Optilised seadmed- seadmed, milles spektri mis tahes piirkonna kiirgus(ultraviolett, nähtav, infrapuna) konverteeritud(edastatakse, peegeldub, murdub, polariseerub).

avaldades austust ajaloolisele traditsioonile, optilisi seadmeid nimetatakse tavaliselt seadmeteks, mis töötavad nähtavas valguses.

Seadme kvaliteedi esialgsel hinnangul ainult peamine tema omadused:

• heledus- kiirguse kontsentreerimise võime;
• lahutusvõime- võime eristada külgnevaid pildi detaile;
• suurendama- objekti suuruse ja selle kujutise suhe.
• Paljude seadmete puhul on määravaks tunnuseks vaateväli- nurk, mille all on seadme keskelt näha äärmuslikud punktid teema.

Eraldusvõime (võime)- iseloomustab optiliste instrumentide võimet anda eraldi kujutisi objekti kahest üksteise lähedal asuvast punktist.

Nimetatakse väikseimat lineaarset või nurkkaugust kahe punkti vahel, millest alates nende kujutised ühinevadlineaarne või nurkeraldusvõime piir.

Seadme võime eristada kahte lähedast punkti või joont tuleneb valguse lainelisest olemusest. Näiteks objektiivisüsteemi lahutusvõime arvväärtus sõltub disaineri võimest tulla toime objektiivi aberratsioonidega ja tsentreerida need läätsed hoolikalt samale optilisele teljele. Kahe kõrvuti asetseva pildipunkti teoreetiline eraldusvõime piir on määratletud kui nende keskpunktide ja nende difraktsioonimustri esimese tumeda rõnga raadiuse vaheline kaugus.

Suurendama. Kui objekt pikkusega H on risti süsteemi optilise teljega ja selle kujutise pikkus on h, määratakse suurendus m valemiga:

m = h/H .

Suurendus sõltub fookuskaugustest ja läätsede suhtelisest asendist; selle sõltuvuse väljendamiseks on olemas vastavad valemid.

Visuaalse vaatluse seadmete oluline omadus on näiv suurendus M. See määratakse võrkkestale tekkivate objekti kujutiste suuruse suhte järgi objekti otsesel vaatlusel ja selle uurimisel läbi seadme. Tavaliselt väljendatakse M näivat suurenemist suhtega M = tgb/tga, kus a on nurk, mille all vaatleja objekti palja silmaga näeb, ja b on nurk, mille all vaatleja silm näeb objekti läbi seadme.

Mis tahes põhiosa optiline süsteem on objektiiv. Objektiivid on osa peaaegu kõigist optilistest seadmetest.

Objektiiv – optiliselt läbipaistev keha, mis on piiratud kahe sfäärilise pinnaga.

Kui läätse enda paksus on sfääriliste pindade kõverusraadiustega võrreldes väike, siis nimetatakse läätse õhukeseks.

Objektiivid on kogunemine ja hajumine. Lähenev lääts on keskelt paksem kui servadest, samas kui lahknev lääts, vastupidi, on keskelt õhem.

Objektiivide tüübid:

• kumer:
  • kaksikkumer (1)
  • tasapinnaline kumer (2)
  • nõgus-kumer (3)

• nõgus:
  • kaksiknõgus (4)
  • tasapinnaline nõgus (5)
  • kumer-nõgus (6)

Objektiivi põhitähistused:

Sfääriliste pindade kõveruskeskmeid O 1 ja O 2 läbivat sirgjoont nimetatakse objektiivi optiline põhitelg.

Õhukeste läätsede puhul võib ligikaudu eeldada, et optiline peatelg lõikub läätsega ühes punktis, mida tavaliselt nimetatakse objektiivi optiline keskpunkt O. Valguskiir läbib läätse optilist keskpunkti, ilma selle algsest suunast kõrvale kaldumata.

Objektiivi optiline keskpunkt Punkt, mille kaudu valguskiired läbivad, ilma et lääts neid murduks.

Peamine optiline telg- läätse optilist keskpunkti läbiv sirgjoon, mis on läätsega risti.

Kõiki optilist keskpunkti läbivaid jooni nimetatakse külgmised optilised teljed.

Kui läätsele on suunatud optilise peateljega paralleelne kiirtekiir, siis pärast läätse läbimist kogunevad kiired (või nende jätkumine) ühte punkti F, mida nimetatakse nn. objektiivi põhifookus.Õhukesel läätsel on kaks peamist fookust, mis paiknevad objektiivi suhtes sümmeetriliselt optilisel põhiteljel. Koonduvatel läätsedel on reaalsed fookused, lahknevatel läätsedel kujuteldavad fookused.

Ühe külgmise optilise teljega paralleelsed kiirte kiired fokuseeritakse pärast läätse läbimist ka punkti F ", mis asub külgtelje ja fookustasandi Ф ristumiskohas, see tähendab tasandiga, mis on risti. optilise põhitelje ja põhifookuse läbimise.

fookustasand- sirgjoon, mis on risti läätse optilise põhiteljega ja läbib objektiivi fookust.

Objektiivi O optilise keskpunkti ja põhifookuse F vahelist kaugust nimetatakse fookuskaugus. Seda tähistatakse sama tähega F.

Paralleelse kiirtekiire murdumine koonduvas läätses.

Paralleelse kiirtekiire murdumine lahknevas läätses.

Punktid O 1 ja O 2 on sfääriliste pindade keskpunktid, O 1 O 2 on optiline põhitelg, O on optiline kese, F on põhifookus, F" on sekundaarne fookus, OF" on sekundaarne optiline telg, Ф on fokaaltasand.

Jooniste peal õhukesed läätsed kujutatud nooltega segmendina:

kogumine: hajumine:

Objektiivide peamine omadus– võime anda objektidest pilte. Pildid on otsene ja pea alaspidi, kehtiv ja kujuteldav, suurendatud ja vähendatud.

Kujutise asukohta ja olemust saab määrata geomeetriliste konstruktsioonide abil. Selleks kasutage mõningate standardkiirte omadusi, mille kulg on teada. Need on kiired, mis läbivad läätse optilist keskpunkti või ühte fookustest, samuti kiired, mis on paralleelsed peamise või ühe sekundaarse optilise teljega. Objektiivi kujutise loomiseks kasutatakse mis tahes kahte kiirt kolmest:

Optilise teljega paralleelsele läätsele langev kiir pärast murdumist läbib läätse fookuse.

