Темы кодификатора ЕГЭ: линзы
Преломление света широко используется в различных оптических приборах: фотоаппаратах, биноклях, телескопах, микроскопах. . . Непременной и самой существенной деталью таких приборов является линза.
Линза - это оптически прозрачное однородное тело, ограниченное с двух сторон двумя сферическими (или одной сферической и одной плоской) поверхностями.
Виды собирающих и рассеивающих линз
Термин «линза» наносится на кусок стекла или прозрачный пластик, обычно круглый по форме, который имеет две поверхности, которые шлифуются и полируются определенным образом, чтобы обеспечить либо сходимость, либо расхождение света. Двумя наиболее распространенными типами линз являются вогнутые и выпуклые линзы, которые проиллюстрированы ниже на рисунке.
Обычная двустворчатая линза считается положительной линзой, потому что она заставляет световые лучи сходиться или концентрироваться, чтобы сформировать реальный образ. Реальные изображения можно проецировать на экран или просматривать без помощи дополнительных объективов, но отображаться инвертированными или противоположными ориентации просматриваемого объекта. Эти линзы толще в центре, чем периферия, и, по-видимому, выпучиваются наружу в полусферическом режиме с постоянной кривизной радиуса.
Линзы обычно изготавливаются из стекла или специальных прозрачных пластмасс. Говоря о материале линзы, мы будем называть его стеклом - особой роли это не играет.
Двояковыпуклая линза.
Рассмотрим сначала линзу, ограниченную с обеих сторон двумя выпуклыми сферическими поверхностями (рис. 1 ). Такая линза называется двояковыпуклой . Наша задача сейчас - понять ход лучей в этой линзе.
С другой стороны, вогнутые линзы считаются отрицательными линзами, потому что проходящие через них световые волны расходятся или рассеиваются от фокальной точки или осевой линии. Это расхождение происходит потому, что объектив становится тоньше в центре и толще на периферии, в результате чего свет, попадающий в объектив, преломляется от его центра. Двустворчатая линза, изображенная на рисунке 1, работает аналогично вогнутым зеркалам, с которыми световые волны преломляются, как если бы они испускались из точки за линзой.
Так как свет фактически не сходится в этой точке, он называется точкой виртуального фокуса, а соответствующее изображение является виртуальным изображением. Виртуальные изображения появляются прямо или в той же ориентации, что и реальный объект, но могут быть просмотрены или проецированы только с помощью другого объектива. Как показано на рисунке 1, объектив работает, преломляя поступающие световые волны в точках, где они входят и выходят из объектива. Однако угол этой рефракции и, следовательно, фокусное расстояние линзы зависит от материала, из которого он составлен.
Проще всего обстоит дело с лучом, идущим вдоль главной оптической оси - оси симметрии линзы. На рис. 1 этот луч выходит из точки . Главная оптическая ось перпендикулярна обеим сферическим поверхностям, поэтому данный луч идёт сквозь линзу, не преломляясь.
Теперь возьмём луч , идущий параллельно главной оптической оси. В точке падения
луча на линзу проведена нормаль к поверхности линзы; поскольку луч переходит из воздуха в оптически более плотное стекло, угол преломления меньше угла падения . Следовательно, преломлённый луч приближается к главной оптической оси.
Материалы с высоким показателем преломления имеют более короткое фокусное расстояние, чем те, у которых более низкие показатели преломления. Линзы различной формы, размеров и материалов пользуются широким спектром использования. Например, отдельные линзы, способные формировать реальные изображения, можно найти в инструментах, используемых для простого увеличения, таких как увеличительные стекла, очки, однообъективные камеры, видоискатели и контактные линзы. Более сложные устройства, такие как составные микроскопы, телескопы и бинокли, используют комбинацию линз для увеличения увеличения и других желательных оптических свойств.
В точке выхода луча из линзы также проведена нормаль . Луч переходит в оптически менее плотный воздух, поэтому угол преломления больше угла падения ; луч
преломляется опять-таки в сторону главной оптической оси и пересекает её в точке .
Таким образом, всякий луч, параллельный главной оптической оси, после преломления в линзе приближается к главной оптической оси и пересекает её. На рис. 2 изображена картина преломления достаточно широкого светового пучка, параллельного главной оптической оси.
