لنزها قدرت نوری لنز تصاویر تولید شده توسط یک لنز فرمول لنز نازک (Zelenin S.V.)

چه کسی یک ذره بین معمولی را که شبیه دانه عدس است نمی شناسد. اگر چنین شیشه ای - که عدسی دو محدب نیز نامیده می شود - بین یک جسم و چشم قرار گیرد، در آن صورت به نظر می رسد که تصویر آن شی چندین بار بزرگ شده است.

راز چنین افزایشی چیست؟ اگر از دو جهت به آنها نگاه کنیم، چگونه می توانیم آن اشیاء را توضیح دهیم؟ عدسی محدب، به نظر ما بزرگتر از اندازه واقعی آنهاست؟

برای درک خوب دلیل این پدیده، باید به یاد داشته باشیم که پرتوهای نور چگونه منتشر می شوند.

مشاهدات روزمره ما را متقاعد می کند که نور در یک خط مستقیم حرکت می کند. به عنوان مثال، به یاد داشته باشید که چگونه گاهی اوقات خورشید، که توسط ابرها پنهان شده است، آنها را با پرتوهای مستقیم و به وضوح قابل مشاهده از پرتوها سوراخ می کند.

اما آیا پرتوهای نور همیشه مستقیم هستند؟ معلوم می شود نه همیشه.

برای مثال این آزمایش را انجام دهید.

در کرکره ای که پنجره اتاق شما را محکم می پوشاند، شکل . 6< прямолинейный

سوراخ کوچک. یک پرتو نور، یک پرتو نور، به دیگری برخورد می کند -

پس از عبور از این سوراخ، "محیط نرم - به آب، از -

در یک اتاق تاریک مستقیم می کشد - جهت آن را تغییر می دهد،

G "و 1 شکسته می شود،

ردیابی خطی اما بپوشش

مسیر پرتو یک کوزه آب است و خواهید دید که پرتو یک بار در آب تغییر جهت می دهد یا به قول آنها شکست می خورد (شکل 6).

بنابراین، انکسار پرتوهای نور هنگامی که وارد محیط دیگری می شوند قابل مشاهده است. بنابراین، در حالی که پرتوها در هوا حرکت می کنند، مستقیم هستند. اما به محض اینکه وسیله دیگری مانند آب از مسیر آنها عبور کند، نور منکسر می شود.

یک پرتو نور هنگامی که از یک ذره بین دو محدب عبور می کند، انکسار مشابهی را تجربه می کند. در عین حال، عدسی پرتوهای نور را جمع آوری می کند
به یک پرتو نوک تیز باریک (به هر حال، این واقعیت را توضیح می دهد که با کمک یک ذره بین، جمع آوری پرتوهای نور در یک پرتو باریک، می توانید یک سیگار، کاغذ و غیره را در آفتاب آتش بزنید).

اما چرا یک عدسی تصویر یک جسم را بزرگ می کند؟

در اینجا دلیل آن است. با چشم غیرمسلح به یک شی مانند برگ درخت نگاه کنید. پرتوهای نور از برگ منعکس شده و در چشم شما جمع می شوند. حالا یک عدسی محدب بین چشم و برگ قرار دهید. پرتوهای نوری که از عدسی عبور می کنند شکسته می شوند (شکل 7). با این حال به چشم انسانآنها شکسته به نظر نمی رسند ناظر هنوز صاف بودن پرتوهای نور را احساس می کند. به نظر می رسد که آنها را بیشتر ادامه می دهد، در پشت عدسی (به خطوط نقطه چین در شکل 7 مراجعه کنید)، و جسم مشاهده شده از طریق عدسی دو محدب به نظر ناظر بزرگ شده است!

خوب، اگر پرتوهای نور به جای برخورد به چشم ناظر، ادامه پیدا کند، چه اتفاقی خواهد افتاد

به علاوه؟ پس از عبور از یک نقطه، که کانون عدسی نامیده می شود، پرتوها دوباره از هم جدا می شوند. اگر آینه ای را در مسیر آنها قرار دهیم، تصویر بزرگ شده همان ورق را در آن خواهیم دید (شکل 8). با این حال، به شکل معکوس برای ما ظاهر می شود. و این کاملا قابل درک است. از این گذشته، پس از عبور از نقطه کانونی عدسی، پرتوهای نور در همان جهت خطی حرکت می کنند. به طور طبیعی

طبیعی است که در این حالت پرتوهای بالای ورق به سمت پایین هدایت می شوند و پرتوهایی که از پایه آن می آیند در قسمت بالایی آینه منعکس می شوند.

این ویژگی عدسی دو محدب - توانایی جمع آوری پرتوهای نور در یک نقطه - است که در دستگاه های عکاسی استفاده می شود.

لنز دو محدب

عدسی محدب پلانو

ویژگی های لنزهای نازک

بسته به فرم هایی که وجود دارد جمعی(مثبت) و پراکندگیلنزهای (منفی). گروه عدسی های جمع کننده معمولاً شامل عدسی هایی می شود که وسط آنها ضخیم تر از لبه های آنها است و گروه عدسی های واگرا شامل عدسی هایی هستند که لبه های آنها ضخیم تر از وسط است. لازم به ذکر است که این تنها در صورتی صادق است که ضریب شکست ماده لنز بیشتر از ضریب شکست مواد لنز باشد. محیط. اگر ضریب شکست عدسی کمتر باشد، وضعیت برعکس خواهد شد. به عنوان مثال، یک حباب هوا در آب یک عدسی واگرا دو محدب است.

لنزها معمولاً با قدرت نوری (اندازه‌گیری شده در دیوپتر) یا فاصله کانونی مشخص می‌شوند.

برای ساخت ابزارهای نوریبا انحراف نوری اصلاح شده (عمدتاً کروماتیک، ناشی از پراکندگی نور - آکرومات ها و آپوکرومات ها)، سایر خواص لنزها / مواد آنها نیز مهم است، به عنوان مثال، ضریب شکست، ضریب پراکندگی، عبور مواد در محدوده نوری انتخاب شده.

گاهی اوقات لنز/عدسی سیستم های نوری(رفرکتورها) به طور ویژه برای استفاده در محیط هایی با ضریب شکست نسبتاً بالا طراحی شده اند (به میکروسکوپ غوطه وری، مایعات غوطه ور مراجعه کنید).

انواع لنز:
جمع آوری:
1 - دو محدب
2 - مسطح محدب
3 - مقعر - محدب (منیسک مثبت)
پراکندگی:
4 - دو مقعر
5 - مسطح- مقعر
6 - محدب - مقعر (منیسک منفی)

عدسی محدب مقعر نامیده می شود منیسکو می تواند جمعی (ضخیم شدن به سمت وسط) یا پراکنده (ضخیم شدن به سمت لبه ها) باشد. مینیسکی که شعاع سطح آن برابر است دارای قدرت نوری برابر با صفر است (برای اصلاح پراکندگی یا به عنوان عدسی پوششی استفاده می شود). بنابراین، لنزهای عینک برای نزدیک بینی، به عنوان یک قاعده، منیسک منفی هستند.

