница преовладува над ефектот на конвергирање на конвексната граница, а леќата како целина е дивергентна.

Обидете се сами да го изградите патот на зраците во оние типови леќи што не ги разгледавме и уверете се дека тие навистина се спојуваат или дифузираат. тоа одлична вежба, и нема ништо комплицирано во тоа - токму истите конструкции што ги направивме погоре!

Цели на лекцијата:формирање на идеи за структурата на окото и механизмите на оптичкиот систем на окото; разјаснување на условеноста на структурата на оптичкиот систем на окото со законите на физиката; развивање на способност за анализа на изучените појави; развивање грижлив однос кон сопственото здравје и здравјето на другите.

Опрема:табела „Орган на видот“, модел „Човечко око“; леќа за собирање светлина, леќа со голема заобленост, леќа со мала кривина, извор на светлина, картички за задачи; на масите на учениците: леќа за собирање светлина, леќа за дифузија на светлина, екран со отвор, извор на светлина, екран.

ЗА ВРЕМЕ НА ЧАСОТ

Наставник по биологија.Едно лице има систем на ориентација во околниот свет - сензорен систем, што помага не само да се движите, туку и да се прилагодите на променливите услови на животната средина. Во претходната лекција, почнавте да се запознавате со структурата на органот на видот. Ајде да ги погледнеме овие работи. За да го направите ова, мора да ја завршите задачата на картичката и да одговорите на прашањата.

Прегледајте ги прашањата

Зошто на човекот му треба визија?
Кој орган ја извршува оваа функција?
- Каде се наоѓа окото?
Наведете ги мембраните на окото и нивните функции.
Наведете ги деловите на окото што го штитат од повреда.

На таблата има маса Орган на видот“, на масата на наставникот - модел на „Човечко око“. По собирањето на картичките со одговорите на учениците, наставникот по биологија го проверува нивното пополнување, заедно со учениците, ги именува и покажува деловите од окото на моделот и постерот.

На учениците им се дава втора картичка.

Наставник по биологија.Врз основа на знаење анатомска структураочи, наведете кои делови од окото можат да вршат оптичка функција.

(Учениците, повикувајќи се на моделот на окото, доаѓаат до заклучок дека оптичкиот систем на окото се состои од рожницата, леќата, стаклестото тело и мрежницата.)

Наставник по физика.Кој оптички уред ве потсетува на леќа?

Студенти.Биконвексна леќа.

Наставник по физика.Какви видови леќи сè уште знаете и кои се нивните својства?

Студенти.Биконвексна леќа е конвергирачка леќа, т.е. Зраците што минуваат низ леќата се спојуваат во една точка наречена фокус. Биконкавна леќа е дивергентна леќа, зраците што минуваат низ леќата се расфрлани на таков начин што продолжението на зраците се собира во имагинарен фокус.

(Наставникот по физика црта(оризот. еден) на табла, а учениците во тетратката, патеката на зраците во леќата за собирање и расејување.)

Ориз. 1. Патека на зраците во конвергирачки и дивергентни леќи (F - фокус)

Наставник по физика.Како ќе изгледа сликата ако објектот е над два пати поголема од фокусната должина на конвергираната леќа?

(Учениците во овој случај ја цртаат патеката на зраците во нивните тетратки (сл. 2) и уверуваат дека сликата е намалена, реална, превртена.)

Ориз. 2. Конструкција на слика во конвергентна леќа

Фронтален експеримент

На секоја маса, учениците имаат конвергентна и дивергентна леќа, извор на струја, електрична сијалица на држач, екран со отвор во форма на буквата G и екран.

Наставникот по физика ги повикува учениците да изберат биконвексна, т.е. конвергирачка леќа и експериментално проверете дали конвергираната леќа дава превртена слика. Учениците ја склопуваат инсталацијата (сл. 3) и, поместувајќи ја леќата во однос на екранот, постигнуваат јасна слика на превртената буква G.

(Учениците се убедени од искуството дека сликата е вистинска превртена и се добива јасно на екранот само на одредена локација на екранот во однос на објективот..)