Однако эти инструменты обычно страдают от ошибок объектива, которые искажают изображения различными механизмами, связанными с аберрациями или дефектами, возникающими в результате сферической геометрии поверхностей линз. Существует несколько типов ошибок объектива, но общий эффект оптических аберраций в микроскопе - это появление недостатков в крошечных характеристиках и деталях изображения, которое наблюдается. Таким образом, аберрация является одним из многих факторов, которые следует учитывать при определении того, какой объектив использовать.
Как видим, широкий пучок света не фокусируется линзой: чем дальше от главной оптической оси расположен падающий луч, тем ближе к линзе он пересекает главную оптическую ось после преломления. Это явление называется сферической аберрацией и относится к недостаткам линз - ведь хотелось бы всё же, чтобы линза сводила параллельный пучок лучей в одну точку.
Большинство линз классифицируются в соответствии с их двумя основными поверхностями и рисунками кривизны, поскольку тип преломления, который возникает, когда свет проходит через линзу, зависит от геометрии этой линзы. Основные группы линз обычно делятся на две подкатегории: сходящиеся линзы и расходящиеся линзы. Каждая категория содержит несколько разных типов линз, которые рассматриваются индивидуально ниже.
Фокусное расстояние двухвыпуклой линзы, также показанное на рисунке 2, зависит на угол его кривизны. Более высокие углы кривизны приводят к более короткому фокусному расстоянию из-за того, что световые волны преломляются под большим углом относительно центральной линии линзы. Симметричный характер двустворчатых линз минимизирует сферическую аберрацию в приложениях, где изображение и объект находятся на симметричных расстояниях.
Весьма приемлемой фокусировки можно добиться, если использовать узкий световой пучок, идущий вблизи главной оптической оси. Тогда сферическая аберрация почти незаметна - посмотрите на рис. 3 .
Хорошо видно, что узкий пучок, параллельный главной оптической оси, после прохождения линзы собирается приблизительно в одной точке . По этой причине наша линза носит название собирающей.
Эти линзы обычно используются для фокусировки и увеличения изображения. Двухуровневая линза преломляет параллельные входные лучи так, что они расходятся от оптической оси на выходной стороне линзы, но образуют отрицательную фокусную точку перед линзой, как показано на рисунке 1. В то время как выходные лучи не фактически пересекаются, чтобы сформировать фокусную точку, они, по-видимому, расходятся с виртуальным изображением, расположенным на объектной стороне объектива.
Би-вогнутые линзы часто связаны с другими объективами, чтобы уменьшить фокусное расстояние оптических систем. 
Плано-выпуклые линзы - рис. 2 и рис. 3 изображают типичные плосковыпуклые линзы с одной положительной полусферической стороной и одной плоской стороной. Плано-выпуклые линзы сходятся, фокусируя параллельные лучи света на положительную фокальную точку, как показано на рисунке. Таким образом, эти линзы образуют реальные изображения, которые можно проецировать или манипулировать пространственными фильтрами.
Точка называется фокусом линзы. Вообще, линза имеет два фокуса, находящиеся на главной оптической оси справа и слева от линзы. Расстояния от фокусов до линзы не обязательно равны друг другу, но мы всегда будем иметь дело с ситуациями, когда фокусы расположены симметрично относительно линзы.
Двояковогнутая линза.
Теперь мы рассмотрим совсем другую линзу, ограниченную двумя вогнутыми сферическими поверхностями (рис. 4 ). Такая линза называется двояковогнутой . Так же, как и выше, мы проследим ход двух лучей, руководствуясь законом преломления.
Асимметрия плосковыпуклых линз минимизирует сферическую аберрацию в приложениях, где объект и изображение лежат на неравных расстояниях от объектива. Когда криволинейная поверхность объектива ориентирована на объект, достигается максимально возможный фокус. Плано-выпуклые линзы полезны для коллимирования расходящихся лучей света и для фокусировки на оптическую систему.
Конкаво-выпуклая линза. Третий тип сходящихся линз - это вогнуто-выпуклая линза, которая изображена на рисунке 2 и рисунке. Более широко известная как положительная менисковая линза, эта линза также имеет асимметричную структуру. Одна из его граней имеет выпуклую полусферическую форму, а другая слегка вогнута. Менисковые линзы чаще всего используются в сочетании с другой линзой для создания оптической системы с более длинным или коротким фокусным расстоянием, чем исходная линза. Например, положительная менисковая линза может быть размещена после плосковыпуклой линзы, чтобы сократить ее фокусное расстояние без снижения производительности оптической системы.
Луч, выходящий из точки и идущий вдоль главной оптической оси, не преломляется - ведь главная оптическая ось, будучи осью симметрии линзы, перпендикулярна обеим сферическим поверхностям.