ویژگی متمایز عدسی جمع‌آوری توانایی جمع‌آوری پرتوهایی است که روی سطح آن در یک نقطه واقع در طرف دیگر عدسی قرار دارد.

عناصر اصلی لنز: NN - محور نوری اصلی - یک خط مستقیم که از مراکز سطوح کروی که لنز را محدود می کند عبور می کند. O - مرکز نوری - نقطه ای که برای عدسی های دو محدب یا دو مقعر (با شعاع های سطحی یکسان) روی محور نوری داخل عدسی (در مرکز آن) قرار دارد.
توجه داشته باشید. مسیر پرتوها مانند یک عدسی ایده آل (تخت) نشان داده شده است، بدون اینکه نشان دهنده شکست در مرز فاز واقعی باشد. علاوه بر این، یک تصویر تا حدودی اغراق آمیز از یک لنز دو محدب نشان داده شده است

اگر نقطه نورانی S در فاصله معینی در مقابل عدسی جمع کننده قرار گیرد، پرتوی از نور که در امتداد محور هدایت می شود بدون شکست از عدسی عبور می کند و پرتوهایی که از مرکز عبور نمی کنند به سمت عدسی شکسته می شوند. محور نوری و در نقطه ای F بر روی آن قطع می شود که تصویر نقطه S خواهد بود. این نقطه فوکوس مزدوج یا به سادگی نامیده می شود. تمرکز.

اگر نور از یک منبع بسیار دور بر روی عدسی بیفتد، پرتوهای آن را می‌توان به صورت پرتوی موازی نشان داد، پس از خروج از آن، پرتوها با زاویه بزرگ‌تری شکست می‌خورند و نقطه F روی محور نوری نزدیک‌تر به عدسی می‌رود. لنز در این شرایط، نقطه تقاطع پرتوهای خارج شده از عدسی نامیده می شود تمرکز اصلی F’ و فاصله مرکز لنز تا کانون اصلی فاصله کانونی اصلی است.

پرتوهایی که روی یک عدسی واگرا فرو می‌روند، پس از خروج از عدسی به سمت لبه‌های عدسی شکسته می‌شوند، یعنی پراکنده می‌شوند. اگر این پرتوها همانطور که در شکل با خط نقطه چین نشان داده شده در جهت مخالف ادامه پیدا کنند، در یک نقطه F همگرا خواهند شد که تمرکزاین لنز این ترفند خواهد بود خیالی.

فوکوس خیالی یک عدسی واگرا

آنچه در مورد فوکوس روی محور نوری اصلی گفته شد به همان اندازه در مواردی صدق می کند که تصویر یک نقطه روی یک محور نوری ثانویه یا مایل باشد، یعنی خطی که از مرکز عدسی با زاویه ای نسبت به اپتیکی اصلی می گذرد. محور. صفحه عمود بر محور نوری اصلی که در کانون اصلی عدسی قرار دارد، نامیده می شود. صفحه کانونی اصلی، و در کانون مزدوج - به سادگی صفحه کانونی.

عدسی های جمعی را می توان از هر طرف به سمت یک جسم هدایت کرد، در نتیجه پرتوهای عبوری از لنز را می توان از یک طرف و از طرف دیگر جمع آوری کرد. بنابراین، لنز دارای دو فوکوس است - جلوو عقب. آنها بر روی محور نوری در دو طرف لنز در فاصله کانونی از مرکز لنز قرار دارند.

ساختن یک تصویر با عدسی نازک همگرا

هنگام ارائه مشخصات لنزها، اصل ساختن تصویر از یک نقطه نورانی در کانون عدسی در نظر گرفته شد. پرتوهای وارد شده به لنز از سمت چپ از کانون عقب آن عبور می کنند و پرتوهای وارد شده به سمت راست از کانون جلویی آن عبور می کنند. لازم به ذکر است که در لنزهای واگرا، برعکس، فوکوس پشتی در جلوی لنز و فوکوس جلویی در پشت قرار دارد.

ساختن تصویر از اجسام با عدسی یک فرم خاصو اندازه ها، معلوم می شود به روش زیر: فرض کنید خط AB یک شی را نشان می دهد که در فاصله ای از عدسی قرار دارد، به طور قابل توجهی بزرگتر از آن فاصله کانونی. از هر نقطه جسم، تعداد بیشماری پرتو از عدسی عبور می کند که برای وضوح، شکل به صورت شماتیک مسیر تنها سه پرتو را نشان می دهد.

سه پرتو ساطع شده از نقطه A از عدسی عبور می کنند و در نقاط ناپدید مربوطه خود در A 1 B 1 قطع می شوند و یک تصویر را تشکیل می دهند. تصویر به دست آمده است معتبرو وارونه.

که در در این موردتصویر در یک فوکوس مزدوج در یک صفحه کانونی خاص FF، تا حدودی دور از صفحه کانونی اصلی F'F به دست آمده است، که به موازات آن از طریق فوکوس اصلی عبور می کند.

اگر جسمی در فاصله نامحدودی از عدسی قرار داشته باشد، تصویر آن در فوکوس عقب عدسی F به دست می آید. معتبر, وارونهو کاهشتا زمانی که یک نقطه به نظر برسد.

اگر جسمی به عدسی نزدیک باشد و در فاصله ای بیش از دو برابر فاصله کانونی عدسی قرار گیرد، تصویر آن خواهد بود. معتبر, وارونهو کاهشو در پشت فوکوس اصلی در قسمت بین آن و فاصله کانونی دوگانه قرار خواهد گرفت.

اگر جسمی در فاصله کانونی دو برابر عدسی قرار گیرد، آنگاه تصویر به دست آمده در سمت دیگر لنز با فاصله کانونی دو برابر آن قرار می گیرد. تصویر به دست آمده است معتبر, وارونهو از نظر اندازه مساویموضوع.

اگر جسمی بین فوکوس جلو و فاصله کانونی دوتایی قرار گیرد، تصویر پشت فاصله کانونی دوتایی به دست می آید و معتبر, وارونهو بزرگ شده است.

اگر جسم در صفحه کانون اصلی جلویی عدسی باشد، پرتوهایی که از لنز عبور می کنند موازی می شوند و تصویر را فقط می توان در بی نهایت به دست آورد.

اگر جسمی در فاصله ای کمتر از فاصله کانونی اصلی قرار گیرد، آنگاه پرتوها در یک پرتو واگرا از عدسی خارج می شوند، بدون اینکه در جایی قطع شوند. تصویر پس از آن است خیالی, مستقیمو بزرگ شده است، یعنی در این حالت لنز مانند یک ذره بین عمل می کند.

به راحتی می توان متوجه شد که وقتی یک جسم از بی نهایت به فوکوس جلویی لنز نزدیک می شود، تصویر از فوکوس پشتی دور می شود و وقتی جسم به صفحه فوکوس جلو می رسد، در بی نهایت از آن ظاهر می شود.

این الگو دارد پراهمیتدر عمل انواع مختلفکار عکاسی، بنابراین، برای تعیین رابطه بین فاصله از جسم تا لنز و از لنز تا صفحه تصویر، باید اصول اولیه را بدانید. فرمول لنز.

فرمول لنز نازک

فواصل نقطه جسم تا مرکز عدسی و از نقطه تصویر تا مرکز عدسی را فواصل کانونی مزدوج می گویند.

