Formy zbernej a rozptyľovacej šošovky. Geometrická optika. Priebeh lúčov cez šošovku

Optické prístroje- zariadenia, v ktorých žiarenie akejkoľvek spektrálnej oblasti(ultrafialové, viditeľné, infračervené) \\ t prevedený   (preskočené, odrazené, lomené, polarizované).

Vzdávanie hold historickej tradícii,   optické zariadenia bežne nazývané viditeľné svetlo.

Pri prvotnom posúdení kvality zariadenia sa uvažuje len hlavnéjeho vlastnosti:

•   pomer otvor- schopnosť koncentrovať žiarenie;
• rozhodovacej právomoci   - schopnosť rozlíšiť detaily priľahlého obrazu;
• zvýšiť   - Pomer veľkosti objektu a jeho obrazu.
• Pre mnohé zariadenia je charakteristická charakteristika zorné pole- uhol, pri ktorom sú extrémne body objektu viditeľné zo stredu zariadenia.

Riešenie sily- charakterizuje schopnosť optických zariadení vytvárať oddelené obrazy dvoch blízkych bodov objektu.

Nazýva sa najmenšia lineárna alebo uhlová vzdialenosť medzi dvoma bodmi, od ktorej sa spájajú ich obrazylineárneho alebo uhlového rozlíšenia.

Schopnosť zariadenia rozlíšiť dva blízke body alebo čiary je spôsobená vlnovou povahou svetla. Číselná hodnota rozlišovacej sily, napríklad systému šošoviek, závisí od schopnosti konštruktéra vyrovnať sa s odchýlkami šošoviek a tieto šošovky pozorne vycentrovať na rovnakej optickej osi. Teoretická hranica rozlíšenia dvoch susedných obrazových bodov je definovaná ako rovnosť vzdialenosti medzi ich stredmi k polomeru prvého tmavého krúžku ich difraktogramu.

Zvýšenie.   Ak je objekt dĺžky H kolmý na optickú os systému a dĺžka jeho obrazu je h, potom zvýšenie vm je určené vzorcom:

  m = h / H .

Zväčšenie závisí od ohniskovej vzdialenosti a relatívnej polohy šošoviek; Na vyjadrenie tejto závislosti existujú zodpovedajúce vzorce.

Dôležitou vlastnosťou zariadení na vizuálne pozorovanie je viditeľný nárast M, Určuje sa z pomeru veľkosti obrazu objektu, ktorý sa vytvára na sietnici oka, keď je objekt priamo pozorovaný a pozorovaný cez zariadenie. Zvyčajne je viditeľný nárast M vyjadrený pomerom M = tgb / tgakde a je uhol, v ktorom pozorovateľ vidí objekt voľným okom, a b je uhol, pri ktorom oko pozorovateľa vidí objekt cez zariadenie.

Hlavnou súčasťou každého optického systému je objektív. Objektívy sú súčasťou takmer všetkých optických zariadení.

šošovka – opticky priehľadné teleso ohraničené dvoma guľovými plochami.

Ak je hrúbka samotnej šošovky malá v porovnaní s polomermi zakrivenia sférických povrchov, potom sa šošovka nazýva tenká.

Objektívy sú zberný   a   rozptyl, Zberná šošovka v strede je silnejšia ako na okrajoch, naopak difúzna šošovka je v strednej časti tenšia.

Typy objektívov:

• konvexné:
  • bikonvexný (1)
  • plochá konvexná (2)
  • konkávne-konvexné (3)
• konkávne:
  • biconcave (4)
  • plochá konkávna (5)
  • konvexne konkávne (6)

Základné označenia v objektíve:

Vyvoláva sa priamka prechádzajúca stredmi zakrivenia sférických povrchov O 1 a O 2 hlavná optická os šošovky.

V prípade tenkých šošoviek môžeme približne predpokladať, že hlavná optická os sa pretína s objektívom v jednom bode, ktorý sa bežne nazýva optický stredný objektív   O. Lúč svetla prechádza cez optický stred šošovky, pričom sa neodchyľuje od pôvodného smeru.

Stred optických šošoviek- bod, cez ktorý svetelné lúče prechádzajú bez toho, aby sa v šošovke lámali.

Hlavná optická os   - priamka prechádzajúca cez optický stred šošovky, kolmá na šošovku.

Zavolajú sa všetky vedenia prechádzajúce cez optické centrum bočných optických osí.

Ak je lúč lúčov rovnobežný s hlavnou optickou osou nasmerovaný na šošovku, potom po prechode šošovkou sa lúče (alebo ich pokračovanie) zhromaždia v jednom bode F, ktorý sa nazýva hlavné zameranie objektívu.   Tenká šošovka má dva hlavné zaostrenia umiestnené symetricky na hlavnej optickej osi vzhľadom na šošovku. Pri zbieraní šošoviek sú triky skutočné, v rozptyle sú imaginárne.

Lúče lúčov rovnobežne s jednou zo sekundárnych optických osí, po prechode cez šošovku, sú tiež zaostrené v bode F ", ktorý sa nachádza na priesečníku sekundárnej osi s ohniskovou rovinou F, to znamená rovinou kolmou na hlavnú optickú os a prechádzajúcou hlavným ohniskom.

Ohnisková rovina- rovné, kolmé na hlavnú optickú os šošovky a prechádzajúce ohniskom šošovky.

