Urządzenie teleskopowe. Wielka encyklopedia ropy i gazu

Załamanie światła jest szeroko stosowane w różnych przyrządach optycznych: kamerach, lornetkach, teleskopach, mikroskopach. . . Nieodzowną i najistotniejszą częścią takich urządzeń jest obiektyw.

Soczewka to optycznie przezroczysty, jednorodny korpus ograniczony z obu stron dwiema powierzchniami sferycznymi (lub jedną sferyczną i jedną płaską).

Soczewki są zwykle wykonane ze szkła lub specjalnych przezroczystych tworzyw sztucznych. Mówiąc o materiale obiektywu, nazwiemy go szkłem, nie odgrywa to szczególnej roli.

4.4.1 dwuwypukła soczewka

Rozważmy najpierw soczewkę ograniczoną z obu stron przez dwie wypukłe powierzchnie sferyczne (ryc. 4.16). Taka soczewka nazywana jest soczewką dwuwypukłą. Naszym zadaniem jest teraz zrozumienie przebiegu promieni w tej soczewce.

Ryż. 4.16. Refrakcja w dwuwypukłej soczewce

Najprostsza sytuacja dotyczy wiązki poruszającej się wzdłuż głównej osi optycznej osi symetrii soczewki. Na ryc. 4.16 promień ten opuszcza punkt A0 . Główna oś optyczna jest prostopadła do obu kulistych powierzchni, więc wiązka ta przechodzi przez soczewkę bez załamywania się.

Teraz weźmy wiązkę AB biegnącą równolegle do głównej osi optycznej. W punkcie B wiązki padającej na soczewkę rysowany jest normalny MN do powierzchni soczewki; ponieważ wiązka przechodzi z powietrza do optycznie gęstszego szkła, kąt załamania CBN jest mniejszy niż kąt padania ABM. Dlatego załamany promień BC zbliża się do głównej osi optycznej.

W punkcie C wyjścia wiązki z soczewki rysowany jest również normalny P Q. Wiązka przechodzi do optycznie mniej gęstego powietrza, więc kąt załamania QCD jest większy niż kąt padania P CB; wiązka jest ponownie załamywana w kierunku głównej osi optycznej i przecina ją w punkcie D.

Zatem każdy promień równoległy do ​​głównej osi optycznej po załamaniu w soczewce zbliża się do głównej osi optycznej i przecina ją. Na ryc. 4.17 pokazuje wzór załamania wystarczająco szerokiej wiązki światła równoległej do głównej osi optycznej.

Ryż. 4.17. Aberracja sferyczna w dwuwypukłej soczewce

Jak widać, szeroka wiązka światła nie jest skupiana przez soczewkę: im dalej wiązka padająca od głównej osi optycznej, tym bliżej soczewki przecina główną oś optyczną po załamaniu. Zjawisko to nazywane jest aberracją sferyczną i odnosi się do wad obiektywów, ponieważ nadal chcielibyśmy, aby obiektyw redukował równoległy wiązka promieni do jednego punktu5.

Bardzo zadowalające ogniskowanie można uzyskać stosując wąską wiązkę światła przechodzącą w pobliżu głównej osi optycznej. Wtedy aberracja sferyczna jest prawie niezauważalna, patrz ryc. 4.18.

Ryż. 4.18. Ogniskowanie wąskiej wiązki za pomocą soczewki skupiającej

Widać wyraźnie, że wąska wiązka równoległa do głównej osi optycznej, po przejściu przez soczewkę, jest zbierana w przybliżeniu w jednym punkcie F. Z tego powodu nasz obiektyw nazywa się

zbieranie.

5 Precyzyjne ogniskowanie szerokiej wiązki jest rzeczywiście możliwe, ale w tym celu powierzchnia soczewki musi mieć bardziej złożony kształt niż kulisty. Szlifowanie takich soczewek jest czasochłonne i niepraktyczne. Łatwiej jest robić soczewki sferyczne i radzić sobie z pojawiającą się aberracją sferyczną.

Nawiasem mówiąc, aberracja ta nazywana jest sferyczną właśnie dlatego, że powstaje w wyniku zastąpienia optymalnie ogniskującej złożonej soczewki niesferycznej prostą soczewką sferyczną.