این مقادیر به یکدیگر وابسته هستند و با فرمولی به نام تعیین می شوند فرمول لنز نازک :

فاصله عدسی تا جسم کجاست. - فاصله از لنز تا تصویر؛ - فاصله کانونی اصلی لنز. در مورد یک لنز ضخیم، فرمول بدون تغییر باقی می ماند با تنها تفاوت این که فاصله ها نه از مرکز لنز، بلکه از سطوح اصلی اندازه گیری می شود.

برای یافتن یک یا آن کمیت مجهول با دو عدد شناخته شده، از معادلات زیر استفاده کنید:

لازم به ذکر است که نشانه های مقادیر تو , v , fبر اساس انتخاب می شوند ملاحظات زیر- برای یک تصویر واقعی از یک شی واقعی در یک لنز جمع آوری - همه این مقادیر مثبت هستند. اگر تصویر خیالی باشد، فاصله تا آن منفی در نظر گرفته می‌شود، اگر جسم خیالی باشد، فاصله تا آن منفی است و اگر عدسی واگرا باشد، فاصله کانونی منفی است.

مقیاس تصویر

مقیاس تصویر () نسبت ابعاد خطی تصویر به ابعاد خطی متناظر جسم است. این رابطه را می توان به طور غیرمستقیم با کسری بیان کرد که فاصله لنز تا تصویر کجاست. - فاصله از عدسی تا جسم.

در اینجا یک ضریب کاهش وجود دارد، یعنی عددی که نشان می دهد چند برابر ابعاد خطی تصویر کوچکتر از ابعاد خطی واقعی جسم است.

در عمل محاسبات، بیان این رابطه در مقادیر یا فاصله کانونی لنز بسیار راحت تر است.

محاسبه فاصله کانونی و توان نوری یک لنز

لنزها متقارن هستند، یعنی بدون توجه به جهت نور، فاصله کانونی یکسانی دارند - چپ یا راست، که، با این حال، برای سایر ویژگی ها، به عنوان مثال، انحرافات، که بزرگی آن بستگی به کدام طرف دارد، اعمال نمی شود. لنز رو به نور است.

ترکیبی از چند لنز (سیستم مرکزی)

لنزها را می توان با یکدیگر ترکیب کرد و سیستم های نوری پیچیده ای ساخت. قدرت نوری یک سیستم دو عدسی را می توان به صورت جمع سادهقدرت نوری هر لنز (به شرطی که بتوان هر دو لنز را نازک در نظر گرفت و در یک محور نزدیک به هم قرار گیرند):

اگر لنزها در فاصله معینی از یکدیگر قرار داشته باشند و محورهای آنها بر هم منطبق باشد (سیستمی از تعداد دلخواه عدسی با این خاصیت را سیستم مرکزی می گویند) در این صورت می توان قدرت نوری کل آنها را با درجه دقت کافی از عبارت زیر:

فاصله بین صفحات اصلی لنزها کجاست.

معایب یک لنز ساده

تجهیزات عکاسی مدرن تقاضای بالایی برای کیفیت تصویر دارند.

تصویر تولید شده توسط یک لنز ساده، به دلیل تعدادی کاستی، این الزامات را برآورده نمی کند. رفع بسیاری از کاستی ها با انتخاب مناسب تعدادی از لنزها در یک سیستم نوری متمرکز - لنز به دست می آید. تصاویر به دست آمده با لنزهای ساده دارند معایب مختلف. معایب سیستم های نوری را انحرافات می نامند که به انواع زیر تقسیم می شوند:

انحرافات هندسی
انحراف پراش (این انحراف توسط عناصر دیگر سیستم نوری ایجاد می شود و ربطی به خود لنز ندارد).

لنزهایی با خواص ویژه

لنزهای پلیمری ارگانیک

لنزهای تماسی

تلسکوپ به گونه ای طراحی شده است که شخص با نگاه کردن از طریق آن، اجسام زیر را ببیند زاویه بالابینایی از آنچه با چشم غیر مسلح می بیند.

افزایش زاویه دید با ترکیب یک شیشه دو محدب با یک شیشه دوقعر یا دو شیشه دو محدب به دست می آید. به این عینک ها لنز و عدس نیز می گویند.

عدسی دو محدب همانطور که از نامش پیداست از دو طرف محدب است و در وسط ضخیم تر از لبه ها است. اگر چنین عدسی به سمت چرخانده شود به یک شی دور، سپس با قرار دادن یک ورق کاغذ سفید پشت لنز در فاصله معینی می توانید متوجه شوید که تصویری از جسمی که عدسی رو به آن است تولید می کند. این امر به ویژه در صورتی قابل توجه است که لنز را به سمت خورشید بچرخانید - روی یک صفحه سفید تصویری از خورشید به شکل یک دایره روشن دریافت می کنید و می بینید که پرتوهای نوری که از عدسی عبور کرده اند جمع آوری می شوند. آی تی. اگر کاغذ را برای مدتی در این موقعیت نگه دارید، می توان آن را سوزاند - انرژی تابشی زیادی در اینجا جمع آوری می شود.)

نقطه ای که هر پرتو بدون شکست از آن عبور می کند، مرکز نوری عدسی نامیده می شود (برای عدسی های دو محدب، مرکز نوری با مرکز هندسی منطبق است).

مرکز کره ای که سطح عدسی بخشی از آن است را مرکز انحنا می گویند. در یک عدسی دو محدب متقارن، هر دو مرکز انحنا در فواصل مساوی از مرکز نوری قرار دارند. تمام خطوط مستقیمی که از مرکز نوری عدسی عبور می کنند، محورهای نوری نامیده می شوند. خط مستقیمی که مرکز انحنا را به مرکز نوری متصل می کند، محور نوری اصلی عدسی نامیده می شود.

نقطه ای که پرتوهای عبوری از عدسی جمع می شوند کانون نامیده می شود.

فاصله مرکز نوری لنز تا صفحه ای که فوکوس در آن قرار دارد (به اصطلاح صفحه کانونی) فاصله کانونی نامیده می شود. در اندازه های خطی اندازه گیری می شود.

فاصله کانونی همان لنز بسته به اینکه شیئی که به آن روبروست چقدر از خود لنز فاصله دارد متفاوت است. قانون خاصی وجود دارد که فاصله کانونی به فاصله تا جسم بستگی دارد. برای محاسبه دامنه لکه بینی، مهمترین چیز فاصله کانونی اصلی است، یعنی فاصله مرکز نوری لنز تا کانون اصلی. کانون اصلی نقطه ای است که در آن، پس از شکست، پرتوی از پرتوهای موازی با محور اصلی نوری همگرا می شود. روی محور نوری اصلی، بین مرکز نوری و مرکز انحنا قرار دارد. تصویر یک جسم در فاصله کانونی اصلی یا همانطور که می گویند "در کانون اصلی" به دست می آید (که کاملاً دقیق نیست، زیرا فوکوس یک نقطه است و تصویر یک شیء شکل تخت) زمانی که جسم به قدری از عدسی دور باشد که پرتوهای حاصل از آن به صورت پرتوی موازی بر روی عدسی می افتند.