Zavolá sa vzdialenosť medzi optickým stredom objektívu O a hlavným zaostrením F ohnisková vzdialenosť, Označuje sa rovnakým písmenom F.

Refrakcia rovnobežného lúča lúčov v zbernej šošovke.

Refrakcia rovnobežného lúča lúčov v rozptyľujúcej šošovke.

Body O 1 a O 2 sú centrami sférických povrchov, O 1 O 2 je hlavná optická os, O je optické centrum, F je hlavné zameranie, F "je bočné zameranie, OF" je bočná optická os a F je ohnisková rovina.

Na výkresoch sú tenké šošovky zobrazené vo forme segmentu so šípkami:

zbieranie:   difúzor:

Hlavná vlastnosť šošoviek– schopnosť poskytovať obrázky objektov, Obrázky sú priamy   a hore nohami, skutočný   a imaginárny, zvýšená   a znížený.

Pozíciu obrazu a jeho charakter možno určiť pomocou geometrických konštrukcií. Na tento účel použite vlastnosti niektorých štandardných lúčov, ktorých priebeh je známy. Ide o lúče prechádzajúce optickým centrom alebo jedným z ohniskov šošoviek, ako aj lúče rovnobežne s hlavnou alebo jednou zo sekundárnych optických osí. Na vytvorenie obrazu v objektíve použite ktorýkoľvek z týchto troch lúčov:

Lúč dopadajúci na šošovku rovnobežne s optickou osou, po lome, prechádza ohniskom šošovky.

Lúč prechádzajúci optickým stredom šošovky nie je lámaný.

Lúč prechádzajúci ohniskom šošovky po lome je rovnobežný s optickou osou.

Pozíciu obrazu a jeho povahu (reálnu alebo imaginárnu) možno tiež vypočítať pomocou vzorca pre tenké šošovky. Ak je vzdialenosť od objektu k šošovke označená d a vzdialenosť od šošovky k obrázku cez f, potom vzorec tenkej šošovky môže byť zapísaný vo forme:

Vyvoláva sa hodnota D, reverzná ohnisková vzdialenosť optické šošovky.

Jednotka sily je dioptria (dioptrická), Dioptrický - optický výkon objektívu s ohniskovou vzdialenosťou 1 m: 1 dioptrií = m –1

Ohniskovej vzdialenosti šošoviek sú zvyčajne priradené určité znaky: pre zbernú šošovku F\u003e 0 pre difúzne F< 0 .

Hodnoty d a f tiež podliehajú určitému pravidlu označovania:
  d\u003e 0 a f\u003e 0 pre skutočné objekty (tj skutočné zdroje svetla, a nie pokračovanie lúčov, ktoré sa zbiehajú za objektívom) a obrazy;
  d< 0 и f < 0 – для мнимых источников и изображений.

Tenké šošovky majú množstvo nevýhod, ktoré neumožňujú vysokokvalitné obrázky. Vyvolávajú sa skreslenia, ku ktorým dochádza pri vytváraní obrazu aberácie, Hlavnými sú sférické a chromatické odchýlky.

Sférická aberáciaprejavuje sa tým, že v prípade širokých svetelných lúčov sa prúdy ďaleko od optickej osi pretínajú, nie sú v ohnisku. Vzorec tenkej šošovky platí len pre lúče blízko optickej osi. Obraz vzdialeného bodového zdroja, vytvorený širokým lúčom lúčov lámaných šošovkou, sa javí ako rozmazaný.

Chromatická aberáciavyplýva zo skutočnosti, že index lomu materiálu šošovky závisí od vlnovej dĺžky svetla λ. Táto vlastnosť transparentného média sa nazýva disperzia. Ohnisková vzdialenosť objektívu je odlišná pre svetlo s rôznymi vlnovými dĺžkami, čo vedie k rozmazaniu obrazu pri použití monochromatického svetla.

V moderných optických zariadeniach sa nepoužívajú tenké šošovky, ale zložité systémy s viacerými objektívmi, v ktorých je možné približne eliminovať rôzne odchýlky.

Vytváranie obrazu objektu v reálnom svete pomocou zbernej šošovky sa používa v mnohých optických zariadeniach, ako je napríklad kamera, projektor atď.

Ak chcete vytvoriť vysokokvalitné optické zariadenie, mali by ste optimalizovať súbor jeho hlavných vlastností - svetelnosť, rozlíšenie a zväčšenie. Nemôžete urobiť dobrý, napríklad ďalekohľad, dosiahnuť len veľké viditeľné zvýšenie a zanechať malý otvor (clona). Bude mať zlé rozlíšenie, pretože je priamo závislý na clone. Návrhy optických zariadení sú veľmi rôznorodé a ich vlastnosti sú určené účelom špecifických zariadení. Ale keď sa jedná o akýkoľvek navrhnutý optický systém, je potrebné usporiadať všetky optické prvky v prísnom súlade s prijatou schémou, bezpečne ich upevniť, zabezpečiť presné nastavenie polohy pohyblivých častí, umiestniť clony na odstránenie nežiaduceho žiarenia rozptýleného pozadia. Často sa vyžaduje, aby odolali špecifikovaným hodnotám teploty a vlhkosti vo vnútri zariadenia, minimalizovali vibrácie, normalizovali rozloženie hmotnosti, zabezpečili odvod tepla zo svetelných zdrojov a iných pomocných elektrických zariadení. Význam sa dáva vzhľadu zariadenia a jednoduchej manipulácii.

