Hvilken tilstand hjelper bikonvekse linser mot? Optisk system av øyet

Hvem kjenner ikke det vanlige forstørrelsesglasset, som ligner på et linsekorn. Hvis et slikt glass - det kalles også en bikonveks linse - plasseres mellom et objekt og øyet, så ser bildet av objektet ut til å være forstørret flere ganger for observatøren.

Hva er hemmeligheten bak en slik økning? Hvordan forklare at objekter, når de sees gjennom en bikonveks linse, for oss virker større enn deres faktiske størrelse?

For å forstå godt årsaken til dette fenomenet, må vi huske hvordan lysstrålene forplanter seg.

Daglige observasjoner overbeviser oss om at lys beveger seg i en rett linje. Husk for eksempel hvordan noen ganger solen, skjult av skyer, gjennomborer dem med direkte, tydelig synlige stråler.

Men er lysstrålene alltid rette? Det viser seg ikke alltid.

Gjør for eksempel et slikt eksperiment.

I lukkeren som tett dekker vinduet på rommet ditt, lag Fig. 6< прямолинейный

Lite hull. En lysstråle, en lysstråle, treffer en annen -

Etter å ha gått gjennom dette hullet, "passer jeg gjennom miljøet - inn i vannet, FRA -

Tegner "i et mørkt rom direkte - endrer retning,

G "og 1 er brutt,

Lineært spor. Men legg på

Banen til strålen til en krukke med vann, og du vil se at strålen, som treffer vannet, vil endre retning, eller, som de sier, "bryte" (fig. 6).

Dermed kan brytningen av lysstråler observeres når de kommer inn i et annet medium. Så, så lenge strålene er i luften, er de rettlinjede. Men så snart et annet medium, for eksempel vann, blir møtt i deres vei, brytes lyset.

Dette er den samme brytningen som oppleves av en lysstråle i etuiet når den passerer gjennom et bikonveks forstørrelsesglass. I dette tilfellet samler linsen opp lysstråler
inn i en smal spiss stråle (dette forklarer forresten det faktum at man ved hjelp av et forstørrelsesglass som samler lysstråler til en smal stråle kan sette fyr på sigaretter, papir osv. i solen).

Men hvorfor forstørrer en linse bildet av et objekt?

Her er hvorfor. Se med det blotte øye på en gjenstand, for eksempel et blad av et tre. Lysstråler spretter av bladet og konvergerer i øyet ditt. Plasser nå en bikonveks linse mellom øyet og bladet. Lysstråler som passerer gjennom linsen vil bli brutt (fig. 7). Imidlertid virker de ikke ødelagte for det menneskelige øyet. Observatøren føler fortsatt rettheten til lysstrålene. Det ser ut til å fortsette dem videre, utover linsen (se de stiplede linjene i fig. 7), og objektet observert gjennom den bikonvekse linsen virker forstørret for observatøren!

Vel, hva skjer hvis lysstrålene, i stedet for å falle inn i øyet til observatøren, fortsetter

Lenger? Etter å ha krysset et punkt, kalt linsens fokus, vil strålene divergere igjen. Hvis vi setter et speil på vei, vil vi se i det et forstørret bilde av samme ark (fig. 8). Imidlertid vil den presentere seg for oss i en omvendt form. Og dette er ganske forståelig. Tross alt, etter å ha krysset ved linsens fokus, går lysstrålene videre i samme rettlinjede retning. ja

Det er åpenbart at i dette tilfellet er strålene fra toppen av arket rettet nedover, og strålene som kommer fra basen reflekteres i den øvre delen av speilet.

Denne egenskapen til en bikonveks linse - evnen til å samle lysstråler på ett punkt - brukes i et fotografisk apparat.

BRUK kodifiseringsemner: linser

Brytningen av lys er mye brukt i ulike optiske instrumenter: kameraer, kikkerter, teleskoper, mikroskoper. . . En uunnværlig og mest essensiell del av slike enheter er linsen.

Linse - dette er et optisk gjennomsiktig homogent legeme, avgrenset på begge sider av to sfæriske (eller en sfærisk og en flat) overflater.

Linser er vanligvis laget av glass eller spesiell gjennomsiktig plast. Når vi snakker om materialet til linsen, vil vi kalle det glass - det spiller ingen spesiell rolle.

Bikonveks linse.

Tenk først på en linse avgrenset på begge sider av to konvekse sfæriske flater (fig. 1). En slik linse kalles bikonveks. Vår oppgave nå er å forstå forløpet av stråler i denne linsen.

