Objektivy: typy čoček (fyzika). Typy sběrných, optických, rozptylových čoček. Jak zjistit typ čočky?

Objektivy mají zpravidla sférický nebo téměř sférický povrch. Mohou být konkávní, konvexní nebo ploché (poloměr je rovný nekonečnu). Mají dva povrchy, kterými prochází světlo. Mohou být kombinovány různými způsoby, tvořit různé typy čoček (fotografie je dále uvedena v článku):

• Pokud jsou obě plochy konvexní (zakřivené směrem ven), střední část je silnější než na okrajích.
• Objektiv s konvexní a konkávní koulí se nazývá meniskus.
• Objektiv s jedním plochým povrchem se nazývá plochý konkávní nebo rovinatý, v závislosti na povaze jiné sféry.

Jak zjistit typ čočky? Podívejme se na to podrobněji.

Sběrné čočky: typy čoček

Bez ohledu na kombinaci povrchů, jestliže jejich tloušťka v centrální části je větší než na okrajích, jsou nazývána kolektory. Mějte pozitivní ohniskovou vzdálenost. Existují následující typy sběrných čoček:

• rovinně-konvexní,
• bikonvexní,
• konkávní-konvexní (meniskus).

Jsou také nazývány "pozitivní".

Rozptylovací čočky: typy čoček

Pokud je jejich tloušťka ve středu tenčí než na okrajích, nazývají se scatterers. Negativní ohnisková vzdálenost. Existují takové typy rozptýlených čoček:

• ploché konkávní,
• biconcave,
• konvexní-konkávní (meniskus).

Jsou také nazývány "negativní".

Základní pojmy

Rays z bodového zdroje se liší od jednoho bodu. Jsou nazývány balíčkem. Když paprsek vstupuje do čočky, každý paprsek je přemostěn a mění směr. Z tohoto důvodu může paprsek objektivu více či méně odchylovat.

Některé druhy optických čoček mění směr paprsků tak, že se sbíhají v jednom bodě. Pokud je světelný zdroj umístěn alespoň v ohniskové vzdálenosti, pak se paprsek sbíhá v bodě, který je přinejmenším ve stejné vzdálenosti.

Skutečné a imaginární obrazy

Bodový zdroj světla se nazývá skutečný objekt a bod konvergence paprsku paprsků vycházejících z čočky je jeho skutečný obraz.

Důležité je pole bodových zdrojů, které jsou zpravidla rozloženy na plochý povrch. Příkladem je obrázek na matně zaskleném skle, který je zvýrazněn vzadu. Dalším příkladem je filmový pás, který je osvětlen zezadu, takže světlo z něj prochází čočkou a násobí obraz na ploché obrazovce.

V těchto případech mluvíme o letadle. Body na rovině obrazu 1: 1 odpovídají bodům na rovině objektu. Totéž platí pro geometrické obrázky, ačkoli výsledný obraz může být obrácen vzhledem k předmětu shora dolů nebo zleva doprava.

Sbližování paprsků v jednom bodě vytváří skutečný obraz a rozpor je fiktivní. Když je to jasně na obrazovce - je to skutečné. Je-li obraz pozorovatelný, jen se díváme skrze objektiv ve směru světelného zdroje, nazývá se to imaginární. Odraz v zrcadle je fiktivní. Obraz, který lze vidět i přes dalekohled - také. Ale projekce objektivu fotoaparátu na film dává skutečný obraz.

Ohnisková vzdálenost

Ohnisko objektivu lze nalézt průchodem paprsku paralelních paprsků. Bod, ve kterém se sbíhají, bude středem F. Vzdálenost od ohniska k objektivu se nazývá ohnisková vzdálenost f. Paralelní paprsky mohou být také vynechány na druhé straně, a tak najít F z obou stran. Každá čočka má dvě F a dvě f. Je-li v porovnání s ohniskovými vzdálenostmi relativně tenký, pak jsou tyto přibližně stejné.