همان لنز همیشه فاصله کانونی اصلی یکسانی دارد. لنزهای مختلف بسته به تحدب آنها، فواصل کانونی اصلی متفاوتی دارند. لنزهای دو محدب اغلب لنزهای "همگرا" نامیده می شوند.

قدرت همگرای هر لنز با فاصله کانونی اصلی آن اندازه گیری می شود. اغلب، هنگامی که در مورد ویژگی جمع آوری یک لنز دو محدب صحبت می شود، به جای کلمات "فاصله کانونی اصلی" آنها به سادگی "فاصله کانونی" می گویند.

هر چه عدسی بیشتر پرتوها را بشکند، فاصله کانونی آن کوتاه‌تر می‌شود. برای مقایسه لنزهای مختلف، می توانید نسبت فاصله کانونی آنها را محاسبه کنید. اگر مثلاً یک عدسی فاصله کانونی اصلی 50 سانتی‌متر و دیگری 75 سانتی‌متر داشته باشد، واضح است که عدسی با فاصله کانونی اصلی 50 سانتی‌متر با شدت بیشتری می‌شکند، می‌توان گفت که خواص انکساری آن بیشتر از لنزهایی با فاصله کانونی 75 سانتی متر، به تعداد 75 سانتی متر بیشتر از 50 سانتی متر است، یعنی 75/50 = 1.5٪.

خاصیت انکساری یک عدسی را می توان با قدرت نوری آن نیز مشخص کرد. از آنجایی که خاصیت انکساری لنز بیشتر است، هر چه فاصله کانونی آن کمتر باشد، مقدار 1:F را می توان به عنوان اندازه گیری توان نوری در نظر گرفت (F فاصله کانونی اصلی است). واحد قدرت نوری یک عدسی، توان نوری چنین عدسی است که فاصله کانونی اصلی آن 1 متر است. این واحد دیوپتر نامیده می شود. بنابراین، قدرت نوری هر عدسی را می توان با تقسیم 1 متر بر فاصله کانونی اصلی (F) آن عدسی، که بر حسب متر بیان می شود، پیدا کرد.

توان نوری معمولا با حرف D نشان داده می شود. قدرت نوری لنزهای فوق (یکی F1 = 75 سانتی متر، دیگری F2 = 50 سانتی متر) خواهد بود.

D1 = 100cm / 75cm = 1.33

D2 = 100cm / 50cm = 2

اگر یک لنز 4 دیوپتری را در یک فروشگاه خریداری کنید (معمولاً عینک عینک به این ترتیب تعیین می شود) ، واضح است که فاصله کانونی اصلی آن برابر است: F = 100 سانتی متر / 4 = 25 سانتی متر.

معمولاً هنگام نشان دادن توان نوری یک عدسی همگرا، یک علامت "+" (به اضافه) در مقابل تعداد دیوپترها قرار می گیرد.

عدسی دو مقعر دارای خاصیت پراکندگی به جای جمع آوری پرتوها است. اگر چنین عدسی را به سمت خورشید بچرخانید، هیچ تصویری از پشت عدسی به دست نمی‌آید؛ پرتوهایی که به صورت پرتوی موازی به عدسی می‌تابند، در یک پرتو واگرا از آن خارج می‌شوند. طرف های مختلف. اگر از طریق چنین لنزی به جسمی نگاه کنید، تصویر این جسم کوچک شده به نظر می رسد. نقطه ای که در آن امتداد پرتوهای پراکنده شده توسط عدسی "همگرا" می شوند، فوکوس نیز نامیده می شود، اما این تمرکز خیالی خواهد بود.

ویژگی های یک عدسی مقعر مانند یک عدسی محدب مشخص می شود، اما به تمرکز ظاهری مربوط می شود. هنگام تعیین قدرت نوری یک عدسی مقعر، علامت "-" (منهای) را در مقابل تعداد دیوپترها قرار دهید. اجازه دهید در جدول خلاصه ویژگی های اصلی عدسی های دو محدب و دو مقعر را بنویسیم.

عدسی دو محدب (محدب)

عدسی دو مقعر (واگرا)

تمرکز واقعی است. کانون اصلی نقطه ای است که در آن پرتوهای یک نقطه درخشان بی نهایت دور (یا همان پرتوهای موازی) جمع آوری می شوند. تصویر واقعی، وارونه است. فاصله کانونی اصلی از مرکز نوری لنز تا کانون اصلی محاسبه می شود و دارد ارزش مثبت. قدرت نوری مثبت است.

تمرکز خیالی است. تمرکز اصلی نقطه ای است که در آن ادامه پرتوهای واگرا که از یک نقطه نورانی بی نهایت دور می آیند، تلاقی می کنند. تصویر خیالی، مستقیم است. فاصله کانونی اصلی از مرکز نوری لنز تا کانون اصلی محاسبه می شود و دارای مقدار منفی است. توان نوری منفی است.

هنگام ساخت ابزارهای نوری، اغلب از یک سیستم دو یا چند لنز استفاده می شود. اگر این لنزها یکی به دیگری متصل شوند، می توان قدرت نوری چنین سیستمی را از قبل محاسبه کرد. توان نوری مورد نیاز برابر با مجموع قدرت های نوری عدسی های تشکیل دهنده خواهد بود یا به قول خودشان دیوپتر سیستم برابر است با مجموع دیوپترهای عدسی هایی که آن را تشکیل می دهند:

این فرمول نه تنها محاسبه توان نوری چندین شیشه تا شده را امکان پذیر می کند، بلکه در صورت وجود عدسی دیگر با قدرت مشخص، توان نوری مجهول یک عدسی را نیز ممکن می سازد.

با استفاده از این فرمول می توانید به قدرت نوری یک لنز دو مقعر پی ببرید.

مثلاً یک لنز واگرا داشته باشیم و بخواهیم قدرت نوری آن را تعیین کنیم. ما یک لنز جمع کننده روی آن اعمال می کنیم تا این سیستم یک تصویر واقعی تولید کند. به عنوان مثال، اگر با اعمال یک عدسی همگرا با دیوپتر +3 به یک عدسی واگرا، تصویری از خورشید در فاصله 75 سانتی متری دریافت کنیم، پس قدرت نوری سیستم برابر است با:

D0=100cm / 75cm = +1.33

از آنجایی که قدرت نوری عدسی همگرا +3 دیوپتر است، قدرت نوری عدسی واگرا 1.66- است.

علامت منفی دقیقاً نشان می دهد که لنز در حال واگرایی است.

تغییر در فاصله از جسم تا لنز همچنین مستلزم تغییر در فاصله لنز تا تصویر، یعنی فاصله کانونی تصویر است. برای محاسبه فاصله کانونی یک تصویر از فرمول زیر استفاده کنید.