Objektiivi optilist keskpunkti läbiv kiir ei murdu.

Pärast murdumist läätse fookust läbiv kiir läheb paralleelselt optilise teljega.

Õhuke läätse valemi abil saab välja arvutada ka pildi asukoha ja olemuse (reaalne või kujutluslik). Kui objekti ja läätse vaheline kaugus on tähistatud tähega d ja kaugus objektiivist pildini on tähistatud f-ga, saab õhukese läätse valemi kirjutada järgmiselt:

Väärtust D, fookuskauguse pöördarvu nimetatakse objektiivi optiline võimsus.

Optilise võimsuse ühik on dioptrid (dptr). Diopter - 1 m fookuskaugusega objektiivi optiline võimsus: 1 diopter \u003d m -1

Objektiivide fookuskaugustele on tavaks omistada teatud märke: koonduval objektiivil F > 0, lahkneval objektiivil F< 0.

Samuti järgivad suurused d ja f teatud reegel märgid:
d > 0 ja f > 0 - reaalsete objektide (st tõeliste valgusallikate, mitte läätse taga koonduvate kiirte jätkude) ja kujutiste jaoks;
d< 0 и f < 0 – для мнимых источников и изображений.

Õhukestel objektiividel on mitmeid puudusi, mis ei võimalda kvaliteetseid pilte saada. Kujutise moodustamisel tekkivaid moonutusi nimetatakse kõrvalekalded. Peamised neist on sfäärilised ja kromaatilised aberratsioonid.

Sfääriline aberratsioon avaldub selles, et laiade valguskiirte korral läbivad optilisest teljest kaugel olevad kiired selle fookusest väljas. Õhuke läätse valem kehtib ainult optilise telje lähedal asuvate kiirte puhul. Pilt kaugest punktallikast, mis on loodud objektiivi murdunud laia kiirte poolt, on udune.

Kromaatiline aberratsioon tuleneb sellest, et läätsematerjali murdumisnäitaja sõltub valguse lainepikkusest λ. Seda läbipaistva kandja omadust nimetatakse dispersiooniks. Objektiivi fookuskaugus on valguse puhul erinev erinevad pikkused lained, mis põhjustab mittemonokromaatilise valguse kasutamisel pildi hägusust.

Kaasaegsetes optilistes seadmetes ei kasutata mitte õhukesi läätsi, vaid keerukaid mitme läätsega süsteeme, milles erinevaid aberratsioone saab ligikaudu kõrvaldada.

Objektist reaalse kujutise moodustamist koonduva läätse abil kasutatakse paljudes optilistes seadmetes, nagu kaamera, projektor jne.

Kui soovite luua kvaliteetset optilist seadet, peaksite optimeerima selle põhiomaduste komplekti - heledus, eraldusvõime ja suurendus. Võimatu on teha head, näiteks teleskoopi, saavutades vaid suure näilise suurenduse ja jättes väikese heleduse (ava). Sellel on halb eraldusvõime, kuna see sõltub otseselt avast. Optiliste seadmete konstruktsioonid on väga mitmekesised ja nende omadused sõltuvad konkreetsete seadmete otstarbest. Kuid mis tahes kavandatud optilise süsteemi muutmisel valmis optilis-mehaaniliseks seadmeks on vaja paigutada kõik optilised elemendid rangelt vastavalt aktsepteeritud skeemile, need kindlalt fikseerida, tagada liikuvate osade asendi täpne reguleerimine ja membraanide eemaldamine. hajutatud kiirguse soovimatu taust. Sageli on vaja hoida seadme sees temperatuuri ja niiskuse seatud väärtusi, minimeerida vibratsiooni, normaliseerida kaalujaotust, tagada soojuse eemaldamine lampidest ja muudest elektriseadmetest. Lisatud väärtus välimus instrument ja kasutusmugavus.

Mikroskoop, luup, suurendusklaas.

Kui objekti vaadatakse läbi positiivse (koguva) läätse, mis asub läätse taga mitte kaugemal kui selle fookuspunkt, siis nähakse objektist suurendatud kujutluspilti. Selline objektiiv on lihtne mikroskoop ja seda nimetatakse luubiks või suurendusklaasiks.

Optilise kujunduse järgi saate määrata suurendatud pildi suuruse.

Kui silm on häälestatud paralleelsele valguskiirele (objekti kujutis on määramatul kaugusel, mis tähendab, et objekt asub läätse fookustasandil), saab näiva suurenduse M määrata seosest: M = tgb /tga = (H/f)/( H/v) = v/f, kus f on objektiivi fookuskaugus, v on kaugus parim nägemus, st. väikseim vahemaa, milleni silm normaalse majutuse korral hästi näeb. M suureneb ühe võrra, kui silm on reguleeritud nii, et objekti virtuaalkujutis on parimal nägemiskaugusel. Võimalus kõiki inimesi majutada on erinev, vanusega nad halvenevad; 25 cm peetakse parimaks nägemiskauguseks normaalne silm. Ühe positiivse objektiivi vaateväljas, mille teljest on kaugus, halveneb pildi teravus põiki aberratsioonide tõttu kiiresti. Kuigi on 20-kordse suurendusega luupe, on nende tüüpiline suurendus 5–10. Liitmikroskoobi, mida tavaliselt nimetatakse lihtsalt mikroskoobiks, suurendus ulatub 2000-kordseks.

Teleskoop.

Teleskoop suurendab kaugemate objektide nähtavat suurust. Lihtsaima teleskoobi skeem sisaldab kahte positiivset läätse.