Punkt F nazywany jest ogniskiem soczewki. Ogólnie rzecz biorąc, soczewka ma dwa ogniska znajdujące się na głównej osi optycznej po prawej i lewej stronie soczewki. Odległości od ognisk do obiektywu niekoniecznie są sobie równe, ale zawsze będziemy mieli do czynienia z sytuacjami, w których ogniska znajdują się symetrycznie względem obiektywu.

4.4.2 Soczewka dwuwklęsła

Teraz rozważymy zupełnie inną soczewkę, ograniczoną dwiema wklęsłymi powierzchniami sferycznymi (ryc. 4.19). Taka soczewka nazywana jest soczewką dwuwklęsłą. Tak jak powyżej prześledzimy przebieg dwóch promieni, kierując się prawem załamania.

Ryż. 4.19. Refrakcja w dwuwklęsłej soczewce

Wiązka wychodząca z punktu A0 i biegnąca wzdłuż głównej osi optycznej nie ulega załamaniu, ponieważ główna oś optyczna będąca osią symetrii soczewki jest prostopadła do obu powierzchni kulistych.

Promień AB, równoległy do ​​głównej osi optycznej, po pierwszym załamaniu zaczyna się od niego oddalać (bo przy przejściu z powietrza na szkło \CBN< \ABM), а после второго преломления удаляется от главной оптической оси ещё сильнее (так как при переходе из стекла в воздух \QCD >\PCB). Soczewka dwuwklęsła przekształca równoległą wiązkę światła w wiązkę rozbieżną (ryc. 4.20) i dlatego nazywa się ją rozbieżną.

Obserwuje się tu również aberrację sferyczną: kontynuacje rozbieżnych promieni nie przecinają się w jednym punkcie. Widzimy, że im dalej wiązka padająca od głównej osi optycznej, tym bliżej soczewki kontynuacja załamanej wiązki przecina główną oś optyczną.

Ryż. 4.20. Aberracja sferyczna w soczewce dwuwklęsłej

Podobnie jak w przypadku dwuwypukłej soczewki, aberracja sferyczna będzie prawie niezauważalna dla wąskiej wiązki przyosiowej (ryc. 4.21). Rozszerzenia promieni odbiegających od soczewki przecinają się w przybliżeniu w jednym punkcie w ognisku soczewki F.

Ryż. 4.21. Załamanie wąskiej wiązki w soczewce rozpraszającej

Jeśli tak rozbieżna wiązka wpadnie do naszego oka, zobaczymy za soczewką punkt świetlny! Czemu? Przypomnij sobie, jak obraz pojawia się w płaskim lustrze: nasz mózg ma zdolność kontynuowania rozbieżnych promieni, aż się przecinają i tworzą iluzję świetlistego obiektu na skrzyżowaniu (tzw. wyimaginowany obraz). Właśnie taki wirtualny obraz znajdujący się w ognisku obiektywu zobaczymy w tym przypadku.

Oprócz znanej nam soczewki dwuwypukłej pokazano tutaj: soczewkę płasko-wypukłą, w której jedna z powierzchni jest płaska, oraz soczewkę wklęsło-wypukłą, łączącą wklęsłe i wypukłe powierzchnie graniczne. Zauważ, że w soczewce wklęsło-wypukłej powierzchnia wypukła jest bardziej zakrzywiona (jej promień krzywizny jest mniejszy); dlatego efekt zbieżności wypukłej powierzchni refrakcyjnej przeważa nad efektem rozpraszania powierzchni wklęsłej, a soczewka jako całość jest zbieżna.

Wszystkie możliwe soczewki rozpraszające pokazano na ryc. 4.23.

Ryż. 4.23. Soczewki rozbieżne

Wraz z soczewką dwuwklęsłą widzimy soczewkę płasko-wklęsłą (której jedna z powierzchni jest płaska) i soczewkę wypukło-wklęsłą. Wklęsła powierzchnia soczewki wypukło-wklęsłej jest zakrzywiona w większym stopniu, tak że efekt rozpraszania granicy wklęsłej przeważa nad efektem zbieżności granicy wypukłej, a soczewka jako całość jest rozbieżna.