Rozdíl a konvergence

Pozitivní ohnisková vzdálenost je charakterizována sběracími čočkami. Typy čoček tohoto druhu (plano-konvexní, bikonvexní, meniskus) snižují paprsky, které z nich vystupují, více, než byly redukovány dříve. Sběrné čočky mohou vytvářet jak skutečný, tak imaginární obraz. První je tvořena pouze v případě, že vzdálenost od čočky k objektu přesahuje ohniskovou vzdálenost.

Záporné ohniskové vzdálenosti jsou charakterizovány rozptylovými čočkami. Formy tohoto typu čoček (plano-konkávní, bikonkávní, meniskus) zředěných paprsky více, než by bylo rozvedeno, než se dostane na jejich povrchu. Rozptylovací čočky vytvářejí imaginární obraz. Pouze tehdy, když konvergence incidentu paprsky významný (se sbíhají někde mezi objektivem a ohniska na opačné straně) vytvořené paprsky může stále konvergovat k vytvoření reálného obrazu.

Důležité rozdíly

Měli bychom velmi pečlivě rozlišit konvergenci nebo divergenci paprsků od konvergence nebo divergence čočky. Typy čoček a světelných paprsků se nemusí shodovat. Řetězy spojené s objektem nebo bodem obrazu se nazývají odlišné, pokud "rozptýlí" a sbližují se, pokud se "shromáždí" dohromady. V každém koaxiálním optický systém osa představuje dráhu paprsků. Trám podél této osy prochází bez změny směru pohybu v důsledku refrakce. To je ve skutečnosti dobrá definice optické osy.

Lánek, který je oddělen od optické osy vzdáleností, se nazývá divergentní. A ten, který se k němu blíží, se nazývá konvergentní. Luminance paralelní s optickou osou mají nulovou konvergenci nebo divergenci. Když tedy hovoříme o konvergenci nebo divergenci jednoho paprsku, koreluje s optickou osou.

Některé typy čoček, jejichž fyzikální charakteristika je taková, že se paprsek odchyluje více směrem k optické ose, se sbírají. V nich konvergující paprsky konvergují ještě víc a rozbíjející se paprsky se ustupují méně. Jsou dokonce schopni, pokud jejich síla stačí k tomu, aby se paprsek stal paralelním nebo dokonce konvergujícím. Podobně rozptylovací čočka může ještě více rozptýlit divergentní paprsky a konvergující čočky mohou být paralelní nebo divergentní.

Zvětšovací skla

Objektiv se dvěma konvexními plochami je tlustší ve středu než na okrajích a lze jej použít jako jednoduché zvětšovací sklo nebo zvětšovací sklo. Současně jej pozorovatel nahlíží do imaginárního zvětšeného obrazu. Objektiv fotoaparátu však ve srovnání s objektem vytváří skutečnou, obvykle zmenšenou velikost, na filmu nebo snímači.

Brýle

Schopnost čočky změnit konvergenci světla se nazývá jeho síla. Vyjadřuje se v dioptrech D = 1 / f, kde f je ohnisková vzdálenost v metrech.

U čočky se sílou 5 dioptrů f = 20 cm. Jedná se o dioptr, který indikuje okulistu, psaní skleniček na předpis. Řekněme, že zaznamenal 5,2 dioptrů. V dílně připravte připravený zásobník s 5 dioptrií získanými v továrně a vyleštěte malou plochu pro přidání 0,2 dioptrů. Principem je, že, pro tenké čočky, ve které jsou dvě oblasti se nacházejí blízko u sebe, dodržovat pravidla, podle kterých jejich celková síla je součtem jednotlivých dioptrii: D = D₁ + D₂.