Kiired ära kauge objekt, paralleelsed teleskoobi teljega (diagrammil a ja c), kogutakse esimese läätse (objektiiv) tagumisse fookusesse. Teine lääts (okulaar) eemaldatakse selle fookuskauguse võrra objektiivi fookustasandist ning sellest väljuvad kiired a ja c taas paralleelselt süsteemi teljega. Mõni kiir b, mis pärineb objekti erinevatest punktidest, kust tulid kiired a ja c, langeb teleskoobi telje suhtes nurga a all, läbib objektiivi esifookuse ja läheb pärast seda paralleelselt süsteemi teljega. . Okulaar suunab selle nurga b all oma tagumisse fookusesse. Kuna kaugus objektiivi esifookusest vaatleja silmani on tühiselt väike võrreldes kaugusega objektini, siis diagrammilt saab avaldise teleskoobi näiva suurenduse M kohta: M = -tgb / tga = -F / f "(või F / f). negatiivne märk näitab, et pilt on tagurpidi. Astronoomilistes teleskoopides see nii jääbki; Maapealsed teleskoobid kasutavad pigem tavaliste kui ümberpööratud kujutiste vaatamiseks inverteerimissüsteemi. Inverteerimissüsteem võib sisaldada lisaläätsi või, nagu binokli puhul, prismasid.

Binokkel.

Binokulaarne teleskoop, mida tavaliselt nimetatakse binokliks, on kompaktne instrument mõlema silmaga samaaegseks vaatlemiseks; selle suurendus on tavaliselt 6-10 korda. Binoklites kasutatakse paari pööramissüsteemi (kõige sagedamini - Porro), millest igaüks sisaldab kahte ristkülikukujulist prismat (alusega 45 °), mis on orienteeritud ristkülikukujuliste külgede poole.

Et saada suur tõus laias vaateväljas, objektiivi aberratsioonideta ja seetõttu märkimisväärse vaateväljaga (6-9°) nõuab binokkel väga kvaliteetset okulaari, mis on arenenum kui kitsa vaateväljaga teleskoop. Binokli okulaar tagab pildi teravustamise ja nägemise korrigeerimisega - selle skaala on tähistatud dioptrites. Lisaks kohandub binoklis okulaari asend vastavalt vaatleja silmade vahelisele kaugusele. Tavaliselt märgistatakse binoklid vastavalt nende suurendusele (kordades) ja läätse läbimõõdule (millimeetrites), näiteks 8*40 või 7*50.

Optiline sihik.

Optilise sihikuna saab kasutada mis tahes maapealsete vaatluste teleskoopi, kui selle pildiruumi mis tahes tasapinnal on antud otstarbele vastavad selged märgid (ruudud, märgid). Paljude sõjaliste optiliste seadmete tüüpiline disain on selline, et teleskoobi lääts vaatab avatult sihtmärki ja okulaar on kattes. Selline skeem nõuab sihiku optilise telje katkemist ja prismade kasutamist selle nihutamiseks; samad prismad muudavad ümberpööratud kujutise sirgeks. Optilise telje nihkega süsteeme nimetatakse periskoopilisteks. Tavaliselt optiline sihik see arvutatakse nii, et selle väljapääsu pupill eemaldatakse okulaari viimaselt pinnalt piisaval kaugusel, et kaitsta relva tagasilöögi korral laskuri silma teleskoobi serva tabamise eest.

Kaugusemõõtja.

Optilisi kaugusmõõdikuid, mis mõõdavad kaugust objektidest, on kahte tüüpi: monokulaarsed ja stereoskoopilised. Kuigi need erinevad konstruktsioonidetailide poolest, on optilise skeemi põhiosa nende jaoks sama ja tööpõhimõte sama: mööda teadaolevat külge (alus) ja kaks tuntud nurgad Kolmnurk määratakse selle tundmatu külje järgi. Kaks paralleelset teleskoopi, mis on eraldatud vahemaaga b (alus), loovad kujutisi ühest ja samast kaugemast objektist nii, et seda näib vaadeldavat neilt eri suundades (aluseks võib olla ka sihtmärgi suurus). Kui mõne sobiva optilise seadme abil kombineerida mõlema teleskoobi pildiväljad nii, et neid saab üheaegselt vaadata, siis selgub, et objekti vastavad kujutised on ruumiliselt eraldatud. Kaugusmõõturid eksisteerivad mitte ainult täieliku väljade kattumisega, vaid ka poolväljadega: ühe teleskoobi pildiruumi ülemine pool liidetakse teise pildiruumi alumise poolega. Sellistes seadmetes kombineeritakse ruumiliselt eraldatud kujutised sobiva optilise elemendi abil ja mõõdetud väärtus määratakse piltide suhtelise nihke järgi. Sageli on lõikeelemendiks prisma või prismade kombinatsioon.

MONOKULAARNE KAUGUMÄÄRI. A - ristkülikukujuline prisma; B - pentaprismad; C - objektiivi objektiivid; D - okulaar; E - silm; P1 ja P2 - fikseeritud prismad; P3 - liigutatav prisma; I 1 ja I 2 - vaatevälja poolte kujutised

Joonisel kujutatud monokulaarses kaugusmõõturi vooluringis täidab seda funktsiooni P3 prisma; see on seotud skaalaga, mis on kalibreeritud mõõdetud kaugustel objektist. Pentaprismas B kasutatakse täisnurga all olevate valguspeegeldajatena, kuna sellised prismad suunavad langevat valgusvihku alati 90°, olenemata sellest, kui täpselt need on seadme horisontaaltasapinnale paigaldatud. Stereoskoopilises kaugusmõõturis näeb vaatleja kahe teleskoobi poolt loodud kujutisi korraga mõlema silmaga. Sellise kaugusmõõtja põhi võimaldab vaatlejal tajuda objekti asukohta mahus, teatud sügavusel ruumis. Igal teleskoobil on vahemiku väärtustele vastavate märgistega võrk. Vaatleja näeb kauguste skaalat, mis ulatub kujutatud ruumi sügavale, ja määrab selle abil objekti kauguse.

Valgustus- ja projektsiooniseadmed. Prožektorid.

Prožektori optilises skeemis on valgusallikas, näiteks elektrikaarekraater, paraboolse reflektori fookuses. Kõikidest kaare punktidest väljuvad kiired peegelduvad paraboolpeeglist peaaegu üksteisega paralleelselt. Kiirte kiir lahkneb veidi, sest allikaks ei ole valguspunkt, vaid piiratud suurusega ruumala.

Diaskoop.

Selle seadme optiline skeem, mis on mõeldud lüümide ja läbipaistvate värviraamide vaatamiseks, sisaldab kahte objektiivisüsteemi: kondensaatorit ja projektsiooniläätse. Kondensaator valgustab ühtlaselt läbipaistvat originaali, suunates kiired projektsiooniläätsesse, mis ehitab ekraanile originaali kujutise. Projektsioonobjektiiv võimaldab teravustada ja objektiive vahetada, mis võimaldab muuta ekraani kaugust ja sellel oleva pildi suurust. Filmiprojektori optiline skeem on sama.