Spróbuj samodzielnie zbudować ścieżkę promieni w tych typach soczewek, których nie braliśmy pod uwagę, i upewnij się, że naprawdę są zbieżne lub rozpraszające. To świetne ćwiczenie i nie ma w nim nic trudnego dokładnie tych samych konstrukcji, które zrobiliśmy powyżej!

Lekcja wideo 2: Soczewka rozbieżna - Fizyka w eksperymentach i eksperymentach

Wykład: Soczewki zbieżne i rozbieżne. Cienki obiektyw. Ogniskowa i moc optyczna cienkiego obiektywu

Obiektyw. Rodzaje soczewek

Jak wiadomo, wszystkie zjawiska i procesy fizyczne są wykorzystywane w projektowaniu maszyn i innych urządzeń. Załamanie światła nie jest wyjątkiem. Zjawisko to zostało wykorzystane w produkcji aparatów fotograficznych, lornetek, a ludzkie oko jest również rodzajem urządzenia optycznego, które może zmieniać bieg promieni. W tym celu używany jest obiektyw.

Obiektyw- jest to przezroczysty korpus, ograniczony z obu stron kulkami.

Na szkolnym kursie fizyki brane są pod uwagę soczewki wykonane ze szkła. Można jednak użyć innych materiałów.

Istnieje kilka głównych typów soczewek, które pełnią określone funkcje.

dwuwypukła soczewka

Jeśli soczewki są wykonane z dwóch wypukłych półkul, nazywa się je dwuwypukłymi. Przyjrzyjmy się, jak zachowują się promienie przechodząc przez taką soczewkę.

Na obrazie 0 D jest główną osią optyczną. Jest to promień przechodzący przez środek soczewki. Obiektyw jest symetryczny względem tej osi. Wszystkie inne promienie przechodzące przez środek nazywane są osiami bocznymi, ze względu na ich symetrię nie obserwuje się.

Rozważ wiązkę padającą AB, który jest załamany z powodu przejścia do innego medium. Gdy załamana wiązka dotknie drugiej ściany kuli, zostaje ponownie załamana przed przekroczeniem głównej osi optycznej.

Z tego możemy wywnioskować, że jeśli pewna wiązka szła równolegle do głównej osi optycznej, to po przejściu przez soczewkę przetnie główną oś optyczną.

Wszystkie promienie znajdujące się blisko osi przecinają się w jednym punkcie, tworząc belkę. Te promienie, które są daleko od osi, przecinają się w miejscu bliżej soczewki.

Zjawisko, w którym promienie zbiegają się w jednym punkcie, nazywa się skupienie, a punkt ostrości to skupiać.

Ostrość (ogniskowa) jest oznaczona na rysunku literą F.

Soczewka, w której promienie są gromadzone w jednym punkcie za nią, nazywana jest soczewką skupiającą. To znaczy dwuwypukły obiektyw jest zgromadzenie.

Każdy obiektyw ma dwa ogniska - znajdują się przed obiektywem i za nim.

Soczewka dwuwklęsła

Soczewka wykonana z dwóch wklęsłych półkul nazywa się dwuwklęsły.

Jak widać z rysunku, promienie, które uderzają w taką soczewkę, są załamywane, a przy wyjściu nie przecinają osi, ale wręcz przeciwnie, mają tendencję do niej.

Z tego możemy wywnioskować, że taka soczewka rozprasza się i dlatego nazywa się rozproszenie.

Jeśli promienie, które zostały rozproszone, nadal znajdują się przed soczewką, gromadzą się w jednym punkcie, który nazywa się wyimaginowane skupienie.

Soczewki zbieżne i rozbieżne mogą również przyjmować inne typy, jak pokazano na rysunkach.

1 - dwuwypukły;

2 - płasko-wypukły;

3 - wklęsło-wypukły;

4 - dwuwklęsły;

5 - płasko-wklęsły;

6 - wypukło-wklęsły.

W zależności od grubości soczewki może załamywać promienie mniej lub bardziej. Aby określić, jak mocno soczewka załamuje się, należy podać wielkość zwaną moc optyczna.

D to moc optyczna soczewki (lub systemu soczewek);

F to ogniskowa obiektywu (lub systemu obiektywów).

[D] = 1 dioptria. Jednostką mocy optycznej obiektywu jest dioptria (m -1).

cienka soczewka

Studiując soczewki, będziemy posługiwać się pojęciem cienkiej soczewki.