اگر d فاصله جسم تا لنز (به طور دقیق تر، تا مرکز نوری آن) باشد، f فاصله کانونی تصویر و F فاصله کانونی اصلی است، پس: 1/d + 1/f = 1/F

از این فرمول نتیجه می شود که اگر فاصله جسم از عدسی بسیار زیاد باشد، عملاً 1/d=0 و f=F است. اگر d کاهش یابد، f باید افزایش یابد، یعنی فاصله کانونی تصویر داده شده توسط لنز افزایش می یابد و تصویر بیشتر و بیشتر از مرکز نوری لنز حرکت می کند. مقدار F (فاصله کانونی اصلی) به ضریب شکست، شیشه ای که عدسی از آن ساخته شده و درجه انحنای سطوح لنز بستگی دارد. فرمول بیان کننده این وابستگی به این صورت است:

F=(n-1)(1/R1+1/R2)

در این فرمول، n ضریب شکست شیشه است، R1 و R2 شعاع آن سطوح کروی هستند که عدسی توسط آنها محدود می شود، یعنی شعاع انحنا. در نظر گرفتن این وابستگی ها مفید است تا حتی با یک بررسی سطحی لنز، بتوانید در مورد فوکوس طولانی (سطوح کمی خمیده) یا فوکوس کوتاه (سطوح انحنای بسیار محسوس) قضاوت کنید.

از خواص عدسی های همگرا و واگرا در لکه بینی استفاده می شود.

دستگاه تلسکوپ طراحی اپتیکی یک تلسکوپ گالیله را نشان می دهد. این لوله از دو عدسی تشکیل شده است: یک عدسی دو محدب، رو به جسم، و یک عدسی مقعر که ناظر از طریق آن نگاه می کند.

عدسی که پرتوهای جسم مشاهده شده را جمع آوری می کند عدسی شیئی نامیده می شود، عدسی که از طریق آن این پرتوها از لوله خارج شده و وارد چشم ناظر می شود چشمی نامیده می شود.

یک شی دور (در نقاشی نشان داده نشده است) جاسوسی) بسیار به سمت چپ است، پرتوها از نقطه بالایی آن (A) و از نقطه پایینی آن (B) روی عدسی می تابند. از مرکز نوری عدسی، جسم با زاویه AO B قابل مشاهده است.

پس از عبور از لنز، پرتوها باید جمع‌آوری می‌شدند، اما به نظر می‌رسد شیشه دوقعر بین لنز و کانون اصلی آن قرار می‌گیرد که این پرتوها را "رهگیری" کرده و آنها را پراکنده می‌کند. در نتیجه، چشم ناظر جسم را به گونه ای می بیند که گویی پرتوهای آن با زاویه زیادی می آیند.

زاویه ای که یک جسم با چشم غیرمسلح قابل مشاهده است AOB است و برای ناظری که از طریق لوله نگاه می کند، به نظر می رسد که جسم در ab است و با زاویه ای بیشتر از زاویه AOB قابل مشاهده است. نسبت زاویه ای که جسم از طریق تلسکوپ قابل مشاهده است به زاویه ای که جسم با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است را بزرگنمایی تلسکوپ می گویند. در صورتی می توان بزرگنمایی را محاسبه کرد که فاصله کانونی اصلی شیء F1 و فاصله کانونی اصلی چشمی F2 مشخص باشد. تئوری نشان می دهد که بزرگنمایی W یک لوله گالیله برابر است با: W= -F1/F2= -D2/D1، که در آن D1 و D2 به ترتیب قدرت های نوری عدسی و چشمی هستند.

علامت منفی نشان می دهد که در لوله گالیله قدرت نوری چشمی منفی است.

طول لوله گالیله باید برابر با اختلاف فاصله کانونی شی F1 و چشمی F2 باشد.

از آنجایی که موقعیت فوکوس بسته به فاصله تا جسم مشاهده شده تغییر می کند، هنگام مشاهده اشیاء زمینی نزدیک، فاصله بین لنز و چشمی باید بیشتر از هنگام مشاهده باشد. اجرام آسمانی. برای اینکه بتوان چشمی را به درستی نصب کرد، آن را در لوله جمع شونده قرار می دهند.

طراحی یک شیشه جاسوسی طراحی اپتیکی یک شیشه جاسوسی کپلر را نشان می دهد. جسم بسیار به سمت چپ است و با زاویه AOB قابل مشاهده است. اشعه از بالا و پایین ترین امتیازاجسام در O" و O" جمع می شوند و با جلوتر رفتن، توسط چشمی شکسته می شوند. با قرار دادن چشم در پشت چشمی، ناظر تصویری از جسم را با زاویه A "NE" می بیند. در این صورت تصویر جسم وارونه ظاهر می شود.

بزرگنمایی لوله کپلرین: W= F1/F2= D2/D1،

فاصله بین شیء و چشمی در لوله کپلر برابر است با مجموع فواصل کانونی شیء F1 و چشمی F2. در نتیجه، لوله کپلر همیشه طولانی‌تر از لوله گالیله است که در همان فاصله کانونی عدسی، بزرگنمایی یکسانی را ارائه می‌دهد. با این حال، این تفاوت در طول بزرگنمایی بیشتر کاهش می یابد.

در لوله کپلر، مانند لوله گالیله، حرکت لوله چشمی برای امکان مشاهده اجسام واقع در فواصل مختلف فراهم شده است.

طرح:

1. تاریخچه
2 ویژگی های لنزهای ساده
3 مسیر پرتوها در یک عدسی نازک
4 مسیر پرتو در سیستم عدسی
5 ساختن یک تصویر با عدسی نازک همگرا
6 فرمول لنز نازک
7 مقیاس تصویر
8 محاسبه فاصله کانونی و توان نوری یک لنز
9 ترکیبی از چند لنز (سیستم مرکزی)
10 معایب یک لنز ساده
11 لنزهایی با خواص ویژه
- 11.1 لنزهای پلیمری ارگانیک
- 11.2 لنز کوارتز
- 11.3 لنزهای سیلیکونی
12 استفاده از لنز

معرفی

عدسی محدب پلانو

لنز(آلمانی) لینس، از لات. لنز- عدس) - بخشی ساخته شده از یک ماده همگن شفاف نوری، محدود شده توسط دو سطح انکساری جلا چرخش، به عنوان مثال، کروی یا صاف و کروی. در حال حاضر، "عدسی های غیر کروی"، که شکل سطح آنها با یک کره متفاوت است، به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرند. مواد نوری مانند شیشه، شیشه نوری، پلاستیک های شفاف نوری و مواد دیگر معمولاً به عنوان مواد لنز استفاده می شوند.

عدسی ها به دیگر وسایل و پدیده های نوری نیز گفته می شود که بدون داشتن موارد مشخص شده، جلوه نوری مشابهی ایجاد می کنند. ویژگی های خارجی. مثلا:

"عدسی" تخت ساخته شده از ماده ای با ضریب شکست متغیر که بسته به فاصله از مرکز تغییر می کند.
لنزهای فرنل
صفحه منطقه فرنل با استفاده از پدیده پراش
"عدسی" هوا در جو - ناهمگونی خواص، به ویژه، ضریب شکست (به شکل تصاویر سوسو زننده ستارگان در آسمان شب ظاهر می شود).
عدسی گرانشی - اثر انحراف مشاهده شده در فواصل بین کهکشانی امواج الکترومغناطیسیاجسام عظیم
عدسی مغناطیسی وسیله ای است که از یک میدان مغناطیسی ثابت برای متمرکز کردن پرتوی از ذرات باردار (یون یا الکترون) استفاده می کند و در میکروسکوپ های الکترونی و یونی استفاده می شود.
تصویر یک عدسی که توسط یک سیستم نوری یا بخشی از یک سیستم نوری تشکیل شده است. در محاسبه سیستم های نوری پیچیده استفاده می شود.