Den enkleste måten er med en stråle som følger med optisk hovedakse- linsens symmetriakser. På fig. 1 denne strålen forlater punktet . Den optiske hovedaksen er vinkelrett på begge sfæriske overflater, så denne strålen passerer gjennom linsen uten å bli brutt.

La oss nå ta en stråle som løper parallelt med den optiske hovedaksen. På høstpunktet
strålen til linsen trekkes normalt til overflaten av linsen; når strålen går fra luft til optisk tettere glass, er brytningsvinkelen mindre enn innfallsvinkelen. Følgelig nærmer den brutte strålen den optiske hovedaksen.

En normal tegnes også på punktet der strålen går ut av linsen. Strålen går over i optisk mindre tett luft, så brytningsvinkelen er større enn innfallsvinkelen; Stråle
bryter igjen mot den optiske hovedaksen og skjærer den ved punktet.

Dermed nærmer enhver stråle parallelt med den optiske hovedaksen, etter brytning i linsen, den optiske hovedaksen og krysser den. På fig. 2 viser brytningsmønsteret er nok bred lysstråle parallelt med den optiske hovedaksen.

Som du kan se, en bred lysstråle ikke fokusert linse: jo lenger fra den optiske hovedaksen den innfallende strålen er plassert, jo nærmere linsen krysser den den optiske hovedaksen etter brytning. Dette fenomenet kalles sfærisk aberrasjon og viser til ulempene med linser - jeg vil tross alt fortsatt at linsen skal redusere en parallell stråle av stråler til ett punkt.

Et meget akseptabelt fokus kan oppnås ved å bruke smal en lysstråle som passerer nær den optiske hovedaksen. Deretter sfærisk aberrasjon nesten umerkelig - se fig. 3 .

Det sees tydelig at en smal stråle parallelt med den optiske hovedaksen samles på omtrent ett punkt etter å ha passert gjennom linsen. Av denne grunn kalles linsen vår innsamling.

Punktet kalles objektivets fokus. Generelt har en linse to foci plassert på den optiske hovedaksen til høyre og venstre for linsen. Avstandene fra brennpunktene til linsen er ikke nødvendigvis lik hverandre, men vi vil alltid forholde oss til situasjoner der fokusene er plassert symmetrisk i forhold til linsen.

Bikonkav linse.

Nå skal vi vurdere et helt annet objektiv, begrenset av to konkav sfæriske overflater (fig. 4). En slik linse kalles bikonkav. Akkurat som ovenfor, vil vi spore løpet av to stråler, styrt av brytningsloven.

Strålen som forlater punktet og går langs den optiske hovedaksen, brytes ikke - tross alt er den optiske hovedaksen, som er linsens symmetriakse, vinkelrett på begge sfæriske overflater.

Strålen parallelt med den optiske hovedaksen, etter den første brytningen, begynner å bevege seg bort fra den (siden når den går fra luft til glass), og etter den andre brytningen beveger den seg enda mer bort fra den optiske hovedaksen (siden når den passerer fra glass til luft).

En bikonkav linse konverterer en parallell lysstråle til en divergerende stråle ( fig. 5) og kalles derfor spredning.

Sfærisk aberrasjon er også observert her: fortsettelsen av de divergerende strålene krysser ikke på ett punkt. Vi ser at jo lenger den innfallende strålen er fra den optiske hovedaksen, desto nærmere linsen krysser fortsettelsen av den refrakterte strålen den optiske hovedaksen.

Som i tilfellet med en bikonveks linse, vil sfærisk aberrasjon være nesten umerkelig for en smal paraksial stråle (fig. 6). Fortsettelsen av strålene som divergerer fra linsen skjærer hverandre på omtrent ett punkt - kl fokus linser.

Hvis en slik divergerende stråle kommer inn i øyet vårt, vil vi se et lysende punkt bak linsen! Hvorfor? Husk hvordan et bilde vises i flatt speil: hjernen vår har evnen til å fortsette divergerende stråler til de skjærer seg og skaper illusjonen av et lysende objekt i skjæringspunktet (den s.k. imaginært bilde). Det er nettopp et slikt virtuelt bilde som er plassert ved linsens fokus vi vil se i dette tilfellet.

Typer konvergerende og divergerende linser.

Vi vurderte to linser: en bikonveks linse, som er konvergerende, og en bikonkav linse, som er divergerende. Det er andre eksempler på konvergerende og divergerende linser.

