Atvaizdo kūrimas ploname objektyve: brėžiniai, plono lęšio formulė

2024 Autorius: Angel Austin | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 05:34

Lęšiai yra skaidrūs objektai, kurie gali laužyti saulės šviesą. Jie daugiausia gaminami iš stiklo. Žodžiai „lūžta šviesa“reiškia galimybę keisti krintančios šviesos spindulių sklidimo kryptį. Panagrinėkime, kaip ploname objektyve kuriami vaizdai.

Istorijos fonas

Pirmieji senovės graikų ir romėnų žinomi lęšiai buvo sferiniai stikliniai indai, užpildyti vandeniu. Šie šiuolaikinių optinių akinių prototipai buvo naudojami ugniai kurstyti.

Pirmieji stikliniai lęšiai Europoje buvo pagaminti tik 13 amžiaus pabaigoje. Nuo to laiko jų gamybos procesas beveik nepasikeitė. Vienintelė naujovė buvo tai, kad Isaacas Newtonas XVII amžiuje naudojo dervą optinių objektų paviršiams poliruoti.

Optinių stiklų rinkimas ir išsklaidymas

Kad būtų lengviau suprasti vaizdų konstrukciją ploname objektyve, apsvarstykiteKyla klausimas, kas yra optiniai akiniai. Apskritai yra tik dviejų tipų lęšiai, kurie skiriasi savo forma ir gebėjimu laužyti šviesos srautą. Skiriami šie tipai:

1. Konverguojantys lęšiai. Šio tipo centrinės dalies storis yra didesnis nei kraštų storis. Gautas vaizdas susiliejančiame lęšyje susidaro kitoje ant jo krintančios šviesos pusėje. Šis tipas turi galimybę surinkti šviesą į vieną tašką (teigiamas fokusavimas).
2. Skirtingi lęšiai. Jų centrinė dalis yra plonesnė už kraštus. Dėl savo formos šie optiniai stiklai išsklaido ant jų patenkančią šviesą, todėl vaizdas susidaro toje pačioje objektyvo pusėje, kai į jį krenta objekto spinduliai. Sukurtas vaizdas yra daug mažesnis nei tikrasis elementas. Jei šio optinio stiklo išsklaidyti spinduliai bus tęsiami taip, kad būtų nustatyta jų kilmė, tada atrodys, kad jie išnyra iš vieno taško priešais jį. Šis taškas vadinamas židiniu, kuris yra neigiamas arba įsivaizduojamas besiskiriančiam objektyvui.

Įvairių formų optiniai akiniai

Esami dviejų tipų lęšiai gali būti pagaminti keliais būdais. Skiriamos šios 6 formos:

1. Abi išgaubta.
2. Planiškai išgaubta.
3. Su išgaubtu menisku (įgaubta-išgaubta).
4. Dvi įgaubtas.
5. Planiškai įgaubta.
6. Su įgaubtu menisku (išgaubta-įgaubta).

Išgaubti stiklo elementai

Siekdami suprasti objektyvo fiziką ir jo sudėtįploni vaizdo lęšiai, būtina žinoti pagrindinius šio optinio objekto elementus. Išvardykime juos:

• Optinis centras (O) yra taškas, per kurį šviesa praeina nelūždama.
• Pagrindinė ašis yra tiesi linija, kertanti optinio centro tašką ir pagrindinį židinį.
• Pagrindinis arba pagrindinis židinys (F) yra taškas, per kurį praeina šviesos spinduliai arba jų plėtiniai, jei jie patenka ant optinio stiklo lygiagrečiai jo pagrindinei ašiai.
• Pagalbinė ašis – bet kokia tiesi linija, einanti per optinį centrą.
• Kreivio spinduliai yra du lęšį sudarančių sferų spinduliai: R₁ ir R₂.
• Kreivumo centrai – du sferų centrai, C₁ ir C₂, kurie sudaro optinio stiklo paviršius.
• Židinio nuotolis (f) – atstumas tarp židinio taško ir optinio centro. Yra ir kitas reikšmės (f) apibrėžimas: tai atstumas nuo optinio lęšio centro iki vaizdo, kuris suteikia objektą, esantį be galo toli.

Optinės savybės

Nesvarbu, ar tai paprastas išgaubtas stiklas, ar sudėtingos optinės sistemos, kurios yra atskirų lęšių rinkinys, jų optinės savybės priklauso nuo dviejų parametrų: židinio nuotolio ir židinio nuotolio bei objektyvo skersmens ryšio.

Židinio nuotolis matuojamas dviem būdais:

• Įprasto atstumo vienetais, pvz., 10 cm, 1 m ir pan.
• Dioptrijomis tai yra atvirkščiai proporcinga židinio nuotoliui, matuojama metrais.

Pavyzdžiui, optinio stiklo, kurio galia yra 1 dioptrija, židinio nuotolis yra 1 m, o objektyvo, kurio galia yra 2 dioptrijos, židinio nuotolis yra tik 0,5 m.

Lęšio skersmuo ir jo santykis su židinio nuotoliu lemia optinio stiklo gebėjimą rinkti šviesą arba jos šviesos srautą.

Pro objektyvą praeinančių spindulių savybės

Mokyklose 8 klasėje vaizdų kūrimas plonais lęšiais yra viena iš svarbių fizikos temų. Norint išmokti kurti šiuos vaizdus, reikia žinoti ne tik pagrindines sąvokas ir elementus, bet ir kai kurių spindulių, praeinančių per optiškai aktyvų objektą, savybes:

• Bet koks spindulys, einantis lygiagrečiai pagrindinei ašiai, lūžta taip, kad arba jis praeina per židinį (konverguojančio objektyvo atveju), arba jo įsivaizduojamas tęsinys kerta židinį (jei yra skiriasi).
• Spindulys, einantis per židinį, lūžta taip, kad jis tęstų judėjimą lygiagrečiai pagrindinei ašiai. Atkreipkite dėmesį, kad besiskiriančio objektyvo atveju ši taisyklė galioja, jei į jį krentančio pluošto tęsinys eina per židinį, esantį kitoje optinio objekto pusėje.
• Bet koks šviesos spindulys, praeinantis per objektyvo centrą, nelūžinėja ir nekeičia krypties.