DIASKOOP SKEEM. A - lüümikud; B - objektiivi kondensaator; C - projektsiooniläätse läätsed; D - ekraan; S - valgusallikas

Spektriinstrumendid.

Spektraalseadme põhielemendiks võib olla hajutav prisma või difraktsioonvõre. Sellises seadmes valgus esmalt kollimeeritakse, st. moodustatakse paralleelsete kiirte kiireks, seejärel laguneb see spektriks ja lõpuks fokusseeritakse seadme sisendpilu kujutis selle väljundpilule spektri iga lainepikkuse kohta.

Spektromeeter.

Selles enam-vähem universaalses laboriseadmes saab kollimeerivaid ja teravustamissüsteeme pöörata laua keskkoha suhtes, millel asub valguse spektriks lagundav element. Seadmel on skaalad näiteks dispersse prisma pöördenurkade ja spektri erinevate värvikomponentide kõrvalekaldenurkade lugemiseks pärast seda. Selliste näitude tulemuste põhjal mõõdetakse näiteks läbipaistvate tahkete ainete murdumisnäitajaid.

Spektrograaf.

See on seadme nimi, mille tulemuseks olev spekter või osa sellest salvestatakse fotomaterjalile. Spektri saad prismast, mis on valmistatud kvartsist (vahemik 210-800 nm), klaasist (360-2500 nm) või kivisoolast (2500-16000 nm). Nendes spektrivahemikes, kus prismad nõrgalt valgust neelavad, on spektrijoonte kujutised spektrograafis eredad. Difraktsioonvõrega spektrograafides täidavad viimased kahte funktsiooni: lagundavad kiirguse spektriks ja fokuseerivad värvikomponendid fotomaterjalile; selliseid seadmeid kasutatakse ka ultraviolettpiirkonnas.

Kaamera on suletud valgustihe kamber. Pildistatud objektide kujutis luuakse fotofilmile objektiivide süsteemi abil, mida nimetatakse objektiiviks. Spetsiaalne katik võimaldab särituse ajal objektiivi avada.

Kaamera töö eripäraks on see, et tasasel fotofilmil tuleks saada piisavalt teravaid pilte erinevatel vahemaadel asuvatest objektidest.

Filmi tasapinnas on teravad ainult teatud kaugusel asuvate objektide kujutised. Teravustamine saavutatakse objektiivi liigutamisega filmi suhtes. Punktide kujutised, mis ei asu teravas osutustasapinnas, on hägused hajumise ringidena. Nende ringide suurust d saab vähendada objektiivi peatamisega, st. avaarvu a / F vähendamine. Selle tulemuseks on teravussügavuse suurenemine.

Kaasaegse kaamera objektiiv koosneb mitmest optiliseks süsteemiks kombineeritud objektiivist (näiteks Tessari optiline skeem). Lihtsamate kaamerate objektiivides on objektiivide arv ühest kolmeni ja tänapäeva kallites kaamerates kuni kümme või isegi kaheksateist.

Optiline disain Tessar

Objektiivi optilisi süsteeme võib olla kaks kuni viis. Peaaegu kõik optilised ahelad on disainitud ja töötavad ühtemoodi – need fokusseerivad läätsesid läbivad valguskiired valgustundlikule maatriksile.

Pildil oleva pildi kvaliteet sõltub ainult objektiivist, kas foto tuleb terav, kas pildil ei moondu kujundid ja jooned, kas see annab hästi värve edasi - see kõik sõltub objektiivi omadustest , seetõttu on objektiiv üks kõige olulised elemendid kaasaegne kaamera.

Objektiivläätsed on valmistatud spetsiaalsest optilisest klaasist või optilisest plastist. Objektiivide loomine on kaamera loomisel üks kulukamaid samme. Klaas- ja plastläätsede võrdlemisel tasub tähele panna, et plastläätsed on odavamad ja kergemad. Tänapäeval on enamik odavaid amatöör-kompaktkaamera objektiive valmistatud plastikust. Kuid sellised objektiivid on altid kriimustustele ja ei ole nii vastupidavad, umbes kahe-kolme aasta pärast muutuvad nad häguseks ja fotode kvaliteet jätab soovida. Kaamera optika on optilisest klaasist kallim.

Praegu enamus objektiive kompaktkaamerad valmistatud plastikust.

Objektiivi läätsed on omavahel liimitud või ühendatud väga täpselt arvutatud metallraamide abil. Objektiivide liimimine on palju tavalisem kui metallraamid.

projektsiooniseadmed mõeldud suuremahuliseks pildistamiseks. Projektori lääts O fokuseerib lameda objekti (slaid D) kujutise kaugel asuval ekraanil E. Objektiivisüsteem K, mida nimetatakse kondensaatoriks, on loodud allika S valguse koondamiseks slaidile. Ekraan loob tõeliselt suurendatud ümberpööratud pildi. Projektsiooniseadme suurendust saab muuta, suumides ekraani E sisse või välja, muutes samal ajal lüümiku D ja objektiivi O vahelist kaugust.

Tavalised läätsed Neid on kahte erinevat tüüpi: positiivne ja negatiivne. Neid kahte tüüpi tuntakse ka koonduvate ja lahknevate läätsedena, kuna positiivsed läätsed koguvad valgust ja moodustavad allika kujutise, negatiivsed läätsed aga hajutavad valgust.

Lihtsate läätsede omadused

Olenevalt vormidest on olemas kogunemine(positiivne) ja hajumine(negatiivsed) läätsed. Koonduvate läätsede rühma kuuluvad tavaliselt läätsed, mille keskosa on nende servadest paksem, ja lahknevate läätsede rühma läätsed, mille servad on keskmisest paksemad. Tuleb märkida, et see kehtib ainult siis, kui läätse materjali murdumisnäitaja on suurem kui keskkonna oma. Kui läätse murdumisnäitaja on väiksem, muutub olukord vastupidiseks. Näiteks vees olev õhumull on kaksikkumer hajutav lääts.

Objektiivi iseloomustab reeglina nende optiline võimsus (mõõdetuna dioptrites) või fookuskaugus.