Et komplett sett med konvergerende linser er vist i fig. 7.

I tillegg til den bikonvekse linsen vi kjenner, er her: plan-konveks en linse der en av overflatene er flat, og konkav-konveks en linse som kombinerer konkave og konvekse grenseflater. Legg merke til at i en konkav-konveks linse er den konvekse overflaten mer buet (dens krumningsradius er mindre); derfor oppveier den konvergerende effekten av den konvekse refraktive overflaten spredningseffekten til den konkave overflaten, og linsen som helhet konvergerer.

Alle mulige diffuserende linser er vist i fig. åtte.

Sammen med den bikonkave linsen ser vi plankonkav(hvis en av overflatene er flat) og konveks-konkav linse. Den konkave overflaten til en konveks-konkav linse er mer buet, slik at spredningseffekten til den konkave grensen råder over den konvergerende effekten av den konvekse grensen, og linsen som helhet er divergerende.

Prøv å bygge strålebanen selv i de linsene vi ikke har vurdert, og sørg for at de virkelig konvergerer eller sprer seg. den flott trening, og det er ikke noe komplisert i det - akkurat de samme konstruksjonene som vi gjorde ovenfor!

Leksjonens mål: dannelse av ideer om øyets struktur og mekanismene til øyets optiske system; belysning av betingelsen til strukturen til øyets optiske system ved fysikkens lover; utvikle evnen til å analysere de studerte fenomenene; utvikle en omsorgsfull holdning til egen helse og andres helse.

Utstyr: bord "Organ of vision", modell "Human eye"; lyssamlende linse, linse med stor krumning, linse med liten krumning, lyskilde, oppgavekort; på elevenes bord: en lyssamlende linse, en lysspredende linse, en skjerm med spor, en lyskilde, en skjerm.

UNDER KLASSENE

Biologilærer. En person har et orienteringssystem i omverdenen - sansesystem, som hjelper ikke bare å navigere, men også å tilpasse seg endrede miljøforhold. I forrige leksjon begynte du å bli kjent med strukturen til synsorganet. La oss ta en titt på disse tingene. For å gjøre dette må du fullføre oppgaven på kortet og svare på spørsmålene.

Gjennomgå spørsmål

Hvorfor trenger en person syn?
Hvilket organ utfører denne funksjonen?
– Hvor sitter øyet?
Nevn øyets membraner og deres funksjoner.
Nevn delene av øyet som beskytter det mot skade.

Det er et bord på brettet Synsorgan”, på lærerens bord - en modell av “Human Eye”. Etter å ha samlet inn kortene med elevenes svar, kontrollerer biologilæreren at de er ferdige, sammen med elevene, og navngir og viser delene av øyet på modellen og plakaten.

Elevene får et andre kort.

Biologilærer. Basert på kunnskap anatomisk strukturøyne, navngi hvilke deler av øyet som kan utføre en optisk funksjon.

(Studenter, med henvisning til øyets modell, kommer til den konklusjon at øyets optiske system består av hornhinnen, linsen, glasslegemet og netthinnen.)

Fysikklærer. Hvilken optisk enhet minner deg om en linse?

Studenter. Bikonveks linse.

Fysikklærer. Hvilke typer linser kjenner du fortsatt, og hva er deres egenskaper?

Studenter. En bikonveks linse er en konvergerende linse, dvs. Stråler som passerer gjennom en linse, konvergerer ved et enkelt punkt kalt fokus. En bikonkav linse er en divergerende linse, strålene som passerer gjennom linsen er spredt på en slik måte at fortsettelsen av strålene samles i et tenkt fokus.

(Fysiklærer tegner(ris. en) på tavlen, og elevene i notatboken, strålenes bane i samle- og spredningslinsen.)

Ris. 1. Strålebane i konvergerende og divergerende linser (F - fokus)

Fysikklærer. Hvordan vil bildet se ut hvis objektet er forbi det dobbelte av brennvidden til den konvergerende linsen?

(Elevene tegner strålebanen i notatbøkene i dette tilfellet (fig. 2) og sørger for at bildet er redusert, ekte, omvendt.)

Ris. 2. Bildekonstruksjon i en konvergerende linse

Frontalt eksperiment

På hvert bord har elevene en konvergerende og divergerende linse, en strømkilde, en elektrisk lyspære på stativ, en skjerm med spor i form av bokstaven G og en skjerm.