Ориз. 3. Шема за инсталација за демонстрација на патеката на зраците во конвергирачка леќа

Наставник по биологија.Од леќата, рожницата и стаклестото тело- ова е конвергирачка леќа, тогаш оптичкиот систем на окото дава превртена намалена слика и треба да го видиме светот наопаку. Што ви дозволува да ги гледате работите наопаку?

Студенти.Нормалната, а не превртената визија на предметите се должи на нивното постојано „превртување“ во кортикалниот дел на визуелниот анализатор.

Наставник по биологија.Ние добро ги гледаме предметите на различни растојанија. Ова се должи на мускулите кои се закачуваат на леќата и со контракција ја регулираат нејзината закривеност.

Наставник по физика.Да разгледаме експериментално како својствата на леќата се менуваат во зависност од нејзината закривеност. Колку е помал радиусот на искривување, толку е помал фокусна должина, - таквите леќи се нарекуваат леќи со краток фокус, леќи со мала кривина, т.е. со големи радиус на закривеност, се нарекуваат долг фокус (сл. 4).

Ориз. 4. Промена на својствата на леќата во зависност од нејзината закривеност

Наставник по биологија.Кога гледате објекти во близина, објективот има намален радиус на искривување и делува како леќа со краток фокус. Кога гледате далечни објекти, објективот има зголемен радиус на искривување и делува како телефото леќа. Во двата случаи, ова е неопходно за да се осигура дека сликата секогаш е фокусирана на мрежницата. Способноста јасно да се видат предметите на различни растојанија поради промена на заобленоста на леќата се нарекува сместување (учениците ја запишуваат дефиницијата во тетратка).

Има отстапувања во структурата на окото или во работата на леќата.

Со миопија, сликата е фокусирана пред мрежницата поради прекумерна искривување на леќата или издолжување на оската на окото. Со далекувидост, сликата е фокусирана зад мрежницата поради недоволно искривување на леќата или скратена оска на окото.

Наставник по физика.Кои леќи се потребни за корекција на кратковидоста, а кои леќи се потребни за корекција на далекувидноста?

Студенти.Кратковидоста е дивергентна леќа, далековидоста е конвергирачка леќа.

(Наставникот по физика, покажувајќи искуство, експериментално ја докажува валидноста на заклучоците на учениците.)

Наставник по биологија.Постои уште едно отстапување од нормата во работата на оптичкиот систем човечко окое астигматизам. Астигматизам е неможност за конвергенција на сите зраци во една точка, во еден фокус. Ова се должи на отстапувањата во искривувањето на рожницата од сферичното. За корекција на астигматизмот се користат цилиндрични леќи.

заклучоци

Учениците, заедно со наставникот по биологија, ги формулираат основните правила за визуелна хигиена:

- заштита на очите од механички влијанија;
– читање во добро осветлена просторија;
- држете ја книгата на одредено растојание (33-35 см) од очите;
- светлината треба да падне лево;
- не можеш да се доближиш до книгата, затоа што ова може да доведе до развој на миопија;
- не можете да читате во возило во движење, бидејќи. поради нестабилноста на положбата на книгата, фокусната должина се менува цело време, што доведува до промена на искривувањето на леќата, намалување на нејзината еластичност, како резултат на што цилијарниот мускул слабее и видот е нарушен .

биконвексна леќа

Плано-конвексна леќа

Карактеристики на тенки леќи

Во зависност од формите, постојат колективен(позитивен) и расфрлање(негативни) леќи. Групата на конвергирани леќи обично вклучува леќи, кај кои средината е подебела од нивните рабови, а групата на дивергирани леќи се леќи, чии рабови се подебели од средината. Треба да се забележи дека ова е точно само ако индексот на рефракција на материјалот на објективот е поголем од оној на животната средина. Ако индексот на рефракција на леќата е помал, ситуацијата ќе биде обратна. На пример, воздушен меур во вода е биконвексна дифузна леќа.

Леќите се карактеризираат, по правило, со нивната оптичка моќ (мерена во диоптри) или фокусна должина.

За да се изградат оптички уреди со корегирана оптичка аберација (првенствено хроматски, поради дисперзија на светлина, - ахромати и апохромати), важни се и други својства на леќите / нивните материјали, на пример, индексот на прекршување, коефициентот на дисперзија, пропустливоста на материјалот во избраниот оптички опсег.