1. تاریخچه

اولین ذکر از لنزهارا می توان در نمایشنامه یونان باستان "ابرها" اثر آریستوفان (424 قبل از میلاد) یافت که در آن از شیشه محدب و نور خورشیدآتش زد

از آثار پلینی بزرگ (23 - 79) چنین بر می آید که این روش افروختن آتش در امپراتوری روم نیز شناخته شده بود - همچنین احتمالاً اولین مورد استفاده از لنزها برای اصلاح بینایی را توصیف می کند - مشخص است که نرون تماشا کرده است. مبارزه گلادیاتورها از طریق زمرد مقعر برای اصلاح نزدیک بینی.

سنکا (3 قبل از میلاد - 65) اثر بزرگنمایی را که یک توپ شیشه ای پر از آب ایجاد می کند توصیف کرد.

ریاضیدان عرب الحازن (965-1038) اولین رساله مهم در مورد اپتیک را نوشت و توضیح داد که چگونه عدسی چشم تصویری را روی شبکیه ایجاد می کند. لنزها تنها با ظهور عینک در حدود دهه 1280 در ایتالیا مورد استفاده گسترده قرار گرفتند.

دروازه طلایی از طریق قطرات باران که به عنوان عدسی عمل می کنند قابل مشاهده است.

گیاه از طریق یک عدسی محدب دیده می شود

2. خصوصیات لنزهای ساده

بسته به فرم هایی که وجود دارد جمع آوری(مثبت) و پراکندگیلنزهای (منفی). گروه عدسی های جمع کننده معمولاً شامل عدسی هایی می شود که وسط آنها ضخیم تر از لبه های آنها است و گروه عدسی های واگرا شامل عدسی هایی هستند که لبه های آنها ضخیم تر از وسط است. لازم به ذکر است که این تنها در صورتی صادق است که ضریب شکست ماده عدسی بیشتر از محیط اطراف باشد. اگر ضریب شکست عدسی کمتر باشد، وضعیت برعکس خواهد شد. به عنوان مثال، یک حباب هوا در آب یک عدسی واگرا دو محدب است.

لنزها معمولاً با قدرت نوری (اندازه‌گیری شده در دیوپتر) یا فاصله کانونی مشخص می‌شوند.

برای ساخت دستگاه های نوری با انحراف نوری تصحیح شده (عمدتاً رنگی، ناشی از پراکندگی نور - اکرومات ها و آپوکرومات ها)، سایر خواص عدسی ها / مواد آنها نیز مهم است، به عنوان مثال، ضریب شکست، ضریب پراکندگی، عبور مواد در نوری انتخاب شده. دامنه.

گاهی اوقات سیستم‌های نوری لنز/عدسی‌ها (رفرکتورها) به‌طور خاص برای استفاده در محیط‌هایی با ضریب شکست نسبتاً بالا طراحی می‌شوند (به میکروسکوپ غوطه‌وری، مایعات غوطه‌وری مراجعه کنید).

عدسی محدب مقعر نامیده می شود منیسکو می تواند جمعی (ضخیم شدن به سمت وسط)، منتشر (ضخیم شدن به سمت لبه ها) یا تلسکوپی (فاصله کانونی بی نهایت است). بنابراین، به عنوان مثال، لنزهای عینک برای نزدیک بینی، به عنوان یک قاعده، منیسک منفی هستند.

برخلاف تصور غلط رایج، قدرت نوری مینیسک با شعاع مساوی صفر نیست، بلکه مثبت است و به ضریب شکست شیشه و ضخامت عدسی بستگی دارد. مینیسکی که مراکز انحنای سطوح آن در یک نقطه قرار دارد، عدسی متحدالمرکز نامیده می شود (قدرت نوری همیشه منفی است).

عناصر اصلی لنز: NN - محور نوری - یک خط مستقیم که از مراکز سطوح کروی که لنز را محدود می کند عبور می کند. O - مرکز نوری - نقطه ای که برای عدسی های دو محدب یا دو مقعر (با شعاع های سطحی یکسان) روی محور نوری داخل عدسی (در مرکز آن) قرار دارد.
توجه داشته باشید. مسیر پرتوها مانند یک عدسی ایده آل (نازک) نشان داده شده است، بدون اینکه نشان دهنده شکست در سطح مشترک واقعی باشد. علاوه بر این، یک تصویر تا حدودی اغراق آمیز از یک لنز دو محدب نشان داده شده است

اگر نقطه نورانی S در فاصله معینی در مقابل عدسی جمع کننده قرار گیرد، پرتوی از نور که در امتداد محور هدایت می شود بدون شکست از عدسی عبور می کند و پرتوهایی که از مرکز عبور نمی کنند به سمت عدسی شکسته می شوند. محور نوری و در نقطه ای F روی آن قطع می شود که تصویر نقطه S خواهد بود. این نقطه کانون مزدوج یا به سادگی نامیده می شود. تمرکز.

اگر نور از یک منبع بسیار دور بر روی عدسی بیفتد، پرتوهای آن را می‌توان به صورت پرتوی موازی نشان داد، پس از خروج از آن، پرتوها با زاویه بزرگ‌تری شکست می‌خورند و نقطه F روی محور نوری نزدیک‌تر به عدسی می‌رود. لنز در این شرایط، نقطه تقاطع پرتوهای خارج شده از عدسی نامیده می شود تمرکز F’، و فاصله مرکز لنز تا کانون فاصله کانونی است.

فوکوس خیالی یک عدسی واگرا

آنچه در مورد فوکوس روی محور نوری گفته شد در مواردی که تصویر یک نقطه بر روی خطی شیبدار است که از مرکز عدسی با زاویه ای نسبت به محور نوری عبور می کند، صدق می کند. صفحه عمود بر محور نوری که در کانون عدسی قرار دارد، نامیده می شود. صفحه کانونی.

عدسی های جمعی را می توان از هر طرف به سمت یک جسم هدایت کرد، در نتیجه پرتوهای عبوری از لنز را می توان از یک طرف و از طرف دیگر جمع آوری کرد. بنابراین، لنز دارای دو فوکوس است - جلوو عقب. آنها بر روی محور نوری در دو طرف لنز در فاصله کانونی از نقاط اصلی لنز قرار دارند.

3. مسیر پرتوها در یک عدسی نازک

عدسی که ضخامت آن گرفته شده است برابر با صفر، در اپتیک "نازک" نامیده می شود. برای چنین عدسی، آنها نه دو صفحه اصلی را نشان می دهند، بلکه یکی را نشان می دهند که جلو و پشت آن با هم ادغام می شوند.

اجازه دهید ساخت یک مسیر پرتو با جهت دلخواه را در یک عدسی جمع کننده نازک در نظر بگیریم. برای این کار از دو خاصیت عدسی نازک استفاده می کنیم:

پرتوی که از مرکز نوری عدسی عبور می کند جهت خود را تغییر نمی دهد.