Fysikklæreren inviterer elevene til å velge en bikonveks, d.v.s. konvergerende linse og verifiser eksperimentelt at den konvergerende linsen gir et invertert bilde. Elevene setter sammen installasjonen (fig. 3) og ved å flytte linsen i forhold til skjermen får de et klart bilde av den omvendte bokstaven G.

(Elevene er erfaringsmessig overbevist om at bildet er reelt invertert og oppnås tydelig på skjermen bare på en bestemt plassering av skjermen i forhold til linsen..)

Ris. 3. Installasjonsskjema for å demonstrere strålebanen i en konvergerende linse

Biologilærer. Siden linsen, hornhinnen og glasslegeme– dette er en konvergerende linse, da gir øyets optiske system et invertert redusert bilde, og vi bør se verden opp ned. Hva gjør at du kan se ting opp ned?

Studenter. Normalt og ikke omvendt syn av objekter skyldes at de gjentatte "velter" i den kortikale delen av den visuelle analysatoren.

Biologilærer. Vi ser objekter godt på forskjellige avstander. Dette skyldes musklene som fester seg til linsen og ved å trekke seg sammen regulerer dens krumning.

Fysikklærer. La oss vurdere eksperimentelt hvordan egenskapene til en linse endres avhengig av krumningen. Jo mindre krumningsradius, jo mindre brennvidde, - slike linser kalles kortfokuslinser, linser med liten krumning, dvs. med store krumningsradius, kalles langfokus (fig. 4).

Ris. 4. Endre egenskapene til en linse avhengig av dens krumning

Biologilærer. Når du ser på objekter i nærheten, har objektivet en redusert krumningsradius og fungerer som en kortfokuslinse. Når du ser på fjerne objekter, har objektivet en økt krumningsradius og fungerer som et teleobjektiv. I begge tilfeller er dette nødvendig for å sikre at bildet alltid er fokusert på netthinnen. Evnen til tydelig å se objekter på forskjellige avstander på grunn av en endring i linsens krumning kalles akkommodasjon (elevene skriver ned definisjonen i en notatbok).

Det er avvik i øyets struktur eller i linsens arbeid.

Med nærsynthet er bildet fokusert foran netthinnen på grunn av overdreven krumning av linsen eller forlengelse av øyeaksen. Ved langsynthet fokuseres bildet bak netthinnen på grunn av utilstrekkelig krumning av linsen eller en forkortet øyeakse.

Fysikklærer. Hvilke linser trengs for å korrigere nærsynthet og hvilke linser trengs for å korrigere langsynthet?

Studenter. Nærsynthet er en divergerende linse, langsynthet er en konvergerende linse.

(Læreren i fysikk, ved å demonstrere erfaring, beviser eksperimentelt gyldigheten av konklusjonene til elevene.)

Biologilærer. Det er et annet avvik fra normen i driften av det optiske systemet menneskelig øye er astigmatisme. Astigmatisme er umuligheten av konvergens av alle stråler på ett punkt, på ett fokus. Dette skyldes avvik i krumningen av hornhinnen fra den sfæriske. Sylindriske linser brukes til å korrigere astigmatisme.

konklusjoner

Studentene, sammen med en biologilærer, formulerer de grunnleggende reglene for visuell hygiene:

- beskytte øynene mot mekanisk påvirkning;
– les i et godt opplyst rom;
- hold boken i en viss avstand (33-35 cm) fra øynene;
- lyset skal falle til venstre;
- du kan ikke lene deg nærme boken, fordi dette kan føre til utvikling av nærsynthet;
- du kan ikke lese i et kjøretøy i bevegelse, fordi. på grunn av ustabiliteten til bokens posisjon, endres brennvidden hele tiden, noe som fører til en endring i linsens krumning, en reduksjon i elastisiteten, som et resultat av at ciliærmuskelen svekkes og synet blir svekket. .

bikonveks linse

Plankonveks linse

Kjennetegn på tynne linser

Avhengig av skjemaene er det kollektiv(positiv) og spredning(negative) linser. Gruppen av konvergerende linser inkluderer vanligvis linser, der midten er tykkere enn kantene, og gruppen av divergerende linser er linser, hvis kanter er tykkere enn midten. Det skal bemerkes at dette er sant bare hvis brytningsindeksen til linsematerialet er større enn den til miljø. Hvis brytningsindeksen til linsen er mindre, vil situasjonen bli reversert. For eksempel er en luftboble i vann en bikonveks diffuserende linse.