Понекогаш леќите/оптичките системи на леќите (рефрактори) се специјално дизајнирани за употреба во медиуми со релативно висок индекс на прекршување (видете потопувачки микроскоп, потопни течности).

Видови леќи:
Собир:
1 - биконвексен
2 - рамно-конвексен
3 - конкавно-конвексен (позитивен менискус)
Расфрлање:
4 - биконкавна
5 - рамно-конкавна
6 - конвексно-конкавен (негативен менискус)

Конвексно-конкавна леќа се нарекува менискуса може да биде колективно (се згуснува кон средината) или расфрлано (се згуснува кон рабовите). Менискусот, чии површински радиуси се еднакви, има оптичка моќ, нула(се користи за корекција на дисперзија или како покривна леќа). Значи, леќите на миопичните очила обично се негативни мениси.

Специфично својство на конвергирачката леќа е способноста да се соберат зраци кои се спуштаат на неговата површина во една точка лоцирана на другата страна на леќата.

Главните елементи на леќата: NN - главната оптичка оска - права линија што минува низ центрите на сферични површини што ја ограничува леќата; O - оптички центар - точка која за биконвексни или биконкавни (со исти површински радиуси) леќи, се наоѓа на оптичката оска внатре во леќата (во нејзиниот центар).
Забелешка. Патот на зраците е прикажан како во идеализирана (рамна) леќа, без означување на прекршување на границата на вистинската фаза. Дополнително, прикажана е малку претерана слика на биконвексна леќа.

Ако прозрачна точка S е поставена на одредено растојание пред конвергираната леќа, тогаш зрак светлина насочен по оската ќе помине низ леќата без да се прекрши, а зраците што не минуваат низ центарот ќе се прекршат кон оптичката оска и се сечат на неа во одредена точка F, што и ќе биде слика на точката S. Оваа точка се нарекува конјугирана фокус, или едноставно фокус.

Ако светлината од многу далечен извор падне на леќата, чии зраци може да се претстават како патување во паралелен зрак, тогаш по излегувањето од леќата, зраците ќе се прекршат под поголем агол и точката F ќе се движи по оптичката оската поблиску до леќата. Под овие услови, се нарекува точката на пресек на зраците што излегуваат од леќата главен фокус F ', и растојанието од центарот на леќата до главниот фокус - главната фокусна должина.

Зраците кои паѓаат на дивергентната леќа, по излегувањето од неа, ќе се прекршат кон рабовите на леќата, односно ќе се распрснуваат. Ако овие зраци продолжат во обратна насокакако што е прикажано на сликата со точки линија, тогаш тие ќе се спојат во една точка F, што ќе биде фокусоваа леќа. Овој фокус ќе имагинарен.

Очигледен фокус на дивергентна леќа

Она што е кажано за фокусот на главната оптичка оска важи подеднакво за оние случаи кога сликата на точка се наоѓа на секундарна или наклонета оптичка оска, т.е. линија што минува низ центарот на леќата под агол на главната оптичка оска. Рамнината нормална на главната оптичка оска, која се наоѓа во главниот фокус на леќата, се нарекува главната фокусна рамнина, а во конјугираниот фокус - само фокусна рамнина.

Собирните леќи можат да се насочат кон објектот од која било страна, како резултат на што зраците што минуваат низ леќите можат да се соберат од едната или другата страна од неа. Така, леќата има две фокуси - напреди задниот дел. Тие се наоѓаат на оптичката оска од двете страни на објективот на фокусна должина од центарот на леќата.

Сликање со тенка конвергирана леќа

При опишувањето на карактеристиките на леќите, беше земен предвид принципот на конструирање слика на светлечка точка во фокусот на леќите. Зраците кои се спуштаат на леќата од левата страна минуваат низ неговиот заден фокус, а зраците што се спуштаат од десната страна минуваат низ предниот фокус. Треба да се напомене дека кај дивергентни леќи, напротив, задниот фокус се наоѓа пред леќата, а предниот е зад.