Луч , параллельный главной оптической оси, после первого преломления начинает удаляться от неё (так как при переходе из воздуха в стекло ), а после второго преломления удаляется от главной оптической оси ещё сильнее (так как при переходе из стекла в воздух ).
Положительные менисковые линзы имеют больший радиус кривизны на вогнутой стороне линзы, чем на выпуклой стороне, что позволяет формировать реальный образ. 
Плано-вогнутая линза - плоско-вогнутая линза, показанная на рис. 2 и рис. 5, представляет собой расходящуюся линзу с отрицательной фокальной точкой и создает виртуальный образ. Когда коллимированный световой пучок падает на изогнутую поверхность плоско-вогнутой линзы, выходная сторона образует расходящийся луч. Этот луч, по-видимому, появляется из меньшего виртуального точечного источника, чем если бы плоскостная поверхность столкнулась с коллимированным лучом.
Двояковогнутая линза преобразует параллельный пучок света в расходящийся пучок (рис. 5 ) и называется поэтому рассеивающей.
Здесь также наблюдается сферическая аберрация: продолжения расходящихся лучей не пересекаются в одной точке. Мы видим, что чем дальше от главной оптической оси расположен падающий луч, тем ближе к линзе пересекает главную оптическую ось продолжение преломлённого луча.
Плано-вогнутые линзы используются для расширения световых пучков или увеличения фокусных расстояний в существующих оптических системах. Выпуклая линза подобна двум призмам, расположенным на базе. Свет, проходящий через выпуклую линзу, сходится. Выпуклые линзы используются для лечения пресбиопии, гиперметропии и афакии. Если параллельный свет доводится до фокусировки на расстоянии 1 метра, у линзы, как говорят, есть 1 диоптрий мощности.
Вогнутая линза похожа на две призмы, размещенные на вершине. Свет, проходящий через вогнутую линзу, расходится. Если объект близок к глазу, то объектив меняет свою форму, так что световые лучи все еще могут фокусироваться на сетчатке. Цилиндрическая линза имеет разную мощность по вертикальной и горизонтальной осям. Таким образом, свет, проходящий через цилиндрическую линзу, не фокусируется в одной точке, а образует два фокуса, один для горизонтального, а другой для вертикали. Цилиндрические линзы могут быть выпуклыми, вогнутыми или смешанными.
Как и в случае двояковыпуклой линзы, сферическая аберрация будет практически незаметна для узкого приосевого пучка (рис. 6 ). Продолжения лучей, расходящихся от линзы, пересекаются приблизительно в одной точке - в фокусе линзы .
Если такой расходящийся пучок попадёт в наш глаз, то мы увидим за линзой светящуюся точку! Почему? Вспомните, как возникает изображение в плоском зеркале: наш мозг обладает способностью продолжать расходящиеся лучи до их пересечения и создавать в месте пересечения иллюзию светящегося объекта (так называемое мнимое изображение). Вот именно такое мнимое изображение, расположенное в фокусе линзы, мы и увидим в данном случае.
Они используются для лечения астигматизма. Иллюстрации и текст, воспроизводимые добровольно. Опубликовано Международным центром глазного здоровья. Оплата осуществляется банкерами или оформление заказа в Университетском колледже Лондона. Вогнутые, выпуклые линзы - вогнутые линзы расходятся лучом света из отдаленного источника. Выпуклые линзы и сложные линзы фокусируются от отдаленного источника до точки. Расстояние между фокусом и объективом называется фокусным расстоянием. Чем короче фокус, тем мощнее объектив.
Двойные вогнутые линзы - двойные вогнутые линзы симметричны с равным радиусом с обеих сторон, имеющими две изогнутые внутрь поверхности и отрицательное фокусное расстояние. Они используются в оптических системах в сочетании с другими объективами. Эти линзы также работают как расширители лучей, оптические считыватели символов, зрители и проекционные системы. Линзы могут быть покрыты антибликовым покрытием.
Виды собирающих и рассеивающих линз.
Мы рассмотрели две линзы: двояковыпуклую линзу, которая является собирающей, и двояковогнутую линзу, которая является рассеивающей. Существуют и другие примеры собирающих и рассеивающих линз.
Полный набор собирающих линз представлен на рис. 7 .