Linser kjennetegnes som regel av deres optiske kraft (målt i dioptrier), eller brennvidde.

For å bygge optiske enheter med korrigert optisk aberrasjon (primært kromatisk, på grunn av lysspredning, - akromater og apokromater), er andre egenskaper til linser / deres materialer også viktige, for eksempel brytningsindeks, spredningskoeffisient, transmittans av materialet i det valgte optisk rekkevidde.

Noen ganger er linser/linseoptiske systemer (refraktorer) spesielt designet for bruk i medier med relativt høy brytningsindeks (se nedsenkingsmikroskop, nedsenkingsvæsker).

Typer linser:
Samling:
1 - bikonveks
2 - flat-konveks
3 - konkav-konveks (positiv menisk)
Spredning:
4 - bikonkav
5 - flat-konkav
6 - konveks-konkav (negativ menisk)

En konveks-konkav linse kalles menisk og kan være kollektiv (tykkere mot midten) eller spredende (tykkere mot kantene). Menisken, hvis overflateradier er like, har optisk kraft, null(brukes til spredningskorreksjon eller som dekklinse). Så, linsene til nærsynte briller er vanligvis negative menisker.

En særegen egenskap til en konvergerende linse er evnen til å samle stråler som faller inn på overflaten på et punkt på den andre siden av linsen.

Hovedelementene i linsen: NN - den optiske hovedaksen - en rett linje som går gjennom sentrene til sfæriske overflater som begrenser linsen; O - optisk senter - et punkt som, for bikonvekse eller bikonkave (med samme overflateradier) linser, er plassert på den optiske aksen inne i linsen (i midten).
Merk. Strålenes bane er vist som i en idealisert (flat) linse, uten å indikere brytning ved den reelle fasegrensen. I tillegg vises et noe overdrevet bilde av en bikonveks linse.

Hvis et lyspunkt S plasseres i en viss avstand foran den konvergerende linsen, vil en lysstråle rettet langs aksen passere gjennom linsen uten å bli brutt, og stråler som ikke går gjennom sentrum vil brytes mot det optiske aksen og skjærer på den på et eller annet punkt F, som og vil være bildet av punktet S. Dette punktet kalles konjugert fokus, eller ganske enkelt fokus.

Hvis lys fra en svært fjern kilde faller på linsen, hvis stråler kan representeres som å bevege seg i en parallell stråle, vil strålene brytes i en større vinkel når de går ut av linsen, og punktet F vil bevege seg på den optiske aksen nærmere linsen. Under disse forholdene kalles skjæringspunktet for strålene som kommer ut fra linsen hovedfokus F ', og avstanden fra midten av objektivet til hovedfokuset - hovedbrennvidden.

Stråler som faller inn på en divergerende linse, når de går ut av den, vil bli brutt mot kantene på linsen, det vil si at de vil bli spredt. Hvis disse strålene fortsetter inn motsatt retning som vist i figuren med en stiplet linje, så vil de konvergere i ett punkt F, som vil være fokus dette objektivet. Dette fokuset vil innbilt.

Tilsynelatende fokus av en divergerende linse

Det som er sagt om fokuset på den optiske hovedaksen gjelder også for de tilfellene når bildet av et punkt er plassert på en sekundær eller skråstilt optisk akse, dvs. en linje som går gjennom midten av linsen i en vinkel til hovedaksen optisk akse. Planet vinkelrett på den optiske hovedaksen, som ligger ved linsens hovedfokus, kalles hovedfokusplan, og i konjugert fokus - bare brennplan.

Samlende linser kan rettes til objektet på begge sider, som et resultat av at strålene som passerer gjennom linsen kan samles fra den ene eller den andre siden av den. Dermed har linsen to foci - front og bak. De er plassert på den optiske aksen på begge sider av linsen i en brennvidde fra midten av linsen.

Bildebehandling med en tynn konvergerende linse

Når man beskrev egenskapene til linser, ble prinsippet om å konstruere et bilde av et lysende punkt ved linsens fokus vurdert. Stråler som faller inn på linsen fra venstre passerer gjennom bakfokuset, og stråler som faller inn fra høyre passerer gjennom frontfokuset. Det skal bemerkes at i divergerende linser, tvert imot, er bakfokuset plassert foran linsen, og den fremre er bak.