پرتوهای موازی که از عدسی عبور می کنند در صفحه کانونی همگرا می شوند.

اجازه دهید یک پرتو SA را از یک جهت دلخواه در یک عدسی در نقطه A در نظر بگیریم. اجازه دهید یک خط انتشار آن را پس از شکست در عدسی بسازیم. برای انجام این کار، یک پرتو OB موازی با SA و از مرکز نوری O لنز می‌سازیم. با توجه به ویژگی اول عدسی، پرتو OB جهت خود را تغییر نمی دهد و صفحه کانونی را در نقطه B قطع می کند. طبق خاصیت دوم عدسی، پرتو موازی SA پس از شکست باید صفحه کانونی را در همان نقطه قطع کند. نقطه. بنابراین پرتو SA پس از عبور از عدسی مسیر AB را طی خواهد کرد.

تیرهای دیگر مانند تیر SPQ را می توان به روشی مشابه ساخت.

اجازه دهید فاصله SO از عدسی تا منبع نور را با u، فاصله OD از عدسی تا نقطه تمرکز پرتوها را با v و فاصله کانونی OF را با f نشان دهیم. اجازه دهید فرمولی را استخراج کنیم که این مقادیر را به هم متصل می کند.

بیایید دو جفت مثلث مشابه را در نظر بگیریم: 1) SOA و OFB. 2) DOA و DFB. بیایید نسبت ها را بنویسیم

با تقسیم نسبت اول بر دوم، به دست می آوریم

پس از تقسیم دو طرف عبارت بر v و مرتب کردن مجدد عبارت ها، به فرمول نهایی می رسیم.

فاصله کانونی لنز نازک کجاست.

4. مسیر پرتو در سیستم عدسی

مسیر پرتوها در یک سیستم عدسی با استفاده از روش های مشابه برای یک عدسی ساخته می شود.

سیستمی متشکل از دو عدسی را در نظر بگیرید که یکی از آنها دارای فاصله کانونی OF و دیگری O 2 F 2 است. مسیر SAB را برای عدسی اول می سازیم و قطعه AB را تا زمانی که در نقطه C وارد عدسی دوم شود ادامه می دهیم.

از نقطه O 2 یک پرتو O 2 E موازی با AB می سازیم. این پرتو در هنگام قطع صفحه کانونی عدسی دوم نقطه E را می دهد. با توجه به خاصیت دوم عدسی نازک، پرتو AB پس از عبور از عدسی دوم، مسیر BE را طی می کند. تقاطع این خط با محور نوری عدسی دوم نقطه D را ایجاد می کند، جایی که تمام پرتوهای خارج شده از منبع S و عبور از هر دو عدسی متمرکز می شوند.

5. ساختن یک تصویر با یک لنز جمع کننده نازک

ساخت یک تصویر از اجسام با شکل و اندازه معین توسط یک عدسی به صورت زیر به دست می آید: فرض کنید خط AB یک شی را نشان می دهد که در فاصله معینی از لنز قرار دارد و به طور قابل توجهی از فاصله کانونی آن بیشتر است. از هر نقطه جسم، تعداد بیشماری پرتو از عدسی عبور می کند که برای وضوح، شکل به صورت شماتیک مسیر تنها سه پرتو را نشان می دهد.

در این مورد، تصویر در یک فوکوس مزدوج در یک صفحه کانونی خاص FF، تا حدودی دور از صفحه کانونی اصلی F'F' به دست آمد، که به موازات آن از طریق فوکوس اصلی عبور می کند.

این الگو در تمرین انواع مختلف کار عکاسی از اهمیت بالایی برخوردار است، بنابراین برای تعیین رابطه بین فاصله جسم تا لنز و از لنز تا صفحه تصویر، باید اصول اولیه را بدانید. فرمول لنز.

6. فرمول لنز نازک

فواصل نقطه جسم تا مرکز عدسی و از نقطه تصویر تا مرکز عدسی را فواصل کانونی مزدوج می گویند.

این مقادیر به یکدیگر وابسته هستند و با فرمولی به نام تعیین می شوند فرمول لنز نازک(کشف آیزاک بارو):

برای یافتن یک یا آن کمیت مجهول با دو عدد شناخته شده، از معادلات زیر استفاده کنید:

لازم به ذکر است که نشانه های مقادیر تو , v , fبر اساس ملاحظات زیر انتخاب می شوند - برای یک تصویر واقعی از یک شی واقعی در یک عدسی همگرا - همه این مقادیر مثبت هستند. اگر تصویر خیالی باشد، فاصله تا آن منفی در نظر گرفته می‌شود، اگر جسم خیالی باشد، فاصله تا آن منفی است و اگر عدسی واگرا باشد، فاصله کانونی منفی است.

تصاویر حروف سیاه از طریق یک عدسی محدب نازک با فاصله کانونی f (نمایش داده شده با رنگ قرمز). پرتوهای حروف E، I و K (به ترتیب آبی، سبز و نارنجی) نشان داده شده است. ابعاد تصاویر واقعی و وارونه E (2f) یکسان است. تصویر I (f) - در بی نهایت. K (در f/2) دو برابر اندازه تصویر مجازی و مستقیم است

7. مقیاس تصویر

در عمل محاسبات، بیان این رابطه در مقادیر یا فاصله کانونی لنز بسیار راحت تر است.

8. محاسبه فاصله کانونی و قدرت نوری لنز

مقدار فاصله کانونی برای یک لنز را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:

، جایی که

ضریب شکست مواد لنز،

فاصله بین سطوح کروی یک عدسی در امتداد محور نوری که به آن نیز می گویند ضخامت لنزو اگر مرکز سطح کروی در سمت راست عدسی قرار گیرد، علائم شعاع مثبت و اگر به سمت چپ باشد منفی در نظر گرفته می شوند. اگر نسبت به فاصله کانونی آن ناچیز باشد، چنین عدسی نامیده می شود لاغرو فاصله کانونی آن را می توان به صورت زیر یافت:

R>0 اگر مرکز انحنا در سمت راست محور نوری اصلی باشد. آر<0 если центр кривизны находится слева от главной оптической оси. Например, для двояковыпуклой линзы будет выполняться условие 1/F=(n-1)(1/R1+1/R2)

(به این فرمول نیز گفته می شود فرمول لنز نازک.) فاصله کانونی برای عدسی های همگرا مثبت و برای عدسی های واگرا منفی است. کمیت نامیده می شود قدرت نوریلنزها قدرت نوری یک لنز بر حسب اندازه گیری می شود دیوپترها، که واحدهای آن هستند متر −1 .

اگر از فرمول های مثلثاتی عمومی به تقریب پاراکسیال حرکت کنیم، می توان این فرمول ها را با در نظر گرفتن دقیق فرآیند ساخت تصویر در عدسی با استفاده از قانون اسنل به دست آورد.

9. ترکیب چندین لنز (سیستم مرکزی)

لنزها را می توان با یکدیگر ترکیب کرد و سیستم های نوری پیچیده ای ساخت. توان نوری یک سیستم از دو عدسی را می توان به صورت مجموع ساده قدرت های نوری هر عدسی یافت (با فرض اینکه هر دو عدسی را می توان نازک در نظر گرفت و نزدیک به یکدیگر در یک محور قرار دارند):

فاصله بین صفحات اصلی لنزها کجاست.