Rozważmy więc rysunek, który pokazuje cienką soczewkę. Tak więc cienka soczewka to taka, której grubość jest wystarczająco mała. Jednak niepewność jest nie do przyjęcia dla praw fizycznych, więc użycie terminu „wystarczające” jest ryzykowne. Uważa się, że soczewkę można nazwać cienką, gdy jej grubość jest mniejsza niż promienie dwóch powierzchni kulistych.

1340. Ogniskowa obiektywu wynosi 10 cm, jaka jest jego moc optyczna?

1341. Ogniskowa soczewki rozpraszającej wynosi 12,5 cm Określ moc optyczną soczewki.

1342. Ogniskowa największego teleskopu Pulkovo wynosi około 14 m. Jaka jest moc optyczna jego soczewki?

1343. Jaka jest ogniskowa obiektywu, którego moc optyczna wynosi 0,4 dioptrii?

1344. Ogniskowa obiektywu aparatu wynosi 60 mm. Jaka jest moc optyczna aparatu?

1345. Istnieją dwie soczewki: pierwsza - o ogniskowej 5 cm, druga - o ogniskowej 20 cm Która z soczewek załamuje się bardziej?

1346. W głównym ognisku soczewki skupiającej umieszczono źródło światła. Narysuj przebieg promieni.

1347. Skonstruuj obraz ołówka stojącego pionowo, utworzonego przez soczewkę skupiającą, na wypadek, gdy ołówek znajduje się za podwójną ogniskową.

1348. Ołówek znajduje się pomiędzy ogniskiem a podwójną ogniskową soczewki skupiającej. Narysuj wynikowy obraz.

1349. Skonstruuj obraz ołówka stojącego pomiędzy ogniskiem soczewki skupiającej a samą soczewką.

1350. Soczewka skupiająca rozprasza promienie padające na soczewkę z punktowego źródła światła. Gdzie w tym przypadku jest punktowe źródło światła?

1351. Pokaż przez konstrukcję najprostszy sposób wyznaczenia głównej ogniskowej soczewki skupiającej. Zaprezentuj to doświadczenie.

1352. Obiekt AB znajduje się w podwójnym ognisku soczewki skupiającej (ryc. 169). Zbuduj jego wizerunek. Opisz obraz.

1353. Skonstruuj obraz punktowego źródła światła S, które tworzy soczewkę skupiającą, dla przypadków pokazanych na rysunku 170.

1354. Soczewka rozpraszająca daje obraz obiektu AB (ryc. 171). Wydrukuj ten obraz i wypisz jego właściwości. Jak rozmiar obrazu zależy od odległości między obiektem a obiektywem?

1355. Zbuduj obraz punktu świetlnego S, utworzonego przez soczewkę rozbieżną (ryc. 172). Opisz obraz.

1356. Na rysunku 173 OO' to główna oś optyczna soczewki, S to punktowe źródło światła, S' to jej obraz. Narysuj pozycję soczewki i jej ogniska. Określić, czy jest to soczewka zbieżna czy rozbieżna?

1357. W jednym z pudełek na rycinie 174 znajduje się soczewka skupiająca, w drugim - rozbieżna. Określ na podstawie konstrukcji, który obiektyw jest który.

1358. Obiekt znajduje się w odległości 20 cm od soczewki skupiającej, a jego obraz znajduje się w odległości f = 10 cm od soczewki. Jaka jest odległość obiektywu?

1359. Od fiolki do soczewki skupiającej odległość wynosi d=30 cm, a jej rzeczywisty obraz do soczewki to odległość f=60 cm.Wyznacz ogniskową soczewki.

1360. Obiekt znajduje się w odległości 40 cm od soczewki skupiającej. Jego obraz uzyskano z odległości 120 cm Jaka jest ogniskowa obiektywu?

1361. Ołówek umieszcza się w odległości 50 cm od soczewki skupiającej. Jak daleko jest obraz od obiektywu? Ogniskowa obiektywu wynosi 10 cm Opisz obraz ołówka.

1362. Obraz obiektu utworzonego przez soczewkę skupiającą uzyskano w odległości 22 cm Ogniskowa soczewki wynosi 20 cm W jakiej odległości znajduje się obiekt od soczewki, jeżeli:
a) jego wizerunek jest prawdziwy;
b) czy jego wizerunek jest wyimaginowany?