Bygge et linsebilde av objekter som har bestemt form og dimensjoner, oppnås som følger: la oss si at linjen AB er et objekt plassert i en viss avstand fra linsen, mye større enn dens brennvidde. Fra hvert punkt av objektet vil gjennom linsen passere et utallig antall stråler, hvorav figuren for klarhet viser skjematisk forløpet av bare tre stråler.

De tre strålene som kommer fra punkt A vil passere gjennom linsen og skjære hverandre ved sine respektive forsvinningspunkter på A 1 B 1 for å danne et bilde. Det resulterende bildet er gyldig og opp ned.

I dette tilfellet ble bildet oppnådd i konjugert fokus i et eller annet fokalplan FF, noe fjernt fra hovedfokalplanet F'F', og passerer parallelt med det gjennom hovedfokuset.

Hvis objektet er i uendelig avstand fra linsen, oppnås bildet i bakfokus av objektivet F ' gyldig, opp ned og redusert til et lignende punkt.

Hvis en gjenstand er nær linsen og er i en avstand som er større enn to ganger brennvidden til linsen, vil bildet være gyldig, opp ned og redusert og vil være plassert bak hovedfokuset på segmentet mellom det og den doble brennvidden.

Hvis et objekt er plassert med dobbelt brennvidde av objektivet, er det resulterende bildet på den andre siden av objektivet med dobbelt brennvidde fra det. Bildet er oppnådd gyldig, opp ned og lik størrelse Emne.

Hvis et objekt plasseres mellom frontfokus og dobbel brennvidde, vil bildet bli tatt utover dobbel brennvidde og vil bli gyldig, opp ned og forstørret.

Hvis objektet er i planet for det fremre hovedfokuset til linsen, vil strålene, etter å ha passert gjennom linsen, gå parallelt, og bildet kan bare oppnås i det uendelige.

Hvis et objekt plasseres i en avstand mindre enn hovedbrennvidden, vil strålene forlate linsen i en divergerende stråle, uten å krysse hverandre noe sted. Dette resulterer i et bilde innbilt, direkte og forstørret, dvs. i dette tilfellet fungerer linsen som et forstørrelsesglass.

Det er lett å se at når et objekt nærmer seg fra uendelig til frontfokus på linsen, beveger bildet seg bort fra bakfokus, og når objektet når frontfokusplanet, viser det seg å være i uendelig fra det.

Dette mønsteret har veldig viktig i praksis forskjellige typer fotografisk arbeid, derfor, for å bestemme forholdet mellom avstanden fra objektet til linsen og fra linsen til bildeplanet, er det nødvendig å kjenne til de viktigste linseformel.

Tynn linseformel

Avstandene fra punktet på objektet til midten av linsen og fra punktet på bildet til midten av linsen kalles konjugerte brennvidder.

Disse mengdene er avhengige av hverandre og bestemmes av en formel kalt formel tynn linse :

hvor er avstanden fra linsen til objektet; - avstand fra linsen til bildet; er objektivets hovedbrennvidde. Når det gjelder en tykk linse, forblir formelen uendret med den eneste forskjellen at avstandene ikke måles fra midten av linsen, men fra hovedplanene.

For å finne en eller annen ukjent mengde med to kjente, brukes følgende ligninger:

Det skal bemerkes at tegnene på mengdene u , v , f er valgt ut fra følgende hensyn - for et ekte bilde fra faktisk emne i en konvergerende linse - alle disse mengdene er positive. Hvis bildet er imaginært - avstanden til det er tatt negativ, hvis objektet er imaginært - avstanden til det er negativt, hvis linsen er divergerende - brennvidden er negativ.

Bildeskala

Bildeskala () er forholdet mellom de lineære dimensjonene til bildet og de tilsvarende lineære dimensjonene til objektet. Dette forholdet kan indirekte uttrykkes som en brøk , hvor er avstanden fra linsen til bildet; er avstanden fra linsen til objektet.

Her er det en reduksjonsfaktor, det vil si et tall som viser hvor mange ganger de lineære dimensjonene til bildet er mindre enn de faktiske lineære dimensjonene til objektet.

I praksisen med beregninger er det mye mer praktisk å uttrykke dette forholdet i form av eller , hvor er brennvidden til objektivet.

Beregning av objektivets brennvidde og optiske kraft

Linsene er symmetriske, det vil si at de har samme brennvidde uavhengig av lysretningen - venstre eller høyre, noe som imidlertid ikke gjelder andre egenskaper, som for eksempel aberrasjoner, hvis størrelse avhenger av hvilken side av linsen er vendt mot lyset.