Korrigeeritud optilise aberratsiooniga (peamiselt valguse dispersioonist tingitud kromaatiline aberratsioon, akromaadid ja apokromaadid) optiliste seadmete ehitamisel on olulised ka muud läätsede ja nende materjalide omadused, näiteks murdumisnäitaja, dispersioonikoefitsient ja materjali läbilaskvus. valitud optilises vahemikus.

Mõnikord on läätsed/läätsede optilised süsteemid (refraktorid) spetsiaalselt ette nähtud kasutamiseks suhteliselt kõrge murdumisnäitajaga kandjatel (vt immersioonmikroskoop, immersioonvedelikud).

Objektiivide tüübid: Kogunemine: 1 - kaksikkumer 2 - tasapinnaline kumer 3 - nõgus-kumer (positiivne (kumer) menisk) Hajumine: 4 - kaksiknõgus 5 - lame-nõgus 6 - kumer-nõgus (negatiivne (nõgus) menisk)

Objektiivi kasutamine lainefrondi kuju muutmiseks. Siin muutub tasapinnaline lainefront objektiivi läbides sfääriliseks

Kumer-nõgus läätse nimetatakse menisk ja võib olla kollektiivne (pakseneb keskkoha poole), hajuv (pakseneb äärte suunas) või teleskoopiline (fookuskaugus on lõpmatus). Nii on näiteks lühinägelike prillide läätsed tavaliselt negatiivsed meniskid.

Vastupidiselt levinud arvamusele ei ole sama raadiusega meniski optiline võimsus null, vaid positiivne ning sõltub klaasi murdumisnäitajast ja läätse paksusest. Meniski, mille pindade kõveruskeskmed on ühes punktis, nimetatakse kontsentriliseks läätseks (optiline võimsus on alati negatiivne).

Läheneva läätse eripäraks on võime koguda selle pinnale langevaid kiiri ühes punktis, mis asub läätse teisel küljel.

Objektiivi põhielemendid: NN - optiline telg - sirgjoon, mis läbib objektiivi piiravate sfääriliste pindade keskpunkte; O - optiline keskpunkt - punkt, mis kaksikkumerate või kaksikkumerate (sama pinnaraadiusega) läätsede puhul asub optilisel teljel läätse sees (selle keskel). Märge. Kiirte teekonda näidatakse nagu idealiseeritud (õhukeses) läätses, ilma et see näitaks murdumist kandjate tegelikul liidesel. Lisaks on näidatud kaksikkumera läätse mõnevõrra liialdatud kujutis.

Kui valguspunkt S asetatakse koonduva läätse ette teatud kaugusele, siis piki telge suunatud valguskiir läbib läätse ilma murdumiseta ja kiired, mis ei läbi keskpunkti, murduvad optilise läätse suunas. telg ja lõikuvad sellega mingis punktis F, mis on ja saab olema punkti S kujutis. Seda punkti nimetatakse konjugaatfookuseks või lihtsalt keskenduda.

Kui objektiivile langeb väga kauge allika valgus, mille kiiri saab kujutada paralleelses kiirtes liikuvana, siis läätsest väljumisel murduvad kiired suurema nurga all ja punkt F liigub optilisele. telg objektiivile lähemale. Nendel tingimustel nimetatakse läätsest väljuvate kiirte ristumispunkti keskenduda F' ja kaugus objektiivi keskpunktist fookuseni on fookuskaugus.

Lahkuvale läätsele langevad kiired sellest väljumisel murduvad läätse äärte suunas ehk hajuvad. Kui need kiired jätkuvad vastupidises suunas, nagu on näidatud joonisel punktiirjoonega, siis nad koonduvad ühte punkti F, mis on keskenduda see objektiiv. See keskendumine kujuteldav.

Lahkuva läätse näiv fookus

Optilise telje fookuse kohta öeldu kehtib samaväärselt ka nendel juhtudel, kui punkti kujutis on kaldjoonel, mis läbib läätse keskpunkti optilise telje suhtes nurga all. Optilise teljega risti asetsevat ja läätse fookuses asuvat tasapinda nimetatakse fookustasand.

Kogumisläätsi saab suunata objektile ükskõik millise külje poolt, mille tulemusena saab objektiivi läbivaid kiiri koguda selle ühelt või teiselt poolt. Seega on objektiivil kaks fookust - ees ja tagumine. Need asuvad optilisel teljel mõlemal pool objektiivi fookuskaugusel objektiivi põhipunktidest.

a) Objektiivi tüübid.

Optilisi läätsi, mis on keskelt paksemad kui servast, nimetatakse koonduvateks läätsedeks; vastupidi, kui serv on paksem kui keskmine, siis läätsed toimivad nagu

hajumine. Kuju järgi ristlõige eristada: kaksikkumerad, tasakumerad, nõguskumerad koonduvad läätsed; kaksiknõgusad, tasapinnalised, kumerad-nõgusad hajutavad läätsed.

Esimeses lähenduses olevaid õhukesi läätsi võib vaadelda kahe virnastatud õhukese prismana (joon.217, 218). Kiirte kulgu on võimalik jälgida Gartli litril.

koonduv objektiiv koondab paralleelsed kiired ühte punkti objektiivi taha, fookusesse (joon. 219)

lahknev objektiiv muudab paralleelse kiirtekiire lahknevaks kiireks, mis näib olevat fookusest väljas (joonis 220).

Erinevalt prisma- ja muudest hajutitest kasutatakse valgustite objektiive peaaegu alati kohtvalgustuseks. Reeglina koosnevad läätsesid kasutavad optilised süsteemid helkurist (reflektorist) ja ühest või mitmest läätsest.

Koonduvad läätsed suunavad valguse kaamerast eemale fookuspunkt allikast paralleelseks valguskiireks. Reeglina kasutatakse neid valgustuskonstruktsioonides koos helkuriga. Reflektor suunab valgusvoo kiire kujul õiges suunas ning lääts koondab (kogub) valgust. Läheneva läätse ja valgusallika vaheline kaugus on tavaliselt muutuv, mis võimaldab reguleerida saadavat nurka.

Nii valgusallika kui ka koonduva läätse süsteem (vasakul) ja samalaadne allika ja Fresneli läätse süsteem (paremal). Valgusvoo nurka saab muuta, muutes läätse ja valgusallika vahelist kaugust.

