Види лінз

Відображення та заломлення світла використовують для того, щоб змінювати напрямок променів або, як кажуть, керувати світловими пучками. На цьому засновано створення спеціальних оптичних приладів, таких, як лупа, телескоп, мікроскоп, фотоапарат та інші. Головною частиною більшості є лінза. Наприклад, окуляри – це лінзи, укладені в оправу. Вже цей приклад показує, яке значення має в людини застосування лінз.

Наприклад, на першому малюнку колба така, якою ми її бачимо в житті,

а на другий, якщо будемо дивитися на неї через лупу (та сама лінза).

В оптиці найчастіше використовують сферичні лінзи. Такі лінзи є тіла, виготовлені з оптичного або органічного скла, обмежені двома сферичними поверхнями.

Лінзами називають прозорі тіла, обмежені з двох сторін кривими поверхнями (опуклими або увігнутими). Пряма АВ, що проходить через цетри С1 та С2 сферичних поверхонь, що обмежують лінзу, називається оптичною віссю.

На цьому малюнку зображені перерізи двох лінз із центрами в точці О. Перша лінза, зображена на малюнку, називається опукло, друга - увігнутою. Точку О, що лежить на оптичній осі в центі вказаних лінз, називають оптичним центром лінзи.

Одна з двох поверхонь, що обмежують, може бути і плоскою.

Зліва лінзи – опуклі,

Ми розглядатимемо лише сферичні лінзи, тобто лінзи, обмежені двома кульовими (сферичними) поверхнями. Лінзи, обмежені двома опуклими поверхнями, називаються двоопуклими; лінзи, обмежені двома увігнутими поверхнями, називаються двояковогнутими.

Направивши на опуклу лінзу пучок променів, паралельних головній оптичній осі лінзи, ми побачимо, щопісля заломлення в лінзі ці промені збираються у точці, яка називається головним фокусом лінзи-точка F. Головних фокусів у лінзи два, з обох сторін на однаковій відстані від оптичного центру. Якщо джерело світла знаходиться у фокусі, то після заломлення в лінзі промені будуть паралельні головній оптичній осі. У кожної лінзи два фокуси - по одному з кожного боку лінзи. Відстань від лінзи до її фокусу називається фокусною відстанню лінзи. Направимо на опуклу лінзу пучок променів, що розходяться, від точкового джерела, що лежить на оптичній осі. Якщо відстань від джерела до лінзи більша за фокусну, то промені після заломлення в лінзі перетнуть оптичну вісь лінзи в одній точці. Отже, опукла лінза збирає промені, що йдуть від джерел, що знаходяться від лінзи на відстані, більшій за її фокусну відстань. Тому опукла лінза інакше називається збираючою. При проходженні променів через увігнуту лінзу спостерігається інша картина. Пустимо пучок променів, паралельних оптичній осі, на двояковогнуту лінзу. Ми помітимо, що з лінзи промені вийдуть пучком, що розходиться. Якщо цей пучок променів, що розходиться, потрапить в око, то спостерігачеві здаватиметься, що промені виходять з точки F. Ця точка називається уявним фокусом двояковогнутої лінзи. Таку лінзу можна назвати розсіювальною.

Малюнок 63 пояснює дію, що збирають та розсіюють лінз. Лінзи можна у вигляді великої кількості призм. Оскільки призми відхиляють промені, як показано на малюнках, зрозуміло, що лінзи з потовщенням по середині збирають промені, а лінзи з потовщенням по краях розсіюють їх. Середина лінзи діє, як плоскопаралельна пластинка: вона не відхиляє промені ні в лінії, що збирає, ні в розсіює.

На кресленнях лінзи, що збирають, позначають так, як показано на малюнку зліва, арозсіювальні - малюнку справа.

Серед опуклих лінз розрізняють: двоопуклі, плоскопуклі і увігнуто-опуклі (відповідно на рис.). У всіх опуклих лінз середина розрізу ширша, ніж краї. Ці лінзи називають збираючими.

Серед увігнутих лінз є двояковогнуті, плоско-увігнуті і опукло-увігнуті (відповідно на рис.). У всіх увігнутих лінз середина перерізу вже ніж краю. Ці лінзи називають розсіювальними.

Світло - це електромагнітне випромінювання, яке сприймається оком за зоровим відчуттям.

Закон прямолінійного поширення світла: світло в однорідному середовищі поширюється прямолінійно
Джерело світла, розміри якого малі в порівнянні з відстанню до екрана, називають точковим джерелом світла.

Промінь падаючий і промінь відбитий лежать в одній площині з перпендикуляром, відновленим до поверхні, що відбиває в точці падіння. Кут падіння дорівнює куту відбиття.
Якщо точковий об'єкт та її відбиток поміняти місцями, відхід променів у своїй не зміниться, зміниться їх напрям.

Зевкально відбиває поверхню називається плоским дзеркалом, якщо падаючий неї пучок паралельних променів після відбиття залишається паралельним.

Промінь, що падає, і промінь заломлений лежать в одній площині з перпендикуляром, встановленим до межі розділу двох середовищ у точці падіння.
Відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення для двох середовищ є величина постійна, яка залежить тільки від оптичних властивостей цих середовищ:

Лінза, товщина якої набагато менша за радіуси кривизни її поверхонь, називається тонкою лінзою.
Лінза, яка перетворює пучок паралельних променів у схожий і збирає його в одну точку, називається лінзою, що збирає.
Лінза,яка перетворює пучок паралельних променів у розбіжний - розсіює.