Kombinasjon av flere linser (sentrert system)

Linser kan kombineres med hverandre for å bygge komplekse optiske systemer. Den optiske kraften til et system med to linser kan bli funnet som enkel sum optiske styrker til hver linse (forutsatt at begge linsene kan betraktes som tynne og de er plassert nær hverandre på samme akse):

Hvis linsene er plassert i en viss avstand fra hverandre og deres akser faller sammen (et system med et vilkårlig antall linser med denne egenskapen kalles et sentrert system), så kan deres totale optiske kraft finnes med en tilstrekkelig grad av nøyaktighet fra følgende uttrykk:

hvor er avstanden mellom hovedplanene til linsene.

Ulemper med et enkelt objektiv

I moderne fotoutstyr stilles det høye krav til bildekvalitet.

Bildet gitt av en enkel linse, på grunn av en rekke mangler, oppfyller ikke disse kravene. Eliminering av de fleste av manglene oppnås ved passende valg av et antall linser i et sentrert optisk system - objektiv. Bilder tatt med enkle linser har ulike ulemper. Ulempene med optiske systemer kalles aberrasjoner, som er delt inn i følgende typer:

Geometriske aberrasjoner
Diffraktiv aberrasjon (denne aberrasjonen er forårsaket av andre elementer i det optiske systemet, og har ingenting å gjøre med selve linsen).

Linser med spesielle egenskaper

Økologisk polymer linser

Kontaktlinser

kvarts linser

Kvartsglass - omsmeltet ren silika med mindre (ca. 0,01%) tilsetninger av Al 2 O 3, CaO og MgO. Den er preget av høy termisk stabilitet og treghet overfor mange kjemikalier bortsett fra flussyre.

Brytningen av lys er mye brukt i forskjellige optiske instrumenter: kameraer, kikkerter, teleskoper, mikroskoper. . . En uunnværlig og mest essensiell del av slike enheter er linsen.

En linse er en optisk gjennomsiktig homogen kropp avgrenset på begge sider av to sfæriske (eller en sfærisk og en flat) overflater.

Linser er vanligvis laget av glass eller spesiell gjennomsiktig plast. Når vi snakker om materialet til linsen, vil vi kalle det glass, dette spiller ingen spesiell rolle.

4.4.1 bikonveks linse

Tenk først på en linse avgrenset på begge sider av to konvekse sfæriske flater (fig. 4.16). En slik linse kalles en bikonveks linse. Vår oppgave nå er å forstå forløpet av stråler i denne linsen.

Ris. 4.16. Refraksjon i en bikonveks linse

Den enkleste situasjonen er med en stråle som beveger seg langs den optiske hovedaksen til linsens symmetriakse. På fig. 4.16 forlater denne strålen punktet A0 . Den optiske hovedaksen er vinkelrett på begge sfæriske overflater, så denne strålen passerer gjennom linsen uten å bli brutt.

La oss nå ta en stråle AB som løper parallelt med den optiske hovedaksen. Ved punktet B av strålen som faller inn på linsen, tegnes den normale MN til linseoverflaten; siden strålen går fra luft til optisk tettere glass, er brytningsvinkelen CBN mindre enn innfallsvinkelen ABM. Derfor nærmer den brutte strålen BC den optiske hovedaksen.

I punktet C for strålen som går ut av linsen, tegnes også en normal P Q. Strålen går over i optisk mindre tett luft, så brytningsvinkelen QCD er større enn innfallsvinkelen P CB; strålen brytes igjen mot den optiske hovedaksen og krysser den ved punkt D.

Dermed nærmer enhver stråle parallelt med den optiske hovedaksen, etter brytning i linsen, den optiske hovedaksen og krysser den. På fig. 4.17 viser brytningsmønsteret til en tilstrekkelig bred lysstråle parallelt med den optiske hovedaksen.

Ris. 4.17. Sfærisk aberrasjon i en bikonveks linse

Som du kan se, fokuseres ikke en bred lysstråle av linsen: jo lenger den innfallende strålen er fra den optiske hovedaksen, desto nærmere linsen krysser den den optiske hovedaksen etter brytning. Dette fenomenet kalles sfærisk aberrasjon og refererer til manglene ved linser, fordi vi fortsatt ønsker at linsen skal redusere en parallell stråle av stråler til ett punkt5.