  Mikroskop, lupa, zväčšovacie sklo.

Ak považujeme objekt umiestnený za objektívom nie ďalej ako jeho ohnisko cez pozitívnu (zbernú) šošovku, potom je vidieť zväčšený imaginárny obraz objektu. Tento objektív je jednoduchý mikroskop a nazýva sa lupou alebo lupou.

Z optickej schémy môžete určiť veľkosť zväčšeného obrázka.

Keď je oko naladené na paralelný lúč svetla (obraz objektu je umiestnený na nekonečne veľkej vzdialenosti, čo znamená, že objekt je umiestnený v ohniskovej rovine šošovky), zdanlivý nárast M možno určiť zo vzťahu: M = tgb / tga = (H / f) / H / v) = v / f, kde f je ohnisková vzdialenosť šošovky, v je vzdialenosť najlepšieho pohľadu, t.j. najmenšia vzdialenosť, pri ktorej oko dobre vidí počas normálneho ubytovania. M sa zvýši o jeden, keď sa oko nastaví tak, že imaginárny obraz objektu je vo vzdialenosti od najlepšieho pohľadu. Schopnosť ubytovať sa pre všetkých ľudí je iná, pričom vek sa zhoršuje; Za najvhodnejší pohľad na normálne oko sa považuje vzdialenosť 25 cm. V zornom poli jednej pozitívnej šošovky, keď sa pohybujete od svojej osi, ostrosť obrazu sa rýchlo zhoršuje v dôsledku priečnych aberácií. Hoci existujú lupy s 20-násobným zväčšením, ich typická multiplicita je od 5 do 10. Zväčšenie zloženého mikroskopu, zvyčajne označovaného ako jednoducho mikroskop, dosahuje 2000-krát.

  Teleskop.

Ďalekohľad zvyšuje zdanlivú veľkosť vzdialených objektov. Schéma najjednoduchšieho ďalekohľadu obsahuje dva pozitívne objektívy.

Lúče zo vzdialeného objektu, rovnobežne s osou ďalekohľadu (lúče a a c v diagrame), sa zhromažďujú v zadnom zaostrení prvej šošovky (objektívu). Druhá šošovka (okuláre) je odstránená z ohniskovej roviny šošovky pri jej ohniskovej vzdialenosti a lúče a a c sa z nej vynoria opäť rovnobežne s osou systému. Niektoré lúče b, pochádzajúce z tých bodov objektu, z ktorých lúče a a c pochádzajú, spadajú pod uhlom a k osi teleskopu, prechádzajú predným ohniskom objektívu a potom idú paralelne s osou systému. Okulár ho nasmeruje na zadné zaostrenie pod uhlom b. Keďže vzdialenosť od predného zaostrenia šošovky k oku pozorovateľa je zanedbateľná v porovnaní so vzdialenosťou od objektu, zo schémy je možné získať vyjadrenie zdanlivého zvýšenia v ďalekohľade M: M = -tgb / tga = -F / f "(alebo F / f). Znamienko ukazuje, že obraz je invertovaný, v astronomických ďalekohľadoch zostáva rovnaký, v teleskopoch sa používa inverzný systém na pozorovanie pozemných objektov, aby sa zobrazili normálne, nie invertované obrazy. s alebo v ďalekohľadu hranolov.

  ďalekohľad.

Binokulárny ďalekohľad, bežne označovaný ako ďalekohľad, je kompaktným nástrojom na pozorovanie s oboma očami súčasne; jeho zvýšenie je zvyčajne 6 až 10 krát. V ďalekohľadoch používajte pár baliacich systémov (najčastejšie Porro), z ktorých každý pozostáva z dvoch pravouhlých hranolov (so základňou 45 °), orientovaných na obdĺžnikové hrany.

Na získanie veľkého zväčšenia v širokom zornom poli, bez odchýlok šošoviek, a teda aj významného pozorovacieho uhla (6-9 °), vyžadujú ďalekohľad veľmi kvalitný okulár, pokročilejší ako ďalekohľad s úzkym uhlom pohľadu. Fokus obrazu je poskytnutý v okulári ďalekohľadu, s korekciou zraku a jeho mierka je vyznačená v dioptriách. Okrem toho v okulároch sa poloha okulára prispôsobuje vzdialenosti medzi očami pozorovateľa. Obvykle sú ďalekohľady označené v súlade s ich zväčšením (v prepravkách) a priemerom šošovky (v milimetroch), napríklad 8 * 40 alebo 7 x 50.

  Optický zameriavač.

Ako optický zameriavač sa môže použiť akýkoľvek teleskop na pozorovanie v teréne, ak je v akejkoľvek rovine jeho obrazového priestoru na použitie jasných značiek (mriežky, značky), ktoré zodpovedajú danému účelu. Typické zariadenie mnohých vojenských optických zariadení je také, že šošovka ďalekohľadu sa otvorene pozerá na cieľ a okuláre sú v kryte. Takýto systém vyžaduje prelomenie optickej osi zraku a použitie hranolov na jeho posun; tieto rovnaké hranoly transformujú invertovaný obraz na priamy. Systémy s optickým osovým posunom sa nazývajú periskopické. Obvykle sa optický zameriavač vypočíta tak, aby sa žiak svojho výstupu odstránil z posledného povrchu okulára v dostatočnej vzdialenosti, aby ochránil oko strelca pred zasiahnutím okraja teleskopu, keď je zbraň obnovená.