Изградба на слика на објективот на објекти кои имаат одредена формаи димензии, се добива на следниов начин: да речеме дека линијата AB е објект кој се наоѓа на одредено растојание од објективот, многу поголемо од неговата фокусна должина. Од секоја точка на објектот низ леќата ќе помине безброј зраци, од кои, за јасност, сликата шематски го прикажува текот на само три зраци.

Трите зраци што произлегуваат од точката А ќе поминат низ леќата и ќе се сечат во нивните соодветни точки на исчезнување на A 1 B 1 за да формираат слика. Резултирачката слика е валидени наопаку.

Во овој случај, сликата е добиена во конјугиран фокус во некоја фокусна рамнина FF, малку оддалечена од главната фокусна рамнина F'F', поминувајќи паралелно со неа низ главниот фокус.

Ако објектот е на бесконечно растојание од објективот, тогаш неговата слика се добива во задниот фокус на леќата F' валиден, наопакуи намаленидо слична точка.

Ако некој предмет е блиску до објективот и е на растојание поголемо од двапати од фокусната должина на леќата, тогаш неговата слика ќе биде валиден, наопакуи намалении ќе се наоѓа зад главниот фокус на сегментот помеѓу него и двојното фокусно растојание.

Ако објектот е поставен на двапати поголема од фокусната должина на објективот, тогаш добиената слика е од другата страна на објективот со двојно поголема фокусна должина од неа. Сликата е добиена валиден, наопакуи еднакви по големинапредмет.

Ако објектот е поставен помеѓу предниот фокус и двојната фокусна должина, тогаш сликата ќе биде направена над двојната фокусна должина и ќе биде валиден, наопакуи зголемени.

Ако објектот е во рамнината на предниот главен фокус на леќата, тогаш зраците, откако ќе поминат низ леќата, ќе одат паралелно, а сликата може да се добие само на бесконечност.

Ако некој предмет е поставен на растојание помало од главната фокусна должина, тогаш зраците ќе ја напуштат леќата во дивергентен зрак, без никаде да се пресечат. Ова резултира со слика имагинарен, директнои зголемени, т.е., во овој случај, леќата работи како лупа.

Лесно е да се види дека кога објектот се приближува од бесконечност до предниот фокус на објективот, сликата се оддалечува од задниот фокус, а кога објектот ќе стигне до предната рамнина на фокусирање, излегува дека е во бесконечност од него.

Овој модел има големо значењево пракса разни видовифотографска работа, затоа, за да се одреди односот помеѓу оддалеченоста од објектот до објективот и од објективот до рамнината на сликата, неопходно е да се знае главната формула за леќи.

Формула за тенки леќи

Растојанието од точката на објектот до центарот на леќата и од точката на сликата до центарот на леќата се нарекуваат конјугирани фокусни должини.

Овие количини се зависни една од друга и се одредуваат со формула наречена формула тенка леќа :

каде е растојанието од леќата до објектот; - растојание од објективот до сликата; е главната фокусна должина на леќата. Во случај на дебела леќа, формулата останува непроменета со единствената разлика што растојанијата не се мерат од центарот на леќата, туку од главните рамнини.

За да се најде една или друга непозната количина со две познати, се користат следните равенки:

Треба да се напомене дека знаците на количините u , v , ѓсе избираат врз основа на следните размислувања - за вистинска слика од вистински предметво конвергентна леќа - сите овие количини се позитивни. Ако сликата е имагинарна - растојанието до неа се зема негативно, ако објектот е имагинарен - растојанието до него е негативно, ако леќата е дивергентна - фокусната должина е негативна.

Скала на слика

Скалата на сликата () е односот на линеарните димензии на сликата со соодветните линеарни димензии на објектот. Овој сооднос може индиректно да се изрази како дропка, каде е растојанието од објективот до сликата; е растојанието од леќата до објектот.

Овде има фактор на редукција, т.е. број кој покажува колку пати линеарните димензии на сликата се помали од вистинските линеарни димензии на објектот.

Во практиката на пресметките, многу е попогодно да се изрази овој сооднос во однос на или , каде е фокусната должина на објективот.

Пресметка на фокусна должина и оптичка моќност на објективот

Леќите се симетрични, односно имаат иста фокусна должина без разлика на насоката на светлината - лево или десно, што, сепак, не важи за други карактеристики, како што се аберациите, чија големина зависи од која страна на леќата е свртена кон светлината.