En meget akseptabel fokusering kan oppnås ved å bruke en smal lysstråle som passerer nær den optiske hovedaksen. Da er den sfæriske aberrasjonen nesten umerkelig se fig. 4.18.

Ris. 4.18. Fokusere en smal stråle med en konvergerende linse

Det er tydelig sett at en smal stråle parallelt med den optiske hovedaksen, etter å ha passert gjennom linsen, samles ved omtrent ett punkt F. Av denne grunn kalles linsen vår

innsamling.

5 Nøyaktig fokusering av en bred stråle er faktisk mulig, men for dette må linseoverflaten ha en mer kompleks form enn en sfærisk. Å slipe slike linser er tidkrevende og upraktisk. Det er lettere å lage sfæriske linser og håndtere den nye sfæriske aberrasjonen.

Forresten kalles aberrasjonen sfærisk nettopp fordi den oppstår som et resultat av å erstatte en optimalt fokuserende kompleks ikke-sfærisk linse med en enkel sfærisk.

Punkt F kalles objektivets fokus. Generelt har en linse to foci plassert på den optiske hovedaksen til høyre og venstre for linsen. Avstandene fra brennpunktene til linsen er ikke nødvendigvis lik hverandre, men vi vil alltid forholde oss til situasjoner der fokusene er plassert symmetrisk i forhold til linsen.

4.4.2 Bikonkav linse

Nå skal vi vurdere en helt annen linse, avgrenset av to konkave sfæriske overflater (fig. 4.19). En slik linse kalles en bikonkav linse. Akkurat som ovenfor, vil vi spore løpet av to stråler, styrt av brytningsloven.

Ris. 4.19. Refraksjon i en bikonkav linse

Strålen som forlater punktet A0 og går langs den optiske hovedaksen, brytes ikke fordi den optiske hovedaksen, som er linsens symmetriakse, er vinkelrett på begge sfæriske overflater.

Stråle AB, parallelt med den optiske hovedaksen, etter at den første brytningen begynner å bevege seg bort fra den (fordi når den går fra luft til glass \CBN< \ABM), а после второго преломления удаляется от главной оптической оси ещё сильнее (так как при переходе из стекла в воздух \QCD >\PCB). En bikonkav linse omdanner en parallell lysstråle til en divergerende stråle (fig. 4.20) og kalles derfor en divergerende.

Ris. 4.20. Sfærisk aberrasjon i en bikonkav linse

Som i tilfellet med en bikonveks linse, vil sfærisk aberrasjon være nesten umerkelig for en smal paraaksial stråle (fig. 4.21). Forlengelsene av strålene som divergerer fra linsen skjærer hverandre ved omtrent ett punkt i fokuset til linsen F.

Ris. 4.21. Refraksjon av en smal stråle i en divergerende linse

Hvis en slik divergerende stråle kommer inn i øyet vårt, vil vi se et lysende punkt bak linsen! Hvorfor? Husk hvordan et bilde vises i et flatt speil: hjernen vår har evnen til å fortsette divergerende stråler til de krysser hverandre og skaper en illusjon av et lysende objekt i skjæringspunktet (det såkalte imaginære bildet). Det er nettopp et slikt virtuelt bilde som er plassert ved linsens fokus vi vil se i dette tilfellet.

I tillegg til den bikonvekse linsen som er kjent for oss, vises her: en plankonveks linse, hvor en av overflatene er flat, og en konkav-konveks linse, som kombinerer konkave og konvekse grenseflater. Legg merke til at i en konkav-konveks linse er den konvekse overflaten mer buet (dens krumningsradius er mindre); derfor oppveier den konvergerende effekten av den konvekse refraktive overflaten spredningseffekten til den konkave overflaten, og linsen som helhet konvergerer.

Alle mulige diffuserende linser er vist i fig. 4.23.

Ris. 4.23. Divergerende linser

Sammen med en bikonkav linse ser vi en plankonkav (hvor en av overflatene er flat) og en konveks-konkav linse. Den konkave overflaten til en konveks-konkav linse er mer buet, slik at spredningseffekten til den konkave grensen råder over den konvergerende effekten av den konvekse grensen, og linsen som helhet er divergerende.

Prøv å bygge strålebanen selv i de linsene vi ikke har vurdert, og sørg for at de virkelig konvergerer eller sprer seg. Dette er en flott øvelse, og det er ikke noe vanskelig i den akkurat de samme konstruksjonene som vi gjorde ovenfor!