  Vyhľadávač vzdialeností

Optické zameriavače dosahu, ktorými merajú vzdialenosti k objektom, sú dvoch typov: monokulárnych a stereoskopických. Aj keď sa líšia v konštrukčných detailoch, hlavná časť optickej schémy je pre nich rovnaká a princíp činnosti je rovnaký: na známej strane (základňa) a dvoch známych uhloch trojuholníka sa určuje jej neznáma strana. Dva paralelne orientované teleskopy, rozmiestnené vo vzdialenosti b (základňa), vytvárajú obrazy toho istého vzdialeného objektu takým spôsobom, že sa zdá, že ich možno pozorovať v rôznych smeroch (veľkosť cieľa môže tiež slúžiť ako základňa). Ak sa použije nejaké prijateľné optické zariadenie na kombinovanie obrazových polí oboch teleskopov tak, aby sa dali pozorovať súčasne, ukazuje sa, že zodpovedajúce obrazy objektu sú priestorovo oddelené. Vyhľadávače rozsahu nie sú len s plným presahom polí, ale aj s polovicou: horná polovica obrazového priestoru jedného teleskopu je kombinovaná so spodnou polovicou obrazového priestoru druhého ďalekohľadu. V takýchto zariadeniach pomocou vhodného optického prvku je kombinácia priestorovo oddelených obrazov a nameraná hodnota je určená relatívnym posunom obrazov. Hranol alebo kombinácia hranolov často slúži ako strižný prvok.

MONOCULÁRNY DALNOMER. A je pravouhlý hranol; B - pentaprizmus; Šošovky typu C; D - okuláre; E - oko; P1 a P2 sú pevné hranoly; P3 - pohyblivý hranol; I1 a I2 - obrazy polovice zorného poľa

V obvode monokulárneho diaľkomeru znázornenom na obrázku je táto funkcia vykonávaná hranolom P3; je spojená s mierkou odstupňovanou v meraných vzdialenostiach objektu. Pentaprisms B sa používajú ako reflektory svetla v pravých uhloch, pretože takéto hranoly vždy vychyľujú dopadajúci svetelný lúč o 90 °, bez ohľadu na presnosť ich inštalácie v horizontálnej rovine zariadenia. Snímky vytvorené dvoma ďalekohľadmi v stereoskopickom diaľkomeri, ktoré pozorovateľ vidí oboma očami naraz. Základňa takéhoto zameriavača umožňuje pozorovateľovi vnímať polohu objektu objemovo v určitej hĺbke v priestore. Každý ďalekohľad má mriežku so značkami zodpovedajúcimi hodnotám vzdialenosti. Pozorovateľ vidí mierku vzdialenosti, ktorá ide hlboko do znázorneného priestoru a určuje vzdialenosť objektu od neho.

  Osvetľovacie a projekčné zariadenia. Svetlomety.

V optickej schéme svetelného zdroja je na ohnisku parabolického reflektora umiestnený svetelný zdroj, ako napríklad kráter s elektrickým výbojom. Lúče vyžarujúce zo všetkých bodov oblúka sa odrážajú parabolickým zrkadlom takmer paralelne k sebe. Lúč lúčov sa mierne odlišuje, pretože zdroj nie je svetelný bod, ale objem konečnej veľkosti.

  Diascopy.

Optická schéma tohto zariadenia, určená na prezeranie priehľadných fólií a transparentných farebných rámov, obsahuje dva systémy objektívov: kondenzátor a projekčnú šošovku. Kondenzátor rovnomerne osvetľuje priehľadný originál a nasmeruje lúče do premietacej šošovky, ktorá vytvára obraz na obrazovke. Projekčná šošovka umožňuje zaostrenie a výmenu šošoviek, čo umožňuje meniť vzdialenosť na obrazovku a veľkosť obrazu na nej. Optická schéma filmového projektora je rovnaká.

SCHÉMA DIASKOPA. A je sklíčko; Kondenzátor B - šošoviek; C - projekčná šošovka; D - obrazovka; S - svetelný zdroj

  Spektrálne nástroje.

Hlavným prvkom spektrálneho prístroja môže byť disperzný hranol alebo difrakčná mriežka. V takomto prístroji je svetlo najprv kolimované, t.j. je vytvorený do lúča rovnobežných lúčov, potom sa rozkladá do spektra a konečne je obraz vstupnej štrbiny nástroja zameraný na výstupnú štrbinu pozdĺž každej vlnovej dĺžky spektra.

  Spectrometer.

V tomto viac alebo menej univerzálnom laboratórnom prístroji sa môžu kolimačné a zaostrovacie systémy otáčať vzhľadom na stred stola, na ktorom sa nachádza prvok rozkladajúci svetlo do spektra. Zariadenie má stupnice na počítanie uhlov rotácie, napríklad disperzný hranol, a uhly odchýlky za ním rôznych farebných zložiek spektra. Výsledky takýchto meraní merajú napríklad index lomu transparentných tuhých látok.

  Spektrograf.