Помимо известной нам двояковыпуклой линзы, здесь изображены:плосковыпуклая линза, у которой одна из поверхностей плоская, и вогнуто-выпуклая линза, сочетающая вогнутую и выпуклую граничные поверхности. Обратите внимание, что у вогнуто-выпуклой линзы выпуклая поверхность в большей степени искривлена (радиус её кривизны меньше); поэтому собирающее действие выпуклой преломляющей поверхности перевешивает рассеивающее действие вогнутой поверхности, и линза в целом оказывается собирающей.
Двойные выпуклые линзы - двойные выпуклые линзы симметричны с равным радиусом с обеих сторон или могут иметь более резкую кривую с одной стороны. Эти наружные криволинейные грани используются как лупы, цели и системы конденсации. Линзы Френеля - линзы Френеля - это компромисс между эффективностью и качеством изображения. Высокая плотность канавок позволяет получить более качественные изображения, в то время как низкая плотность канавок дает лучшую эффективность. Канавки действуют как отдельные преломляющие поверхности, такие как крошечные призма, если смотреть в поперечном сечении, изгибая параллельные лучи в очень близком приближении к общему фокусному расстоянию.
Cтраница 1
Вогнутые линзы являются рассеивающими. Укрепив линзу на диске, направляем на нее лучи, параллельные главной оптической оси. Преломленные лучи будут расходящимися (рис. 153), а их продолжения пересекаются в главном фокусе рассеивающей линзы. В этом случае главный фокус является мнимым (рис. 154) и расположен на расстоянии F от линзы.
Поскольку объектив тонкий, очень мало света теряется при поглощении. В бесконечных сопряженных системах рифленая сторона линзы должна быть обращена к более длинному конъюгату. Мениск - линза, имеющая две сферически изогнутые грани, одна выпуклая и другая вогнутая, так что она имеет форму оболочки. Положительная менисковая линза толще посередине, чем по краям, и служит в качестве сходящейся линзы; отрицательная менисковая линза утолщается к краям и работает как расходящаяся линза.
Они используются для расширения лучей или увеличения фокусных расстояний в оптических системах или других подобных приложениях. Они используются для фокусировки лучей в телескопах, коллиматоре или конденсаторных системах, оптических приемопередатчиках или других приложениях. Пожалуйста, свяжитесь с нашими представителями службы поддержки клиентов, чтобы обсудить ваши потребности в стеклянном объективе.
Вогнутая линза ограничена соосными параболоидами вращения и цилиндром с радиусом основания г. Толщина линзы по оси равна А, на краю - Я.
Почему вогнутую линзу называют рассеивающей. J, Почему фокус рассеивающей линзы называется мнимым.
Объясните, почему вогнутые линзы называют рассеивающими.
Известно, что вогнутые линзы дают мнимое изображение объекта. Их называют также уменьшительными линзами, так как они дают мнимое и уменьшенное изображение, которое можно наблюдать глазом.
Рассмотрим теперь свойства вогнутой линзы. Мы увидим, что лучи - преломившись на границах воздуха и стекла, выйдут из линзы расходящимся пучком. Вогнутую линзу называют поэтому рассеивающей линзой. Но и у вогнутой (рассеивающей) линзы есть фокус, только он мнимый. Если расходящийся пучок лучей, выходящих из такой линзы, продолжить в сторону, противоположную их направлению, то продолжения лучей пересекутся в точке F, лежащей на оптической оси с той же стороны, с какой падает свет на линзу. Мнимым он называется потому, что в нем пересекаются не лучи, прошедшие сквозь линзу, а прямые, продолжающие их.
Встречая на своем пути вогнутую линзу, трубка расширяется, встречая выпуклую линзу - суживается. Сечение трубки колеблется; в результате этого через единичную площадку, перпендикулярную к направлению луча, проходит то меньшее, то большее количество звуковой энергии, что и приводит к колебаниям интенсивности звука в точке расположения приемника.
Ход лучей света в выпуклых и вогнутых линзах различен.
Были рассчитаны деформации четырех выпуклых и трех вогнутых линз, изготовленных из стекла К8 и жестко закрепленных в оправу, при изменении температуры от - 120 до 120 С. Расчеты были произведены на ЦВМ Минск-2.
Так как вытравливаемая лунка в германии имеет форму двойной вогнутой линзы, то она рассеивает падающий на нее свет и вследствие изменения кривизны лунки в процессе травления его трудно сфокусировать. Поэтому, чтобы уменьшить влияние рассеивания, расстояние между пластинкой германия и фотоэлементом не должно превышать одного миллиметра.