Комбинација на повеќе објективи (центриран систем)

Леќите може да се комбинираат едни со други за да се изградат сложени оптички системи. Оптичката моќ на систем од две леќи може да се најде како едноставна сумаоптичка моќ на секоја леќа (под услов двете леќи да се сметаат за тенки и да се наоѓаат блиску една до друга на иста оска):

Ако леќите се наоѓаат на одредено растојание едни од други и нивните оски се совпаѓаат (систем од произволен број леќи со ова својство се нарекува центриран систем), тогаш нивната вкупна оптичка моќ може да се најде со доволен степен на точност од следниот израз:

каде е растојанието помеѓу главните рамнини на леќите.

Недостатоци на едноставна леќа

Во современата фотографска опрема, се поставуваат високи барања за квалитетот на сликата.

Сликата дадена со едноставна леќа, поради голем број недостатоци, не ги исполнува овие барања. Отстранувањето на најголем дел од недостатоците се постигнува со соодветна селекција на голем број леќи во центриран оптички систем - објект. Сликите направени со едноставни леќи имаат различни недостатоци. Недостатоците на оптичките системи се нарекуваат аберации, кои се поделени на следниве типови:

Геометриски аберации
Дифрактивна аберација (оваа аберација е предизвикана од други елементи на оптичкиот систем и нема никаква врска со самата леќа).

Леќи со посебни својства

Органски полимерни леќи

Леќи

кварцни леќи

Кварцно стакло - претопена чиста силициум диоксид со мали (околу 0,01%) додатоци на Al 2 O 3 , CaO и MgO. Се карактеризира со висока термичка стабилност и инертност на многу хемикалии освен флуороводородна киселина.

Леќата е оптички проѕирно хомогено тело ограничено од двете страни со две сферични (или една сферична и една рамна) површини.

Леќите обично се направени од стакло или специјална проѕирна пластика. Зборувајќи за материјалот на леќата, ќе го наречеме стакло, ова не игра посебна улога.

4.4.1 биконвексна леќа

Размислете прво за леќа ограничена од двете страни со две конвексни сферични површини (сл. 4.16). Таквата леќа се нарекува биконвексна леќа. Нашата задача сега е да го разбереме текот на зраците во оваа леќа.

Ориз. 4.16. Рефракција во биконвексна леќа

Наједноставната ситуација е со зрак кој патува по главната оптичка оска на оската на симетријата на леќата. На сл. 4.16 овој зрак ја напушта точката A0 . Главната оптичка оска е нормална на двете сферични површини, така што овој зрак поминува низ леќата без да се прекрши.

Сега да земеме зрак AB, кој оди паралелно со главната оптичка оска. Во точката B на зракот што паѓа на леќата, нормалниот MN на површината на леќата е нацртан; бидејќи зракот поминува од воздух до оптички погусто стакло, аголот на прекршување CBN е помал од аголот на инциденца ABM. Затоа, прекршениот зрак BC се приближува до главната оптичка оска.

Во точката C на излезот на зракот од леќата, исто така се црта нормална P Q. Зракот поминува во оптички помалку густ воздух, така што аголот на прекршување QCD е поголем од аголот на инциденца P CB; зракот повторно се прекршува кон главната оптичка оска и ја преминува во точката D.

Така, секој зрак паралелен со главната оптичка оска, по прекршувањето во леќата, се приближува до главната оптичка оска и ја преминува. На сл. 4.17 ја прикажува шемата на прекршување на доволно широк светлосен зрак паралелен со главната оптичка оска.

Ориз. 4.17. Сферична аберација во биконвексна леќа

Како што можете да видите, широкиот зрак светлина не е фокусиран од леќата: колку подалеку е упадниот зрак од главната оптичка оска, толку поблиску до леќата ја преминува главната оптичка оска по прекршувањето. Овој феномен се нарекува сферична аберација и се однесува на недостатоците на леќите, бидејќи сепак би сакале леќата да го намали паралелниот зрак на зраци на една точка5.

Многу прифатливо фокусирање може да се постигне со користење на тесен светлосен зрак што минува во близина на главната оптичка оска. Тогаш сферичната аберација е речиси незабележлива поглед на сл. 4.18.