Toto je názov zariadenia, v ktorom sa získané spektrum alebo jeho časť natáča na fotografický materiál. Môžete získať spektrum z hranolu z kremeňa (rozsah 210-800 nm), skla (360-2500 nm) alebo kamennej soli (2500-16000 nm). V tých spektrálnych oblastiach, kde hranoly slabo absorbujú svetlo, sú obrazy spektrálnych čiar v spektrografe jasné. V spektrografoch s difrakčnými mriežkami majú tieto dve funkcie dve funkcie: rozkladajú žiarenie do spektra a zaostrujú farebné zložky na fotografický materiál; takéto zariadenia sa používajú v ultrafialovej oblasti.

  kameraje to uzavretá, svetlo-tesná komora. Obraz fotografovaných objektov je vytvorený na fotografickom filme systémom objektívov nazývaným objektív. Špeciálna uzávierka umožňuje otvárať objektív v čase expozície.

Funkciou fotoaparátu je, že na plochom filme by sa mali získať celkom ostré obrazy objektov v rôznych vzdialenostiach.

V rovine filmu sú ostré iba obrazy objektov v určitej vzdialenosti. Zaostrenie sa dosiahne pohybom šošovky vzhľadom na film. Obrázky bodov, ktoré nie sú v rovine ostrého vedenia, sú rozmazané vo forme kruhov rozptylu. Veľkosť d týchto kruhov môže byť redukovaná diafragmou šošovky, t.j. zmenšenie clony a / f. To vedie k zvýšeniu hĺbky ostrosti.

Objektív modernej kamery sa skladá z niekoľkých objektívov kombinovaných do optických systémov (napríklad optická schéma Tessaru). Počet šošoviek v objektívoch najjednoduchších kamier sa pohybuje od jedného do troch av moderných nákladných fotoaparátoch je až desať alebo dokonca osemnásť.

Optická schéma Tessar

Optické systémy v objektíve môžu byť od dvoch do piatich. Takmer všetky optické schémy sú usporiadané a pracujú rovnakým spôsobom - zameriavajú svetelné lúče prechádzajúce cez šošovky na fotosenzitívnu matricu.

Iba kvalita obrazu na fotografii závisí od objektívu, či bude fotografia ostrá, či obraz nebude deformovať tvar a čiaru, či bude dobre prenášať farbu - to všetko závisí od vlastností objektívu, takže objektív je jedným z najdôležitejších prvkov moderného fotoaparátu.

Šošovky objektívu sú vyrobené zo špeciálnych druhov optického skla alebo optického plastu. Vytvorenie objektívu je jedným z najdrahších operácií vytvorenia fotoaparátu. Porovnaním skiel a plastových šošoviek stojí za zmienku, že plastové šošovky sú lacnejšie a jednoduchšie. V súčasnosti je väčšina šošoviek lacných amatérskych kompaktných fotoaparátov vyrobená z plastu. Ale takéto šošovky sú náchylné k poškriabaniu a nie sú tak trvanlivé, po asi dvoch alebo troch rokoch sa stávajú zakalenými a kvalita fotografií zostáva veľmi žiaduca. Optické kamery sú drahšie z optického skla.

V súčasnosti sú najkompaktnejšie objektívy vyrobené z plastu.

Medzi sebou, šošovky lepidla objektívu alebo spojiť s veľmi presne vypočítané kovové rámy. Lepiace šošovky možno nájsť oveľa častejšie ako kovové rámy.

Projekčné prístrojeurčené na produkciu veľkých obrazov. Objektív O projektora zaostruje obraz plochého objektu (diapozitív D) na vzdialenú obrazovku E. Systém objektívov K, nazývaný kondenzátor, je určený na sústredenie svetla zdroja S na sklíčko. Na obrazovke E sa vytvorí skutočný zväčšený inverzný obrázok. Zväčšenie premietacieho zariadenia sa môže zmeniť zväčšením alebo odstránením obrazovky E a súčasne zmenou vzdialenosti medzi šmýkadlom D a šošovkou O.

Fulltextové vyhľadávanie:

Hlavná stránka\u003e Abstrakt\u003e Fyzika

Typy objektívov

odraz   alom svetla   Svetlo sa používa na zmenu smeru lúčov alebo, ako sa hovorí, na ovládanie svetelných lúčov. Na základe toho vzniklo špeciálneoptické prístroje ako lupa, ďalekohľad, mikroskop, kamera a iné. Hlavná časť väčšiny z nich ješošovka , Napríkladokuliare   - Toto sú šošovky uzavreté v ráme. Už tento príklad ukazuje, aké dôležité je používanie šošoviek pre osobu.

Napríklad na prvom obrázku banky, ako ju vidíme v živote,

a na druhú, ak sa na to pozeráme cez lupu (tá istá šošovka).

V optike sa najčastejšie používa sférické šošovky, Takéto šošovky sú telesá vyrobené z optického alebo organického skla, ohraničené dvoma sférickými povrchmi.

Šošovky sa nazývajú priehľadné telesá, ohraničené na oboch stranách zakrivenými plochami (konvexnými alebo konkávnymi). Priama čiaraABprechádzajúcimi stredmi sférických povrchov C1 a C2, ktoré ohraničujú šošovku, sa nazýva optická os.

Na tomto obrázku sú znázornené priečne rezy dvoch šošoviek s centrami v bode O. Prvá šošovka zobrazená na obrázku sa nazýva reliéf, druhá - konkávne, Bod O, ktorý leží na optickej osi v strede týchto šošoviek, sa nazýva optický stredný objektív.

Jeden z dvoch obmedzujúcich povrchov môže byť plochý.