Для лінзи, що збирає

- лінза дає зменшене, перевернуте, дійсне зображення предмета, що бреше з іншого боку лінзи, між її фокусом і подвійним фокусом.
- лінза дає рівне, перевернуте, дійсне зображення предмета, що лежить з іншого боку лінзи, на подвійному фокусному відстані.
- Лінза дає збільшене, перевернуте, дійсне зображення предмета, розташоване по інший бік лінзи, за подвійною фокусною відстанню.
- Зображення предмета буде розмитим.
- Зображення предмета збільшене, уявне, пряме і розташоване по ту ж сторону лінзи, що і предмет.

Для розсіювальної лінзи:

За всіх положень предмета лінза дає зменшене, уявне, пряме зображення, що лежить з тієї ж сторони лінзи, як і предмет.

Формула тонкої лінзи:
Оптична сила тонкої лінзи:
1 діоптрія - це оптична сила такої лінзи, фокусна відстань якої дорівнює 1м.

акомодація (досягається зміною форми кришталиків);
адаптація (пристосування до різних умов освітленості);
гострота зору (здатність окремо розрізняти дві близькі точки);
поле зору (простір, що спостерігається під час руху очей, але нерухомій голові)

короткозорість (корекція - лінза, що розсіює);

далекозорість (корекція - лінза, що збирає).

Тонка лінза є найпростішою оптичною системою. Прості тонкі лінзи застосовуються головним чином як скла для окулярів. Крім того, загальновідоме застосування лінзи як збільшувального скла.

Дія багатьох оптичних приладів – проекційноголіхтаря, фотоапарата та інших приладів – може бути схематично уподібнено до дії тонких лінз. Однак тонка лінза дає хороше зображення лише в тому порівняно рідкісному випадку, коли можна обмежитися вузьким однобарвним пучком, що йде від джерела вздовж головної оптичної осі або під великим кутом до неї. У більшості ж практичних завдань, де ці умови не виконуються, зображення, що дається тонкою лінзою, досить не зовсім. Тому в більшості випадків вдаються до побудови складніших оптичних систем, що мають велику кількість заломлюючих поверхонь і не обмежені вимогою близькості цих поверхонь (вимогу, якій задовольняє тонка лінза). [ 4 ]

4.2 Фотографічний апарат. Оптичні прилади

Усі оптичні прилади можна поділити на дві групи:

1) прилади, з яких отримують оптичні зображення на екрані. До них належать проекційні апарати, фотоапарати, кіноапарати та ін.

2) прилади, які діють лише разом із людськими очима і не утворюють зображень на екрані. До них відноситься лупа, мікроскоп та різні прилади системи телескопів. Такі пристрої називаються візуальними.

Сучасні фотоапарати мають складну та різноманітну будову, ми ж розглянемо з яких основних елементів складається фотоапарат і як вони працюють.

Основною частиною будь-якого фотоапарата є об'єктив - лінза або система лінз, вміщена в передній частині світлонепроникного корпусу фотоапарата (рис. ліворуч). Об'єктив можна плавно переміщати щодо плівки для отримання чіткого зображення близьких або віддалених від фотоапарата предметів.

Під час фотографування об'єктив відкривають за допомогою спеціального затвора, який пропускає світло до плівки лише вмомент фотографування. Діафрагма регулює світловий потік, що потрапляє на плівку. Фотоапарат дає зменшене, зворотне, дійсне зображення, яке фіксується на плівці. Під впливом світла склад плівки змінюється і зображення знімається у ньому. Воно залишається невидимим доти, поки плівку не опустять у спеціальний розчин – проявник. Під впливом проявника темніють місця плівки, куди падало світло. Чим більше було освітлено якесь місце плівки, тим темніше воно буде після прояву. Отримане зображення називається негативом (від латів. negativus - негативний), у ньому світлі місця предмета виходять темними, а темні світлими.

Щоб це зображення під дією світла не змінювалося, виявлену плівку занурюють в інший розчин - закріплювач. У ньому розчиняється і вимивається світлочутливий шар тих ділянок плівки, на які не подіяв світло. Потім промивають плівку і сушать.

З негативу отримують позитив (від латів. pozitivus - позитивний), тобто зображення, на якому темні місця розплащені так само як і на предметі, що фотографується. Для цього негатив прикладають з паперу теж покритого світлочутливим шаром (до фотопаперу) і висвітлюють. Потім фотопапір опускають у проявник, потім у закріплювач, промивають та сушать.

Після прояву плівки під час друку фотографій користуються фотозбільшувачем, який збільшує зображення негативу на фотопапері.

Щоб краще розглянути дрібні предмети, доводиться користуватися лупою.

Лупою називається двоопукла лінза з невеликою фокусною відстанню (від 10 до 1 см). Лупа є найпростішим приладом, що дозволяє збільшити кут зору.

Наше око бачить лише ті предмети, зображення яких виходить на сітчатку. Чимбільше зображення предмета, тим більше кут зору під яким ми його розглядаємо, тим виразніше ми його розрізняємо. Багато предметів малі і видно з відстані найкращого бачення під кутом зору, близьким до граничного. Лупа збільшує кут зору, і навіть зображення предмета на сітківці ока, тому видимі розміри предмета

збільшуються проти його дійсними розмірами.

Предмет АВ розміщують на відстані, трохи меншій від фокусного, від лупи (рис. справа). У цьому лупа дає пряме, збільшене, уявне зображення А1 В1. Лупу зазвичай розміщують те щоб зображення предмета перебував з відривом найкращого бачення від ока.

Для отримання великих кутових збільшення (від 20 до 2000) використовують оптичні мікроскопи. Збільшене зображення дрібних предметів у мікроскопі одержують за допомогою оптичної системи, яка складається з об'єктиву та окуляра.