1363. W wodzie wypełnionej powietrzem znajduje się pusta szklana dwuwypukła soczewka. Na soczewkę pada równoległa wiązka promieni świetlnych. Jaka będzie ta wiązka po przejściu przez soczewkę? Narysuj coś.
Jakie obrazy da taki obiektyw w wodzie? Czy soczewka dwuwypukła zawsze jest soczewką skupiającą?

1364. Przeanalizuj podobny problem dla pustej dwuwklęsłej soczewki wypełnionej powietrzem i znajdującej się w wodzie. Jeśli w szkolnej klasie fizyki są okulary do zegarków, wykonaj z nich opisane powyżej soczewki i poeksperymentuj z nimi.

1365. Korzystając ze wzoru na soczewkę skupiającą:
1/d+1/f=1/F, obliczyć położenie i określić charakter obrazu obiektów znajdujących się w różnych odległościach od obiektywu, dla przypadków wskazanych w tabeli.
Dla przypadków d

1366. Napisz wzór na soczewkę rozpraszającą, biorąc pod uwagę, że odległość od środka optycznego soczewki do wirtualnego obrazu punktu jest podawana ze znakiem minus.

1367. Określ moc optyczną obiektywu o ogniskowej 10 cm; - 10 cm.

1368. W jakiej odległości od obiektywu o ogniskowej F = 10 cm uzyskamy obraz obiektu znajdującego się w odległości 50 cm od obiektywu?

1369. Obraz obiektu umieszczonego w odległości 40 cm od dwuwypukłej soczewki uzyskano w odległości 15 cm od soczewki. Określ ogniskową obiektywu i rozmiar obrazu, jeśli rozmiar samego obiektu wynosi 60 cm.

1370. Na zdjęciu wykonanym aparatem z obiektywem fotograficznym o ogniskowej 13,5 cm przy długości aparatu 15 cm uzyskano obraz obiektu o wielkości 2 cm Jaka jest rzeczywista wielkość obiektu?

1371. Odległość między żarówką a ekranem wynosi L = 150 cm, między nimi umieszczona jest soczewka skupiająca, która daje ostry obraz włókien żarówki na ekranie w dwóch położeniach soczewki. Jaka jest ogniskowa obiektywu, jeśli odległość między wskazanymi pozycjami obiektywu wynosi l = 30 cm?

1372. Obiekt znajduje się w odległości 20 cm od obiektywu, a jego rzeczywisty obraz znajduje się w odległości 5 cm od obiektywu. Określ moc optyczną obiektywu.

1373. Rzeczywisty obraz bańki z klejem uzyskano w odległości 42 cm od soczewki, której moc optyczna wynosi 2,5 dioptrii. Jak daleko znajduje się bańka od obiektywu?

1374. Obiekt znajduje się w odległości 30 cm od soczewki rozpraszającej, jego wirtualny obraz znajduje się w odległości 15 cm od soczewki. Określa ogniskową obiektywu.

1375. Moc optyczna obiektywu wynosi 2,5 dioptrii. Źródło światła znajduje się na jego głównej osi optycznej. Jak daleko jest źródło światła od obiektywu?

1376. Obiekt o wysokości 50 cm znajduje się w odległości d=60 cm od soczewki skupiającej o ogniskowej F=40 cm Określ wysokość obrazu.

1377. Mężczyzna o wzroście 2 m sfotografowany aparatem (ogniskowa obiektywu 12 cm). wielkość osoby na zdjęciu wynosiła 10 mm. określić odległość między osobą a obiektywem.

1378*. Obiektyw projektora ma ogniskową 15 cm i znajduje się w odległości 6 m od ekranu. Określ liniowe powiększenie obrazu na ekranie.

1379*. Zamiast obiektywu o ogniskowej 15 cm (patrz poprzednie zadanie) kładziemy obiektyw o ogniskowej 12 cm Jakie jest powiększenie obrazu na ekranie?

1382*. Czy uważasz, że możliwe jest uzyskanie obrazu slajdu z projektora na ekranie lustrzanym?
Nie. Ponieważ wszystkie promienie będą odbijane od powierzchni.