C

ľavá šošovka - konvexná,

vpravo - konkávne.

Zoberieme do úvahy iba sférické šošovky, teda šošovky ohraničené dvoma sférickými (sférickými) povrchmi.
Šošovky ohraničené dvoma konvexnými povrchmi sa nazývajú šošovkovité; šošovky ohraničené dvoma konkávnymi povrchmi sa nazývajú biconcave.

Pri nasmerovaní lúča lúčov rovnobežne s hlavnou optickou osou šošovky na konvexnú šošovku uvidíme, že po lome v šošovke sa tieto lúče zachytia v bode nazývanom hlavné zameranie   šošovky

- bod F. Šošovka má dve hlavné zamerania, na oboch stranách v rovnakej vzdialenosti od optického stredu. Ak je svetelný zdroj zaostrený, potom po refrakcii v šošovke budú lúče rovnobežné s hlavnou optickou osou. Každá šošovka má dve ohniska - jednu na každej strane objektívu. Vzdialenosť objektívu od jeho zaostrenia sa nazýva ohnisková vzdialenosť objektívu.
Nasmerujme lúč rozbiehajúcich sa lúčov z bodového zdroja ležiaceho na optickej osi na konvexnú šošovku. Ak je vzdialenosť od zdroja k šošovke väčšia ako ohnisková vzdialenosť, potom lúče po refrakcii v šošovke prechádzajú cez optickú os šošovky v jednom bode. V dôsledku toho konvexná šošovka zbiera lúče pochádzajúce zo zdrojov umiestnených vo vzdialenosti väčšej ako je jej ohnisková vzdialenosť od šošovky. Konvexná šošovka sa preto nazýva zber.
Pri prechode lúčov konkávnou šošovkou sa pozoruje iný obraz.
Nech je lúč lúčov rovnobežný s optickou osou na bikonkávnej šošovke. Všimli sme si, že lúče zo šošovky vychádzajú z rozbiehajúceho sa lúča. Ak sa tento divergentný lúč lúčov dostane do oka, pozorovateľ bude cítiť, že lúče vychádzajú z boduF.Tento bod sa nazýva imaginárne zameranie bikonkávnej šošovky. Takúto šošovku možno nazvať difúziou.

Obrázok 63 vysvetľuje pôsobenie zberných a rozptylových šošoviek. Šošovky môžu byť reprezentované ako veľký počet hranolov. Pretože hranoly odrážajú lúče, ako je znázornené na obrázkoch, je jasné, že šošovky so zahusťovaním v strede zhromažďujú lúče a šošovky so zahusťovaním na okrajoch ich rozptyľujú. Stred šošovky pôsobí ako rovina-rovnobežná doska: nevychyľuje lúče ani v zbernej, ani v rozptyľujúcej šošovke

Na obrázkoch sú zberné šošovky označené tak, ako je znázornené na obrázku vľavo, a difúzne šošovky - na obrázku vpravo.

Medzi konvexnými šošovkami sa rozlišujú: bikonvexné, ploché-konvexné a konkávne-konvexné (resp. Na obrázku). Pre všetky konvexné šošovky je stred rezu širší ako hrany. Tieto šošovky sa nazývajú zber.

C medzi konkávnymi šošovkami je bikonkávna, plochá konkávna a konvexne konkávna (na obr.). Všetky konkávne šošovky majú strednú časť užšiu ako hrany. Tieto šošovky sa nazývajú rozptyl.

Svetlo je elektromagnetické žiarenie, ktoré oko vníma zrakovým pocitom.

Zákon priameho šírenia svetla: svetlo v jednotnom médiu sa šíri priamočiaro

Svetelný zdroj, ktorého rozmery sú malé v porovnaní so vzdialenosťou od obrazovky, sa nazýva bodový zdroj svetla.

Dopadajúci lúč a odrazený lúč ležia v tej istej rovine, s kolmou polohou, ktorá je obnovená na odraznom povrchu v bode dopadu. Uhol dopadu sa rovná uhlu odrazu.

Ak je bodový objekt a jeho odraz zamenené, priebeh lúčov sa nemení, zmení sa iba ich smer.

Zrkadlový odrazový povrch sa nazýva ploché zrkadlo, ak zväzok lúčov rovnobežných lúčov dopadajúcich naň po odraze zostáva rovnobežný.

Šošovka, ktorej hrúbka je oveľa menšia ako polomer zakrivenia jej povrchov, sa nazýva tenká šošovka.

Šošovka, ktorá premieňa lúč rovnobežných lúčov na konvergujúci lúč a zbiera ho do jedného bodu, sa nazýva konvergujúca šošovka.

Objektív, ktorý konvertuje lúč paralelných lúčov do divergentného rozptylu.

Na zber objektívov

Pre difúzne šošovky:

Vo všetkých polohách objektu objektív poskytuje redukovaný, imaginárny, priamy obraz, ležiaci na rovnakej strane objektívu ako objekt.

Vlastnosti očí:

ubytovanie (dosiahnuté zmenou tvaru šošovky);

adaptácia (prispôsobenie sa rôznym svetelným podmienkam);

zraková ostrosť (schopnosť oddelene rozlišovať medzi dvoma blízkymi bodmi);

zorné pole (priestor pozorovaný pri pohybe očí, ale hlava je nepohyblivá)

Nedostatky zraku

krátkozrakosť (korekčná difúzna šošovka);

ďalekozrakosť (korekcia - zberná šošovka).