Fresneli läätsed koosnevad eraldiseisvatest kontsentrilistest rõngakujulistest segmentidest, mis on üksteise kõrval. Nad said oma nime prantsuse füüsiku Augustin Fresneli auks, kes esmakordselt pakkus välja ja rakendas majakate valgustusseadmetes sellist kujundust. Selliste läätsede optiline efekt on võrreldav traditsiooniliste sarnase kuju või kõverusega läätsede omaga.

Fresneli objektiividel on aga mitmeid eeliseid, mille tõttu nad leiavad lai rakendus valgustuskujunduses. Eelkõige on need palju õhemad ja odavamad kui koonduvad läätsed. Disainerid Francisco Gomez Paz ja Paolo Rizzatto ei jätnud neid funktsioone kasutamata oma töös ereda ja maagilise mudelivalikuga.

Kergest ja õhukesest polükarbonaadist valmistatud Hope'i "lehed", nagu Gomez Paz neid nimetab, pole midagi muud kui õhukesed ja suured hajutavad Fresneli läätsed, mis loovad maagilise, sädeleva ja mahuka sära, kattes mikroprismadega tekstureeritud polükarbonaatkilega.

Paolo Rizzatto kirjeldas projekti järgmiselt:
„Miks on kristall-lühtrid oma tähtsuse kaotanud? Kuna need on liiga kallid, neid on väga raske käsitseda ja valmistada. Oleme idee ise komponentideks lammutanud ja igaüht neist moderniseerinud.

Siin on, mida kolleeg selle kohta ütles:
“Mõni aasta tagasi köitsid meie tähelepanu Fresneli läätsede imelised võimalused. Nende geomeetrilised omadused võimaldavad saada samasuguseid optilisi omadusi kui nendel tavalised läätsed, kuid kroonlehtede täiesti tasasel pinnal.

Kuid Fresneli läätsede kasutamine selliste loomiseks unikaalsed tooted, mis ühendab suurepärase disainiprojekti kaasaegsete tehnoloogiliste lahendustega, on endiselt haruldane.

Selliseid läätsi kasutatakse laialdaselt prožektoritega lavavalgustuses, kus need võimaldavad luua pehmete servadega ebaühtlase valguspunkti, mis sulandub ideaalselt üldise valguskompositsiooniga. Tänapäeval on need levinud ka arhitektuursetes valgustusskeemides, juhtudel, kui on vajalik valgusnurga individuaalne reguleerimine, mil valgustatud objekti ja lambi vaheline kaugus võib muutuda.

Fresneli objektiivi optilist jõudlust piirab nn kromaatiline aberratsioon, mis tekib selle segmentide liitumiskohtades. Selle tõttu tekib objektide kujutiste servadele vikerkaarepiir. Asjaolu, et objektiivi näiliselt vigane omadus on muudetud vooruseks uuesti rõhutab autorite uuendusliku mõtte jõudu ja tähelepanu detailidele.

Tuletorni valguskujundus Fresneli läätsede abil. Pildil on selgelt näha objektiivi rõngasstruktuur.

Projektsioonisüsteemid koosnevad kas elliptilisest reflektorist või kollimaatorile valgust suunavast paraboolreflektori ja kondensaatori kombinatsioonist, mida saab täiendada ka optiliste tarvikutega. Pärast seda projitseeritakse valgus tasapinnale.

Kohtvalgustisüsteemid: ühtlaselt valgustatud kollimaator (1) suunab valguse läbi läätsesüsteemi (2). Vasakul - paraboolne helkur, koos kõrge määr valgusvõimsus, paremal - kondensaator, mis võimaldab saavutada kõrge eraldusvõime.

Kujutise suuruse ja valguse nurga määravad kollimaatori omadused. Lihtsad kardinad või iirisdiafragmad moodustavad valgusvihku erinevad suurused. Kontuurmaskide abil saab luua erinevaid valgusvihu kontuure. Logosid või pilte saate projitseerida gobo-objektiivi abil, millele on trükitud joonised.

Olenevalt objektiivide fookuskaugusest saab valida erinevaid valgusnurki või pildi suurust. Erinevalt Fresneli objektiive kasutavatest valgustitest on siin võimalik luua selgete kontuuridega valgusvihku. Pehmed kontuurid on võimalik saavutada fookust nihutades.

Näited lisatarvikud(vasakult paremale): lääts laia valgusvihu loomiseks, kujundatud lääts, mis annab kiirele ovaalse kuju, soonega deflektor ja "kärje lääts", et vähendada pimestamist.

Astmelised läätsed muudavad valguskiiri selliselt, et need jäävad Fresneli läätse "lameda" valguse ja tasapinnalise kumera läätse "kõva" valguse vahele. Astmelistes läätsedes on säilinud kumer pind, kuid tasase pinna küljele on tehtud astmelised süvendid, mis moodustavad kontsentrilisi ringe.

Kontsentriliste ringide astmete (tõusutorude) esiosad on sageli läbipaistmatud (kas ülevärvitud või killustunud mattpinnaga), mis võimaldab ära lõigata lambi hajutatud kiirguse ja moodustada paralleelsete kiirte kiire.

Fresneli prožektorid moodustavad pehmete servadega ebaühtlase valgustäpi, mille ümber on kerge halo, mistõttu on lihtne sulanduda teiste valgusallikatega, et luua loomulik valgusmuster. Seetõttu kasutatakse kinos Fresneli prožektoreid.

Plano-kumera läätsega projektorid moodustavad Fresneli läätsega projektoritega võrreldes ühtlasema laigu, mille üleminek on valguspunkti servades vähem väljendunud.

Külastage meie ajaveebi, et saada uusi teadmisi valgustite ja valgustusdisaini kohta.

Teame, et valgus, jõudes ühest läbipaistvast keskkonnast teise, murdub – see on valguse murdumise nähtus. Pealegi on murdumisnurk väiksem kui langemisnurk, kui valgus siseneb tihedamasse optilisse keskkonda. Mida see tähendab ja kuidas seda kasutada?

Kui võtta paralleelsete servadega klaasitükk, näiteks aknaklaas, saame läbi akna vaadeldavas pildis väikese nihke. See tähendab, et klaasi sisenemisel valguskiired murduvad ja uuesti õhku sisenedes murduvad nad uuesti langemisnurga varasematele väärtustele, ainult samal ajal nihkuvad nad veidi, ja nihke suurus sõltub klaasi paksusest.