Ориз. 4.18. Фокусирање на тесен зрак со конвергирачка леќа

Јасно се гледа дека тесен зрак паралелен со главната оптичка оска, откако ќе помине низ леќата, се собира приближно во една точка F. Поради оваа причина, нашата леќа се нарекува

собирање.

5 Прецизното фокусирање на широк зрак е навистина можно, но за ова површината на објективот мора да има посложена форма наместо сферична. Мелењето такви леќи одзема многу време и е непрактично. Полесно е да се направат сферични леќи и да се справите со новонастанатата сферична аберација.

Патем, аберацијата се нарекува сферична токму затоа што настанува како резултат на замена на оптимално фокусирана сложена несферична леќа со едноставна сферична леќа.

Точката F се нарекува фокус на леќата. Општо земено, леќата има две фокуси лоцирани на главната оптичка оска десно и лево од леќата. Растојанието од фокусите до леќата не мора да се еднакви едно со друго, но секогаш ќе се занимаваме со ситуации каде што фокусите се наоѓаат симетрично во однос на леќата.

4.4.2 Биконкавна леќа

Сега ќе разгледаме сосема поинаква леќа, ограничена со две конкавни сферични површини (сл. 4.19). Таквата леќа се нарекува биконкавна леќа. Исто како и погоре, ќе го следиме текот на два зраци, водени од законот за прекршување.

Ориз. 4.19. Рефракција во биконкавна леќа

Зракот што ја напушта точката А0 и оди по главната оптичка оска не се прекршува бидејќи главната оптичка оска, која е оската на симетрија на леќата, е нормална на двете сферични површини.

Зракот AB, паралелен со главната оптичка оска, по првото прекршување почнува да се оддалечува од него (бидејќи при премин од воздух на стакло \CBN< \ABM), а после второго преломления удаляется от главной оптической оси ещё сильнее (так как при переходе из стекла в воздух \QCD >\PCB). Биконкавна леќа претвора паралелен зрак светлина во дивергентен зрак (сл. 4.20) и затоа се нарекува дивергентен.

Ориз. 4.20. Сферична аберација во биконкавна леќа

Како и во случајот со биконвексна леќа, сферичната аберација ќе биде речиси незабележлива за тесен параксален зрак (сл. 4.21). Проширувањата на зраците што се оддалечуваат од леќата се сечат приближно на една точка во фокусот на леќата F.

Ориз. 4.21. Прекршување на тесен зрак во дивергентна леќа

Ако таков дивергентен зрак влезе во нашето око, тогаш ќе видиме светла точка зад леќата! Зошто? Запомнете како сликата се појавува во рамно огледало: нашиот мозок има способност да продолжи со дивергентните зраци додека не се вкрстат и не создадат илузија на светлечки објект на раскрсницата (т.н. имагинарна слика). Токму таква виртуелна слика сместена во фокусот на објективот ќе ја видиме во овој случај.

Покрај биконвексната леќа која ни е позната, тука се прикажани: плано-конвексна леќа, во која една од површините е рамна, и конкавно-конвексна леќа, комбинирајќи конкавни и конвексни гранични површини. Забележете дека во конкавно-конвексна леќа, конвексната површина е позакривена (нејзиниот радиус на закривеност е помал); затоа, ефектот на конвергирање на конвексната рефрактивна површина го надминува ефектот на расејување на конкавната површина, а леќата како целина се конвергира.

Сите можни дифузни леќи се прикажани на сл. 4.23.

Ориз. 4.23. Дивергентни леќи

Заедно со биконкавна леќа, гледаме плано-конкавна (чија една од површините е рамна) и конвексно-конкавна леќа. Конкавната површина на конвексно-конкавната леќа е повеќе закривена, така што ефектот на расејување на конкавната граница преовладува над ефектот на конвергирање на конвексната граница, а леќата како целина е дивергентна.

Обидете се сами да го изградите патот на зраците во оние типови леќи што не ги разгледавме и уверете се дека тие навистина се спојуваат или дифузираат. Ова е одлична вежба, и нема ништо тешко во неа токму истите конструкции што ги направивме погоре!