1383*. Wykreśl ścieżkę promieni w mikroskopie.

1384. Narysuj drogę promieni w teleskopie.

dwuwypukła soczewka

Soczewka płasko-wypukła

Charakterystyka cienkich soczewek

W zależności od formy istnieją kolektyw(pozytywny) i rozproszenie(negatywne) soczewki. Do grupy soczewek zbieżnych zalicza się zwykle soczewki, w których środek jest grubszy niż ich brzegi, a grupa soczewek rozpraszających to soczewki, których brzegi są grubsze niż środek. Zauważ, że jest to prawdą tylko wtedy, gdy współczynnik załamania światła materiał soczewki ma więcej niż środowisko. Jeśli współczynnik załamania soczewki jest mniejszy, sytuacja ulegnie odwróceniu. Na przykład pęcherzyk powietrza w wodzie jest dwuwypukłą soczewką dyfuzyjną.

Soczewki zazwyczaj charakteryzują się moc optyczna(mierzone w dioptrii), lub długość ogniskowa.

Do budowy urządzeń optycznych ze skorygowanym aberracja optyczna(przede wszystkim - chromatyczny, kondycjonowany) rozpraszanie światła , - achromaty i apochromaty) ważne są również inne właściwości soczewek/ich materiałów, np. współczynnik załamania światła, współczynnik dyspersji, przepuszczalność materiału w wybranym zakresie optycznym.

Czasami soczewki/soczewki optyczne (refraktory) są specjalnie zaprojektowane do użytku w mediach o stosunkowo wysokim współczynniku załamania światła (patrz mikroskop immersyjny, płyny immersyjne).

Rodzaje soczewek:
Zgromadzenie:
1 - dwuwypukły
2 - płasko-wypukły
3 - wklęsło-wypukłe (menisk dodatni)
Rozpraszanie:
4 - dwuwklęsły
5 - płaskie wklęsłe
6 - wypukło-wklęsły (menisk ujemny)

Soczewka wypukło-wklęsła nazywa się menisk i mogą być zbiorowe (gęstnieje w kierunku środka) lub rozpraszające (gęstnieje w kierunku krawędzi). Menisk, którego promienie powierzchni są równe, ma moc optyczną równą zero (używaną do korekcji dyspersja lub jako soczewka osłonowa). Tak więc soczewki okularów krótkowzrocznych są zwykle ujemną łąkotką.

Charakterystyczną właściwością soczewki skupiającej jest zdolność do zbierania promieni padających na jej powierzchnię w jednym punkcie znajdującym się po drugiej stronie soczewki.

Główne elementy obiektywu: NN - główny oś optyczna- linia prosta przechodząca przez środki powierzchni sferycznych ograniczających soczewkę; O - środek optyczny - punkt, który w przypadku soczewek dwuwypukłych lub dwuwklęsłych (o tych samych promieniach powierzchni) znajduje się na osi optycznej wewnątrz soczewki (w jej środku).
Notatka. Droga promieni jest pokazana jak w wyidealizowanej (płaskiej) soczewce, bez wskazania załamania na granicy fazy rzeczywistej. Dodatkowo pokazano nieco przerysowany obraz dwuwypukłej soczewki.

Jeśli punkt świetlny S zostanie umieszczony w pewnej odległości przed soczewką skupiającą, wiązka światła skierowana wzdłuż osi szybko przejdzie przez soczewkę. załamany, a promienie, które nie przechodzą przez środek, będą załamywane w kierunku osi optycznej i przecinają się na niej w pewnym punkcie F, który będzie obrazem punktu S. Ten punkt nazywa się sprzężona fokus, lub po prostu skupiać.

Jeśli na soczewkę pada światło z bardzo odległego źródła, którego promienie można przedstawić jako poruszające się w wiązce równoległej, to po wyjściu z soczewki promienie zostaną załamane pod większym kątem i punkt F zbliży się do soczewka na osi optycznej. W tych warunkach punkt przecięcia promieni wychodzących z soczewki nazywa się główny cel F', a odległość od środka obiektywu do głównego ogniska wynosi główna ogniskowa.

Promienie padające na soczewkę rozbieżną po wyjściu z niej będą załamywane w kierunku krawędzi soczewki, czyli będą rozpraszane. Jeśli te promienie będą kontynuowane w przeciwnym kierunku, jak pokazano na rysunku linią przerywaną, zbiegną się w jednym punkcie F, który będzie skupiać ten obiektyw. To skupienie będzie wyimaginowany.