Ilmselgelt sellisest nähtusest praktiline kasutamine natuke. Aga kui võtta klaas, mille tasapinnad asuvad üksteise suhtes viltu, näiteks prisma, siis on efekt hoopis teistsugune. Prismat läbivad kiired murduvad alati selle aluse poole. Seda on lihtne kontrollida.

Selleks joonistage kolmnurk ja tõmmake kiir, mis siseneb selle mis tahes külge. Valguse murdumise seadust kasutades jälgime kiire edasist teekonda. Tehes seda protseduuri mitu korda erinevad väärtused langemisnurk, leiame, et olenemata sellest, millise nurga all kiir prismasse siseneb, kaldub see siiski prisma põhjale, võttes arvesse kahekordset murdumist väljumisel.

Objektiiv ja selle omadused

Seda prisma omadust kasutatakse väga lihtne seade, mis võimaldab juhtida valgusvoogude suunda – lääts. Objektiiv on läbipaistev korpus, mis on mõlemalt poolt piiratud korpuse kumerate pindadega. Mõelge kaheksanda klassi füüsikakursuse seadmele ja objektiivide tööpõhimõttele.

Tegelikult võib sektsioonis olevat objektiivi kujutada kahe üksteise peale asetatud prismana. Läätse optiline efekt sõltub sellest, millised nende prismade osad asuvad üksteise suhtes.

Läätsede tüübid füüsikas

Vaatamata tohutule mitmekesisusele on füüsikas ainult kahte tüüpi läätsi: kumerad ja nõgusad või koonduvad ja lahknevad läätsed.

Kumeras, st koonduvas läätses on servad palju õhemad kui keskmine. Sektsioonis koonduv lääts on kaks prismat, mis on omavahel ühendatud, nii et kõik seda läbivad kiired koonduvad läätse keskpunkti poole.

Nõgusa läätse korral on servad, vastupidi, alati paksemad kui keskmine. Lahknevat läätse saab kujutada kahe prismana, mis on ühendatud tippudega, ja vastavalt sellele lahknevad sellist läätse läbivad kiired keskelt.

Inimesed avastasid läätsede sarnased omadused juba ammu. Objektiivide kasutamine võimaldas inimesel kujundada väga erinevaid optilisi instrumente ja seadmeid, mis muudavad elu lihtsamaks ning aitavad igapäevaelus ja tootmises.

Objektiiv Kahe sfäärilise pinnaga piiratud läbipaistvat keha nimetatakse. Kui läätse enda paksus on sfääriliste pindade kõverusraadiustega võrreldes väike, siis läätse nn. õhuke .

Objektiivid on osa peaaegu kõigist optilistest seadmetest. Objektiivid on kogunemine ja hajumine . Keskel asuv koonduv lääts on paksem kui servadel, lahknev lääts, vastupidi, on keskmises osas õhem (joonis 3.3.1).

Kumeruskeskmeid läbiv sirgjoon O 1 ja O 2 sfäärilist pinda, nn optiline põhitelg läätsed. Õhukeste läätsede puhul võib ligikaudu eeldada, et optiline peatelg lõikub läätsega ühes punktis, mida tavaliselt nimetatakse optiline keskus läätsed O. Valguskiir läbib läätse optilist keskpunkti, ilma selle algsest suunast kõrvale kaldumata. Kõiki optilist keskpunkti läbivaid jooni nimetatakse külgmised optilised teljed .

Kui optilise peateljega paralleelne kiirtekiir on suunatud läätsele, siis pärast läätse läbimist kogunevad kiired (või nende jätkumine) ühte punkti. F, mida nimetatakse põhifookus läätsed. Õhukesel läätsel on kaks peamist fookust, mis paiknevad objektiivi suhtes sümmeetriliselt optilisel põhiteljel. Koonduvatel läätsedel on reaalsed fookused, lahknevatel läätsedel kujuteldavad fookused. Ühe sekundaarse optilise teljega paralleelsed kiirte kiired fokuseeritakse pärast läätse läbimist samuti punkti F", mis asub külgtelje ristumiskohas fookustasand F, st optilise peateljega risti olev tasapind, mis läbib põhifookust (joonis 3.3.2). Objektiivi optilise keskpunkti vaheline kaugus O ja põhifookus F nimetatakse fookuskauguseks. Seda tähistatakse samaga F.

Objektiivide peamine omadus on andmisvõime objektide kujutised . Pildid on otsene ja pea alaspidi , kehtiv ja kujuteldav , juures suurendatud ja vähendatud .

Kujutise asukohta ja olemust saab määrata geomeetriliste konstruktsioonide abil. Selleks kasutage mõningate standardkiirte omadusi, mille kulg on teada. Need on kiired, mis läbivad läätse optilist keskpunkti või ühte fookustest, samuti kiired, mis on paralleelsed peamise või ühe sekundaarse optilise teljega. Selliste konstruktsioonide näited on näidatud joonistel fig. 3.3.3 ja 3.3.4.

Pange tähele, et mõned joonisel fig. 3.3.3 ja 3.3.4 pildistamiseks ei läbi objektiivi. Need kiired ei osale tegelikult pildi moodustamises, kuid neid saab kasutada konstruktsioonide jaoks.

Kasutades saab arvutada ka pildi asukohta ja selle olemust (tegelikku või kujutletavat). õhukeste läätsede valemid . Kui kaugus objektist objektiivini on tähistatud d ja kaugus objektiivist pildini f, siis saab õhukese läätse valemi kirjutada järgmiselt:

väärtust D fookuskauguse pöördväärtus. helistas optiline võimsus läätsed. Optilise võimsuse ühik on dioptrit (dptr). Diopter - 1 m fookuskaugusega objektiivi optiline võimsus:

1 diopter \u003d m -1.

Õhukese läätse valem on sarnane sfäärilise peegli omaga. Seda saab paraksiaalsete kiirte jaoks saada joonisel fig. 3.3.3 või 3.3.4.

Läätsede fookuskaugustele on tavaks omistada teatud märke: koonduval objektiivil F> 0, hajutamiseks F < 0.