Potrubí Galileo

V dobách Galilea (počátek 17. století) byly body v Evropě široce dostupné. Obyčejně byly vyráběny v Holandsku a distribuovány pouličními prodejci. Galileo slyšel, že někdo v Nizozemsku položil do trubice dva druhy čoček, takže se zdálo, že vzdálené objekty jsou větší. Na jednom konci trubice použil sběrný objektiv s dlouhým zaostřením a na druhém konci krátký ohniskový difuzní okulár. Pokud ohnisková vzdálenost objektivu je rovno f_o a okuláru f_e, pak vzdálenost mezi nimi musí být f_o-f_e, a síla (úhlové zvětšení) f_o/ f_e. Taková schéma se nazývá galilejské potrubí.

Dalekohled má nárůst 5 nebo 6krát, srovnatelný s moderními ručními dalekohledy. To stačí pro mnoho vzrušujících astronomické pozorování. Můžete snadno vidět měsíční krátery, čtyři měsíce Jupiteru, kroužky Saturnu, fáze Venuše, mlhoviny a hvězdokupy, stejně jako slabé hvězdy v Mléčné dráze.

Keplerův dalekohled

Kepler o tom všechno slyšel (on a Galileo byli v korespondenci) a postavili další druh dalekohledu se dvěma sběracími čočkami. Ten s velkou ohniskovou vzdáleností je objektiv a ten s menší ohniskovou vzdáleností je okulár. Vzdálenost mezi nimi je f_o + f_e, a úhlové zvětšení je f_o/ f_e. Tento dalekohled Keplerian (nebo astronomický) vytváří obrácený obraz, ale pro hvězdy nebo měsíc to nezáleží. Tento systém poskytl rovnoměrnější osvětlení zorného pole než Galilean dalekohledu a byl vhodnější použít, protože umožňuje, aby se vaše oči v pevné poloze a vidět celý zorné pole od okraje k okraji. Zařízení umožnilo dosáhnout vyššího nárůstu než potrubí Galileo bez vážného zhoršení kvality.

Obě dalekohledy trpí sférickou aberací, v důsledku čehož nejsou obrazy plně zaměřeny a chromatická aberace, vytvoření halo. Kepler (a Newton) věřili, že tyto vady nemohou být překonány. Nepředpokládali, že jsou možné achromatické typy čoček, jejichž fyzikum bude známo teprve v 19. století.

Zrcadlové teleskopy

Gregory navrhl, že zrcadla mohou být použity jako dalekohledy, protože v nich není žádná barva. Newton využil této myšlenky a vytvořil tvar Newtonského dalekohledu z konkávního stříbrného zrcadla a pozitivního okuláru. Předal vzorek královské společnosti, kde je stále.

Dalekohled s jedním objektivem může promítat obraz na obrazovku nebo film. Pro správné zvětšení je zapotřebí pozitivní objektiv s velkou ohniskovou vzdáleností, například 0,5 m, 1 m nebo mnoho metrů. Toto uspořádání se často používá v astronomické fotografii. Pro lidi, kteří nejsou obeznámeni s optikou, se může zdát paradoxní situace, kdy slabší objektiv s dlouhým ostřením dává větší nárůst.

Koule

Bylo navrženo, aby staré kultury mohly mít dalekohledy, protože dělaly malé skleněné koule. Problémem je, že není známo, na co byly používány, a rozhodně nemohly tvořit základ dobrého dalekohledu. Kuličky by mohly být použity ke zvětšování malých předmětů, ale kvalita byla jen stěží uspokojivá.

Ohnisková vzdálenost ideální skleněné koule je velmi krátká a vytváří reálný obraz velmi blízko k sféře. Aberace (geometrické zkreslení) jsou navíc významné. Problém spočívá ve vzdálenosti mezi oběma plochami.

Pokud však vytvoříte hlubokou rovníkovou drážku pro zablokování paprsků, které způsobují závady obrazu, změní se z velmi pomalé lupy na vynikající. Takové rozhodnutí je přičítáno Coddingtonovi a jeho zvětšovací jméno může být dnes zakoupeno ve formě malých ručních poutků pro studium velmi malých předmětů. Ale neexistují žádné důkazy o tom, že se to stalo před 19. stoletím.