Pozorne skupienie soczewki rozpraszającej

To, co zostało powiedziane o ogniskowaniu na głównej osi optycznej, dotyczy w równym stopniu przypadków, gdy obraz punktu znajduje się na drugorzędnej lub nachylonej osi optycznej, czyli na linii przechodzącej przez środek soczewki pod kątem do głównej oś optyczna. Nazywa się płaszczyznę prostopadłą do głównej osi optycznej, znajdującą się w głównym ognisku soczewki główna płaszczyzna ogniskowa, a w sprzężonym skupieniu - po prostu płaszczyzna ogniskowa.

Soczewki zbierające mogą być skierowane na obiekt z dowolnej strony, dzięki czemu promienie przechodzące przez soczewkę mogą być zbierane z jednej lub drugiej strony. Tak więc obiektyw ma dwa ogniska - przód oraz tył. Znajdują się one na osi optycznej po obu stronach obiektywu na ogniskowej od środka obiektywu.

Obrazowanie za pomocą cienkiej soczewki skupiającej

Opisując cechy soczewek, uwzględniono zasadę konstruowania obrazu punktu świetlnego w ognisku soczewki. Promienie padające na soczewkę z lewej strony przechodzą przez jej tylne ogniskowanie, a promienie padające z prawej strony przechodzą przez ognisko przednie. Należy zauważyć, że w obiektywach rozbieżnych przeciwnie, tylne ogniskowanie znajduje się przed obiektywem, a przednie jest z tyłu.

Konstrukcję przez soczewkę obrazu obiektów o określonym kształcie i rozmiarze uzyskuje się w następujący sposób: powiedzmy, że linia AB to obiekt znajdujący się w pewnej odległości od soczewki, znacznie przekraczającej jej ogniskową. Z każdego punktu obiektu przez soczewkę przejdą niezliczone ilości promieni, z których dla jasności rysunek pokazuje schematycznie przebieg tylko trzech promieni.

Trzy promienie wychodzące z punktu A przejdą przez soczewkę i przecinają się w odpowiednich punktach znikania na A 1 B 1, tworząc obraz. Wynikowy obraz to ważny oraz do góry nogami.

W tym przypadku obraz uzyskano w ognisku sprzężonym w pewnej płaszczyźnie ogniskowej FF, nieco oddalonej od głównej płaszczyzny ogniskowej F'F', przechodzącej równolegle do niej przez ognisko główne.

Jeśli obiekt znajduje się w nieskończonej odległości od obiektywu, jego obraz jest uzyskiwany w tylnym ognisku obiektywu F ' ważny, do góry nogami oraz zredukowany do podobnego punktu.

Jeśli obiekt znajduje się blisko obiektywu i znajduje się w odległości większej niż dwukrotność ogniskowej obiektywu, jego obraz będzie ważny, do góry nogami oraz zredukowany i będzie znajdować się za głównym ogniskiem na odcinku między nim a podwójną ogniskową.

Jeśli obiekt jest umieszczony przy dwukrotnej ogniskowej obiektywu, wynikowy obraz znajduje się po drugiej stronie obiektywu przy dwukrotnej ogniskowej od niego. Obraz jest uzyskiwany ważny, do góry nogami oraz równy rozmiar Przedmiot.

Jeśli obiekt zostanie umieszczony między przednim ogniskiem a podwójną ogniskową, zdjęcie zostanie wykonane poza podwójną ogniskową i będzie ważny, do góry nogami oraz powiększony.

Jeśli obiekt znajduje się w płaszczyźnie przedniego głównego ogniska soczewki, to promienie, które przeszły przez soczewkę, pójdą równolegle, a obraz można uzyskać tylko w nieskończoności.

Jeśli obiekt znajduje się w odległości mniejszej niż główna ogniskowa, wówczas promienie opuszczą soczewkę w postaci wiązki rozbieżnej, nigdzie nie przecinając się. Daje to obraz wyimaginowany, bezpośredni oraz powiększony, czyli w tym przypadku obiektyw działa jak szkło powiększające.