Tenký objektív predstavuje najjednoduchší optický systém. Jednoduché tenké šošovky sa používajú hlavne vo forme okuliarov. Okrem toho je použitie šošovky ako lupy dobre známe.

Činnosť mnohých optických zariadení - projekčná lampa, kamera a ďalšie zariadenia - môže byť schematicky prirovnaná k činnosti tenkých šošoviek. Tenká šošovka však poskytuje dobrý obraz len v relatívne zriedkavom prípade, keď sa môžete obmedziť na úzky jednofarebný lúč prichádzajúci zo zdroja pozdĺž hlavnej optickej osi alebo na veľký uhol k nej. Vo väčšine praktických úloh, kde tieto podmienky nie sú splnené, obraz daný tenkou šošovkou nie je celkom dokonalý.
Vo väčšine prípadov sa preto uchyľujú k budovaniu zložitejších optických systémov, ktoré majú veľký počet lomových povrchov a nie sú obmedzené požiadavkou na blízkosť týchto povrchov (požiadavka, aby tenká šošovka vyhovovala). [4]

4.2 Fotografické prístroje.   optickýnástrojov.

Všetky optické zariadenia možno rozdeliť do dvoch skupín:

1) zariadenia, s ktorými sa na obrazovke získajú optické obrazy. Patrí medzi neprojekčné prístroje , kamery , filmové kamery atď.

2) zariadenia, ktoré fungujú len spolu s ľudskými očami a na obrazovke nevytvárajú obraz. Patrí medzi nezväčšovacie sklo , mikroskop   a rôzne systémy prístrojového vybaveniaďalekohľady , Takéto zariadenia sa nazývajú vizuálne.

Fotoaparát.

C moderné kamery majú zložitú a rôznorodú štruktúru, zvažujeme základné prvky, z ktorých sa kamera skladá a ako fungujú.

Hlavná časť každej kamery je šošovka - objektív alebo systém objektívov umiestnený pred svetlom puzdre fotoaparátu (vľavo). Šošovka môže byť hladko posunutá voči filmu, aby sa získal jasný obraz o predmetoch, ktoré sú blízko alebo vzdialené od fotoaparátu.

Počas fotografovania sa objektív otvára špeciálnou uzávierkou, ktorá prenáša svetlo na film iba v čase fotografovania. membrána   reguluje svetelný tok, ktorý dopadá na film. Kamera dáva redukovaný, inverzný, reálny obraz, ktorý je fixovaný na filme. Pri pôsobení svetla sa zmení zloženie filmu a na ňom sa vytlačí obrázok. Zostáva neviditeľný, až kým sa film nevloží do špeciálneho riešenia, developera. Pod pôsobením developera sú tie miesta filmu, na ktoré svetlo dopadlo, zatemnené. Čím viac miesta filmu bolo osvetlené, tým tmavšie bude po vývoji. Výsledný obrázok sa nazýva negatívny   (z latiny. Negativus - negatív), na ňom sú svetelné miesta subjektu tmavé a tmavé miesta osvetľujú svetlo.

K tomuto obrazu za pôsobenia svetla sa nezmenil, vyvinutý film je ponorený do iného roztoku - fixátora. Fotosenzitívna vrstva týchto oblastí filmu, ktoré svetlo neovplyvnilo, sa v ňom rozpustí a vymyje. Potom sa film premyje a vysuší.

S negatívnym dostať pozitívne(z Lat. Pozitivus - pozitívny), t.j. obraz, v ktorom sú tmavé miesta rozložené ako na fotografovanom subjekte. Na to sa negatív aplikuje s papierom, tiež pokrytý fotosenzitívnou vrstvou (na fotografický papier) a osvetlený. Potom sa fotografický papier ponorí do vývojky, potom do fixačného prostriedku, premyje a vysuší.

Po vývoji filmu sa pri tlači fotografií používa fotografický zväčšovač, čo zvyšuje obraz negatívu na fotografický papier.

Lupou.

Pre lepšie zobrazenie malých položiek je potrebné použiť zväčšovacie sklo.

Zväčšovacie sklo sa nazýva bikonvexná šošovka s krátkou ohniskovou vzdialenosťou (od 10 do 1 cm). Lupa je najjednoduchšie zariadenie, ktoré umožňuje zväčšiť uhol pohľadu.

H naše oko vidí iba tie objekty, ktorých obraz je získaný na sietnici. Čím väčší je obraz objektu, tým väčší je uhol pohľadu, podľa ktorého ho vidíme, tým jasnejšie ho rozlišujeme. Mnohé objekty sú malé a viditeľné zo vzdialenosti najlepšieho videnia od uhla pohľadu v blízkosti limitu. Zväčšovač zväčšuje uhol pohľadu, ako aj obraz objektu na sietnici, takže zdanlivá veľkosť objektu

v porovnaní s jeho skutočnou veľkosťou.

predmetABumiestnené vo vzdialenosti, mierne menšie ohnisko, od lupy (obr. vpravo). Zväčšovacie sklo zároveň poskytuje priamy, zväčšený, mentálny obraz.A1 B1.Lupa je zvyčajne umiestnená tak, že obraz objektu je vo vzdialenosti od najlepšieho videnia z oka.

Mikroskop.