Atvaizdų kūrimo plonais lęšiais ypatybės

Nors renkantis ir sklaidantis optinisakiniai turi panašias savybes, vaizdų konstrukcija kiekviename iš jų turi savo ypatybes.

Kuriant vaizdus, plono lęšio formulė yra tokia:

1/f=1/d_o+1/d_i, kur d_o ir d_i yra atstumas nuo optinio centro iki objekto ir jo vaizdo.

Atkreipkite dėmesį, kad židinio nuotolis (f) yra teigiamas konverguojantiems objektyvams ir neigiamas besiskiriantiems.

Aukščiau nurodytų spindulių, praeinančių per renkantį optinį stiklą, savybių taikymas duoda tokius rezultatus:

• Jei objektas yra didesniu nei 2f atstumu, gaunamas tikras vaizdas, kurio dydis yra mažesnis už objektą. Matome tai aukštyn kojom.
• Objektas, padėtas 2 f atstumu nuo objektyvo, sukuria realų apverstą vaizdą, tokio pat dydžio kaip ir pats objektas.
• Jei objektas yra didesniu nei f, bet mažesniu nei 2f atstumu, tada gaunamas tikras apverstas ir padidintas jo vaizdas.
• Jei objektas yra židinio taške, spinduliai, einantys per optinį stiklą, tampa lygiagretūs, o tai reiškia, kad nėra vaizdo.
• Jei objektas yra arčiau nei vieno židinio nuotolio, jo vaizdas bus įsivaizduojamas, tiesioginis ir didesnis už patį objektą.

Kadangi spindulių, praeinančių per susiliejantį ir besiskiriantį lęšį, savybės yra panašios, vaizdų, gaunamų naudojant ploną šio tipo objektyvą, konstravimas atliekamas pagal panašias taisykles.

Brėžiniaivaizdavimas įvairioms progoms

Brėžiniuose konverguojantis lęšis pažymėtas linija, kurios galuose yra į išorę nukreiptos rodyklės, o besiskiriantis lęšis pažymėtas linija, kurios galuose yra rodyklės, nukreiptos į vidų, t. vienas kitam.

Įvairūs brėžinių variantai, skirti vaizdų konstravimui plonuose lęšiuose, kurie buvo aptarti ankstesnėje pastraipoje, parodyti toliau esančiame paveikslėlyje.

Kaip matyti iš paveikslo, visi vaizdai (bet kokio tipo optiniam stiklui ir objekto vieta jų atžvilgiu) yra pastatyti ant dviejų sijų. Vienas yra nukreiptas lygiagrečiai pagrindinei ašiai, o kitas eina per optinį centrą. Šių spindulių naudojimas yra patogus, nes yra žinomas jų elgesys perėjus pro objektyvą. Taip pat atkreipkite dėmesį, kad apatinis objekto kraštas (šiuo atveju raudona rodyklė) yra pagrindinėje optinėje ašyje, todėl pakanka sukurti tik viršutinio objekto taško vaizdą. Jei objektas (raudona rodyklė) yra savavališkai išdėstytas optinio stiklo atžvilgiu, tuomet reikia atskirai sukurti tiek viršutinės, tiek apatinės jo dalių vaizdą.

Dviejų sijų pakanka bet kokiems vaizdams sukurti. Jei yra neaiškumų dėl rezultato, jį galima patikrinti naudojant trečiąjį spindulį. Jis turi būti nukreiptas per židinį (prieš konverguojantį lęšį ir už besiskiriančio lęšio), tada, perėjęs per optinį stiklą ir jame lūžęs, spindulys bus lygiagretus pagrindinei optinei ašiai. Jei išspręsta vaizdo kūrimo ploname objektyve problemadešinėje, tada jis praeis per tašką, kur susikerta du pagrindiniai spinduliai.

Optinių objektų gamybos procesas

Dauguma lęšių yra pagaminti iš specialių tipų stiklo, vadinamo optiniais lęšiais. Tokiame stikle nėra vidinių įtempių, oro burbuliukų ir kitų netobulumų.

Lęšių gamybos procesas vyksta keliais etapais. Pirmiausia iš optinio stiklo bloko, naudojant atitinkamus metalinius įrankius, išpjaunamas norimos formos įgaubtas arba išgaubtas objektas. Tada jis poliruojamas naudojant dervą. Paskutiniame etape optinio stiklo dydis pakeičiamas naudojant abrazyvinius įrankius, kad svorio centras tiksliai sutaptų su optiniu centru.

Nr.

Taikymo sritys

Optiniai akiniai naudojami įvairioms regėjimo problemoms spręsti. Tam naudojami ir plastikiniai kontaktiniai lęšiai, ir stikliniai (su akiniais).

Be to, optiniai akiniai naudojami fotokamerose, mikroskopuose, teleskopuose ir kituose optiniuose prietaisuose. Jie naudoja visą lęšių sistemą. Pavyzdžiui, paprasčiausio mikroskopo, sudaryto iš dviejų optinių stiklų, atveju pirmasis sudaro realų objekto vaizdą irantrasis naudojamas jo vaizdui padidinti. Todėl antrasis stiklas yra tinkamu atstumu nuo pirmojo pagal vaizdų konstravimo ploname objektyve taisykles.