Łatwo zauważyć, że gdy obiekt zbliża się od nieskończoności do przedniego ogniska obiektywu, obraz oddala się od tylnego ogniskowania, a gdy obiekt osiąga przednią płaszczyznę ogniskowania, znajduje się od niego w nieskończoności.

Wzór ten ma ogromne znaczenie w praktyce różnego rodzaju prac fotograficznych, dlatego do określenia relacji między odległością obiektu a obiektywem oraz obiektywem a płaszczyzną obrazu konieczna jest znajomość podstawowych formuła soczewki.

Formuła cienkich soczewek

Odległości od punktu obiektu do środka soczewki i od punktu obrazu do środka soczewki są nazywane sprzężone ogniskowe.

Ilości te są od siebie zależne i są określane wzorem o nazwie formuła cienkich soczewek:

gdzie jest odległość od soczewki do obiektu; - odległość od obiektywu do obrazu; to główna ogniskowa obiektywu. W przypadku grubej soczewki wzór pozostaje niezmieniony, z tą tylko różnicą, że odległości mierzone są nie od środka soczewki, ale od główne samoloty.

Aby znaleźć jedną lub inną nieznaną wielkość z dwiema znanymi, stosuje się następujące równania:

Należy zauważyć, że znaki ilości ty , v , f są wybierane na podstawie następujących rozważań - dla rzeczywistego obrazu z rzeczywistego obiektu w soczewce skupiającej - wszystkie te wielkości są dodatnie. Jeśli obraz jest urojony, odległość do niego jest przyjmowana jako ujemna, jeśli obiekt wyimaginowany- odległość do niego jest ujemna, jeśli obiektyw jest rozbieżny - ogniskowa jest ujemna.

Skala obrazu

Skala obrazu () to stosunek wymiarów liniowych obrazu do odpowiednich wymiarów liniowych obiektu. Stosunek ten można pośrednio wyrazić jako ułamek , gdzie jest odległością od obiektywu do obrazu; to odległość od soczewki do obiektu.

Tutaj jest współczynnik redukcji, czyli liczba pokazująca, ile razy wymiary liniowe obrazu są mniejsze niż rzeczywiste wymiary liniowe obiektu.

W praktyce obliczeń znacznie wygodniej jest wyrazić ten stosunek w postaci lub , gdzie jest ogniskową obiektywu.

.

Obliczanie ogniskowej i mocy optycznej obiektywu

Soczewki są symetryczne, czyli mają taką samą ogniskową niezależnie od kierunku padania światła – lewy lub prawy, co jednak nie dotyczy innych cech, np. aberracje, którego wartość zależy od tego, która strona obiektywu jest zwrócona w stronę światła.

Kombinacja wielu soczewek (system wyśrodkowany)

Soczewki można ze sobą łączyć, tworząc złożone układy optyczne. Moc optyczną układu dwóch soczewek można znaleźć jako prostą sumę mocy optycznych każdej soczewki (pod warunkiem, że obie soczewki można uznać za cienkie i znajdują się blisko siebie na tej samej osi):

.

Jeśli soczewki znajdują się w pewnej odległości od siebie, a ich osie pokrywają się (układ dowolnej liczby soczewek o tej właściwości nazywany jest układem wyśrodkowanym), to ich całkowitą moc optyczną można znaleźć z wystarczającą dokładnością na podstawie następujące wyrażenie:

,

gdzie jest odległość między? główne samoloty soczewki.

Wady prostego obiektywu

W nowoczesnym sprzęcie fotograficznym wysokie wymagania stawiane są jakości obrazu.

Obraz dawany przez prosty obiektyw, ze względu na szereg niedociągnięć, nie spełnia tych wymagań. Eliminację większości niedociągnięć uzyskuje się poprzez odpowiedni dobór ilości soczewek w centrowanym układzie optycznym - obiektyw. Zdjęcia wykonane prostymi obiektywami mają różne wady. Wady systemów optycznych nazywane są aberracje, które dzielą się na następujące typy:

• Aberracje geometryczne
• Aberracja dyfrakcyjna(Ta aberracja jest spowodowana innymi elementami układu optycznego i nie ma nic wspólnego z samym obiektywem).

Soczewki o specjalnych właściwościach

Soczewki z organicznego polimeru

Szkła kontaktowe