Pre veľké uhlové zväčšenia (od 20 do 2000) a použite optické mikroskopy. Zväčšený obraz malých predmetov v mikroskope sa získa pomocou optického systému, ktorý sa skladá z objektívu a okulára.

Najjednoduchším mikroskopom je systém s dvomi objektívmi: objektív a okulár. predmetABumiestnené pred objektívom, ktorým je objektív, v určitej vzdialenostiF 1< d < 2F 1 a pohľad cez okuláre, ktorý sa používa ako zväčšovacie sklo. Zväčšenie G mikroskopu sa rovná súčinu zväčšenia šošovky G1 zväčšením okulára G2:

Princíp mikroskopu je redukovaný na konzistentný nárast uhla pohľadu, najprv s objektívom a potom s okulárom.

Projekčné prístroje.

P rotačný prístroj používaný na získanie zväčšených obrázkov. Spätné projektory sa používajú na výrobu statických obrazov a pomocou filmových projektorov sa získajú rámy, ktoré sa rýchlo navzájom nahrádzajú. ruga a sú vnímané ľudským okom ako pohyblivé obrazy. V projekčnom prístroji je fotografia na priehľadnej fólii umiestnená vo vzdialenosti od šošovkyd,ktorý spĺňa podmienku:F< d < 2F , Na osvetlenie fólie sa používa elektrická lampa 1. Na koncentráciu svetelného toku sa používa kondenzátor 2, ktorý pozostáva zo systému šošoviek, ktorý zhromažďuje divergujúce lúče zo zdroja svetla na ráme filmu 3. Pomocou šošovky 4 na obrazovke 5 sa zväčšuje, priamy, skutočný obraz

Teleskop.

D teleskopy alebo teleskopy slúžia na sledovanie vzdialených objektov. Účelom teleskopu je zhromaždiť čo najviac svetla od objektu, ktorý je predmetom štúdie, a zvýšiť jeho zdanlivé uhlové rozmery.

Hlavnou optickou časťou ďalekohľadu je objektív, ktorý zachytáva svetlo a vytvára obraz zdroja.

E existujú dva hlavné typy teleskopov: refraktory (založené na objektívoch) a reflektory (založené na zrkadlách).

Najjednoduchší ďalekohľad - refraktor, podobne ako mikroskop, má objektív a okuláre, ale na rozdiel od mikroskopu má objektív ďalekohľadu veľkú ohniskovú vzdialenosť a okulár má malú ohniskovú vzdialenosť. Pretože kozmické telá sú umiestnené vo veľmi veľkých vzdialenostiach od nás, lúče z nich idú paralelným lúčom a sú zbierané šošovkou v ohniskovej rovine, kde je získaný opačný, redukovaný, skutočný obraz. Ak chcete, aby bol obrázok zarovnaný, použite iný objektív.formulára

Os otáčania šošovky, Po spracovaní priemer šošovky   kontrolná ortéza. faceting šošovky, faceting šošovky   - toto je ... konečne odrezané. Všetko druhov   Konštrukčné skosenie sa aplikuje po vystredení šošovky, Prebieha ...

Najväčšou hodnotou pre optometriu je prechod svetla cez šošovky. Šošovka je telo vyrobené z priehľadného materiálu, ohraničené dvoma lomovými povrchmi, z ktorých aspoň jedna je povrchom otáčania.

Zvážte najjednoduchší objektív - tenký, obmedzený na jeden sférický a jeden plochý povrch. Táto šošovka sa nazýva sférická. Je to segment odrezaný od sklenenej gule. Čiara AO spájajúca stred gule so stredom šošovky sa nazýva jej optická os. Na tomto oddiele môže byť takáto šošovka znázornená ako pyramída z malých hranolov so zväčšujúcim sa uhlom na vrchole.

Kde D je refrakčná sila šošovky, dioptrie; f - ohnisková vzdialenosť, m;

Refrakčná sila šošovky sa meria v dioptriách. Toto je základná jednotka v optometrii. Refrakčná sila šošovky s ohniskovou vzdialenosťou 1 m sa berie ako 1 dioptria (D, dioptria), takže šošovka s ohniskovou vzdialenosťou 0,5 m má refrakčný výkon 2,0 dioptrie, 2 m - 0,5 dioptrie atď. konvexné šošovky majú kladnú hodnotu, konkávne - negatívne.

V jednom bode sa zbiehajú nielen lúče rovnobežné s optickou osou, ktoré prechádzajú cez konvexnú sférickú šošovku. Lúče vyžarujúce z akéhokoľvek bodu vľavo od šošovky (nie bližšie ako ohnisko) sa zbiehajú do iného bodu napravo od nej. Vďaka tomu má sférická šošovka vlastnosť vytvárať obrazy objektov.

Pôsobenie sférických šošoviek sa nazýva stigmatické (z gréckeho - bodu), pretože tvoria obraz bodu v priestore ako bodu.

Nasledujúce typy šošoviek sú cylindrické a torické. Konvexná cylindrická šošovka má tendenciu zbierať zväzok lúčov rovnobežných s osou valca. Priame F1F2 analogicky s ohniskom sférickej šošovky sa nazýva ohnisková čiara.

Komplikovanejšia je šošovka s torickým povrchom, ktorá sa vytvára, keď sa kruh alebo oblúk otáča s polomerom r okolo osi. Polomer otáčania R nie je rovný polomeru r.

Yu.Z. Rosenblum