Kogused d ja f järgige ka teatud märgireeglit:

d> 0 ja f> 0 - reaalsete objektide (st tõeliste valgusallikate, mitte läätse taga koonduvate kiirte jätkude) ja kujutiste jaoks;

d < 0 и f < 0 - для мнимых источников и изображений.

Joonisel fig. 3.3.3, meil on: F> 0 (koonduv objektiiv), d = 3F> 0 (päris kaup).

Vastavalt õhukese läätse valemile saame: nii et pilt on tõeline.

Joonisel fig näidatud juhul. 3.3.4, F < 0 (линза рассеивающая), d = 2|F| > 0 (päris kaup), , see tähendab, et pilt on väljamõeldud.

Sõltuvalt objekti asendist objektiivi suhtes muutuvad pildi lineaarsed mõõtmed. Lineaarne suum objektiiv Γ on kujutise lineaarsete mõõtmete suhe h" ja teema h. suurus h", nagu sfäärilise peegli puhul, on mugav määrata pluss- või miinusmärke olenevalt sellest, kas pilt on püsti või tagurpidi. Väärtus h alati positiivseks peetud. Seetõttu otsepiltide puhul Γ > 0, ümberpööratud kujutiste puhul Γ< 0. Из подобия треугольников на рис. 3.3.3 и 3.3.4 легко получить формулу для линейного увеличения тонкой линзы:

Vaadeldavas näites koonduva läätsega (joonis 3.3.3): d = 3F > 0, , Järelikult - pilt pööratakse ümber ja vähendatakse 2 korda.

Lahkneva läätse näites (joonis 3.3.4): d = 2|F| > 0, ; seetõttu on pilt sirge ja 3 korda vähendatud.

optiline võimsus D lääts sõltub mõlemast kõverusraadiusest R 1 ja R 2 selle sfäärilistest pindadest ja murdumisnäitaja kohta n materjal, millest lääts on valmistatud. Optika kursustel tõestatakse järgmine valem:

Kumera pinna kõverusraadius loetakse positiivseks ja nõgusa pinna kumerusraadius negatiivseks. Seda valemit kasutatakse etteantud optilise võimsusega läätsede valmistamisel.

Paljudes optilistes instrumentides läbib valgus järjestikku läbi kahe või enama läätse. Esimese objektiiviga antud objekti kujutis toimib objektina (reaalne või kujuteldav) teise objektiivi jaoks, mis loob objekti teise kujutise. See teine ​​pilt võib olla ka reaalne või väljamõeldud. Kahest õhukesest läätsest koosneva optilise süsteemi arvutamine taandub objektiivi valemi kahekordse rakendamiseni koos kaugusega d 2 esimesest pildist teise objektiivini tuleks määrata väärtusega võrdseks l - f 1, kus l on objektiivide vaheline kaugus. Objektiivi valemi järgi arvutatud väärtus f 2 määrab teise pildi asukoha ja selle iseloomu ( f 2 > 0 – päris pilt, f 2 < 0 - мнимое). Общее линейное увеличение Γ системы из двух линз равно произведению линейных увеличений обеих линз: Γ = Γ 1 · Γ 2 . Если предмет или его изображение находятся в бесконечности, то линейное увеличение утрачивает смысл, изменяются только угловые расстояния.

Erijuhtum on kiirte teleskooptee kahe läätse süsteemis, kui nii objekt kui ka teine ​​kujutis on lõpmatul kaugusel. Kiirte teleskoopiline tee on realiseeritud täppisklapid - Kepleri astronoomiline toru ja Galileo maandustoru .

Õhukestel objektiividel on mitmeid puudusi, mis ei võimalda kvaliteetseid pilte saada. Kujutise moodustamisel tekkivaid moonutusi nimetatakse kõrvalekalded . Peamised on sfääriline ja kromaatiline kõrvalekalded. Sfääriline aberratsioon väljendub selles, et laiade valguskiirte korral läbivad optilisest teljest kaugel olevad kiired selle fookusest välja. Õhuke läätse valem kehtib ainult optilise telje lähedal asuvate kiirte puhul. Pilt kaugest punktallikast, mis on loodud objektiivi murdunud laia kiirte poolt, on udune.

Kromaatiline aberratsioon tekib seetõttu, et läätse materjali murdumisnäitaja sõltub valguse lainepikkusest λ. Seda läbipaistva kandja omadust nimetatakse dispersiooniks. Objektiivi fookuskaugus on erineva lainepikkusega valguse puhul erinev, mis põhjustab mittemonokromaatilise valguse kasutamisel pildi hägustumist.

Kaasaegsetes optilistes seadmetes ei kasutata mitte õhukesi läätsi, vaid keerukaid mitme läätsega süsteeme, milles erinevaid aberratsioone saab ligikaudu kõrvaldada.

Objektist reaalse kujutise moodustamist koonduva läätse abil kasutatakse paljudes optilistes seadmetes, nagu kaamera, projektor jne.

Kaamera on suletud valgustihe kamber. Pildistatud objektide kujutis luuakse fotofilmile objektiivisüsteemiga nn objektiiv . Spetsiaalne katik võimaldab särituse ajal objektiivi avada.

Kaamera töö eripäraks on see, et tasasel fotofilmil tuleks saada piisavalt teravaid pilte erinevatel vahemaadel asuvatest objektidest.

Filmi tasapinnas on teravad ainult teatud kaugusel asuvate objektide kujutised. Teravustamine saavutatakse objektiivi liigutamisega filmi suhtes. Punktide kujutised, mis ei asu teravas osutustasapinnas, on hägused hajumise ringidena. Suurus d neid ringe saab vähendada objektiivi avaga, st. vähenema suhteline puura / F(joonis 3.3.5). Selle tulemuseks on teravussügavuse suurenemine.

Joonis 3.3.5. Kaamera

projektsiooniseadmed mõeldud suuremahuliseks pildistamiseks. Objektiiv O projektor teravustab lameda objekti kujutise (läbipaistvus D) kaugjuhtimispuldi ekraanil E (joonis 3.3.6). Objektiivi süsteem K helistas kondensaator , mis on mõeldud valgusallika koondamiseks S diapositiivi peal. Ekraan loob tõeliselt suurendatud ümberpööratud pildi. Projektsiooniseadme suurendust saab muuta ekraani E sisse- või väljasuumimisega, muutes samal ajal lüümikute vahelist kaugust D ja objektiiv O.