10. معایب یک لنز ساده

تجهیزات عکاسی مدرن تقاضای بالایی برای کیفیت تصویر دارند.

تصویر تولید شده توسط یک لنز ساده، به دلیل تعدادی کاستی، این الزامات را برآورده نمی کند. رفع اکثر کاستی ها با انتخاب مناسب تعدادی از لنزها در یک سیستم نوری متمرکز - یک لنز به دست می آید. تصاویر به دست آمده با لنزهای ساده دارای معایب مختلفی هستند. معایب سیستم های نوری را انحرافات می نامند که به انواع زیر تقسیم می شوند:

انحرافات هندسی
- انحراف کروی؛
- کما؛
- آستیگماتیسم؛
- اعوجاج؛
- انحنای میدان تصویر؛
انحراف رنگی؛
انحراف پراش (این انحراف توسط عناصر دیگر سیستم نوری ایجاد می شود و ربطی به خود لنز ندارد).

11. عدسی با خواص ویژه

11.1. لنزهای پلیمری ارگانیک

پلیمرها ایجاد لنزهای غیر کروی ارزان قیمت را با استفاده از ریخته گری امکان پذیر می کنند.

لنزهای تماسی

در زمینه چشم پزشکی، لنزهای تماسی نرم ساخته شده است. تولید آنها بر اساس استفاده از مواد با طبیعت دو فازی، ترکیب قطعات است سیلیکون ارگانوسیلیک یا سیلیکون پلیمر ارگانوسیلیکو یک پلیمر هیدروژل آبدوست. کار بیش از 20 سال منجر به ایجاد لنزهای هیدروژل سیلیکونی در اواخر دهه 90 شد که به لطف ترکیبی از خواص آب دوست و نفوذپذیری بالای اکسیژن، می توان به طور مداوم به مدت 30 روز در شبانه روز از آنها استفاده کرد.

11.2. لنزهای کوارتز

شیشه کوارتز سیلیس خالص ذوب شده با افزودن جزئی (حدود 0.01٪) Al 2 O 3، CaO و MgO است. با مقاومت حرارتی بالا و بی اثر بودن در برابر بسیاری از مواد شیمیایی به استثنای اسید هیدروفلوئوریک مشخص می شود.

شیشه کوارتز شفاف پرتوهای فرابنفش و نور مرئی را به خوبی منتقل می کند.

11.3. لنزهای سیلیکونی

سیلیکون پراکندگی فوق العاده بالا را با بالاترین مقدار مطلق ضریب شکست n=3.4 در محدوده IR و کدورت کامل در محدوده مرئی طیف ترکیب می کند.

علاوه بر این، ویژگی‌های سیلیکون و آخرین فناوری‌های پردازش آن بود که امکان ایجاد عدسی‌هایی را برای طیف اشعه ایکس امواج الکترومغناطیسی فراهم کرد.

12. استفاده از لنز

لنزها یک عنصر نوری جهانی اکثر سیستم های نوری هستند.

استفاده سنتی از لنزها دوربین های دوچشمی، تلسکوپ، دوربین های نوری، تئودولیت ها، میکروسکوپ ها و تجهیزات عکاسی و فیلمبرداری است. از عدسی های همگرا به عنوان ذره بین استفاده می شود.

یکی دیگر از زمینه های مهم استفاده از لنزها چشم پزشکی است که بدون آنها نمی توان نقص های بینایی - نزدیک بینی، دوربینی، اقامت نامناسب، آستیگماتیسم و سایر بیماری ها را اصلاح کرد. از لنزها در وسایلی مانند عینک و لنزهای تماسی استفاده می شود.

در نجوم رادیویی و رادار، لنزهای دی الکتریک اغلب برای جمع آوری شار امواج رادیویی به یک آنتن گیرنده یا تمرکز آنها بر روی یک هدف استفاده می شود.

در طراحی بمب‌های هسته‌ای پلوتونیومی، از سیستم‌های لنز ساخته شده از مواد منفجره با سرعت‌های انفجار متفاوت (یعنی با ضریب شکست متفاوت) برای تبدیل موج ضربه‌ای واگرای کروی از یک منبع نقطه‌ای (چشم‌انداز) به یک همگرا کروی استفاده شد.

یادداشت

علم در سیبری - www.nsc.ru/HBC/hbc.phtml?15 320 1
لنزهای سیلیکونی برای محدوده IR - www.optotl.ru/mat/Si#2

لنز دو محدب

عدسی محدب پلانو

ویژگی های لنزهای نازک

بسته به فرم هایی که وجود دارد جمعی(مثبت) و پراکندگیلنزهای (منفی). گروه عدسی های جمع کننده معمولاً شامل عدسی هایی می شود که وسط آنها ضخیم تر از لبه های آنها است و گروه عدسی های واگرا شامل عدسی هایی هستند که لبه های آنها ضخیم تر از وسط است. لازم به ذکر است که این تنها در صورتی صادق است که ضریب شکست ماده عدسی بیشتر از محیط اطراف باشد. اگر ضریب شکست عدسی کمتر باشد، وضعیت برعکس خواهد شد. به عنوان مثال، یک حباب هوا در آب یک عدسی واگرا دو محدب است.

لنزها معمولاً با قدرت نوری (اندازه‌گیری شده در دیوپتر) یا فاصله کانونی مشخص می‌شوند.

فوکوس خیالی یک عدسی واگرا

ساختن یک تصویر با عدسی نازک همگرا

فرمول لنز نازک

فواصل نقطه جسم تا مرکز عدسی و از نقطه تصویر تا مرکز عدسی را فواصل کانونی مزدوج می گویند.

این مقادیر به یکدیگر وابسته هستند و با فرمولی به نام تعیین می شوند فرمول لنز نازک:

برای یافتن یک یا آن کمیت مجهول با دو عدد شناخته شده، از معادلات زیر استفاده کنید:

مقیاس تصویر

در عمل محاسبات، بیان این رابطه در مقادیر یا فاصله کانونی لنز بسیار راحت تر است.

محاسبه فاصله کانونی و توان نوری یک لنز

ترکیبی از چند لنز (سیستم مرکزی)

فاصله بین صفحات اصلی لنزها کجاست.

معایب یک لنز ساده

تجهیزات عکاسی مدرن تقاضای بالایی برای کیفیت تصویر دارند.

تصویر تولید شده توسط یک لنز ساده، به دلیل تعدادی کاستی، این الزامات را برآورده نمی کند. رفع بسیاری از کاستی ها با انتخاب مناسب تعدادی از لنزها در یک سیستم نوری متمرکز - لنز به دست می آید. تصاویر به دست آمده با لنزهای ساده دارای معایب مختلفی هستند. معایب سیستم های نوری را انحرافات می نامند که به انواع زیر تقسیم می شوند:

انحرافات هندسی
انحراف پراش (این انحراف توسط عناصر دیگر سیستم نوری ایجاد می شود و ربطی به خود لنز ندارد).

لنزهایی با خواص ویژه

لنزهای پلیمری ارگانیک

لنزهای تماسی