Търсене на пълен текст:

Къде да търсите:

навсякъде
само в заглавието
само в текст

Теглене:

описание
думи в текста
само заглавката

Начало > Реферат > Физика

Видове лещи

Отражение Ипречупване Светлините се използват за промяна на посоката на лъчите или, както се казва, за управление на светлинните лъчи. Това е основата за създаването на спецоптични инструменти , като лупа, телескоп, микроскоп, камера и други. Основната част от повечето от тях еобектив . например,очила - Това са лещи, затворени в рамка. Този пример вече показва колко важно е използването на лещи за човек.

Например, на първата снимка колбата е такава, каквато я виждаме в живота,

а на втория, ако го гледаме през лупа (същата леща).

Най-често се използва в оптиката сферични лещи. Такива лещи са тела, направени от оптично или органично стъкло, ограничени от две сферични повърхности.

Лещите са прозрачни тела, ограничени от двете страни с извити повърхности (изпъкнали или вдлъбнати). НаправоAB,минаваща през центровете C1 и C2 на сферичните повърхности, ограничаващи лещата, се нарича оптична ос.

Тази фигура показва напречно сечение на две лещи с центрове в точка O. Първата леща, показана на фигурата, се нарича изпъкнало, второ - вдлъбнат. Точка О, разположена на оптичната ос в центъра на тези лещи, се нарича оптичен център на лещата.

Една от двете гранични повърхности може да е плоска.

СЪС

левите лещи са изпъкнали,

отдясно - вдлъбнат.

Ще разгледаме само сферични лещи, тоест лещи, ограничени от две сферични повърхности.
Лещите, ограничени от две изпъкнали повърхности, се наричат ​​двойно изпъкнали; лещите, ограничени от две вдлъбнати повърхности, се наричат ​​биконкавни.

Като насочим сноп от лъчи, успоредни на главната оптична ос на лещата към изпъкнала леща, ще видим, че след пречупване в лещата, тези лъчи се събират в точка, т.нар. основен фокуслещи

- точка F. Лещата има два главни фокуса, от двете страни на еднакво разстояние от оптичния център. Ако източникът на светлина е на фокус, тогава след пречупване в лещата лъчите ще бъдат успоредни на главната оптична ос. Всяка леща има две фокусни точки - по една от всяка страна на лещата. Разстоянието от лещата до нейния фокус се нарича фокусно разстояние на лещата.
Нека насочим лъч от разминаващи се лъчи от точков източник, разположен на оптичната ос, към изпъкнала леща. Ако разстоянието от източника до лещата е по-голямо от фокусното разстояние, тогава лъчите след пречупване в лещата ще пресекат оптичната ос на лещата в една точка. Следователно изпъкналата леща събира лъчи, идващи от източници, разположени от лещата на разстояние, по-голямо от нейното фокусно разстояние. Следователно изпъкналата леща иначе се нарича събирателна леща.
Когато лъчите преминават през вдлъбната леща, се наблюдава различна картина.
Нека изпратим лъч от лъчи, успореден на оптичната ос, върху двойновдлъбната леща. Ще забележим, че лъчите ще излязат от лещата в разклоняващ се лъч. Ако този разминаващ се лъч от лъчи удари окото, тогава на наблюдателя ще му се стори, че лъчите излизат от точкаЕ.Тази точка се нарича въображаем фокус на двойновдлъбната леща. Такава леща може да се нарече разсейваща.

Фигура 63 обяснява действието на събирателните и разсейващите лещи. Лещите могат да бъдат представени като голям брой призми. Тъй като призмите отклоняват лъчите, както е показано на фигурите, ясно е, че лещите с удебеляване в средата събират лъчите, а лещите с удебеления в краищата ги разсейват. Средата на лещата действа като плоскопаралелна плоча: тя не отклонява лъчите нито в събирателната, нито в разсейващата леща

На чертежите събирателните лещи са обозначени, както е показано на фигурата вляво, а разсейващите лещи - на фигурата вдясно.

Сред изпъкналите лещи има: двойноизпъкнали, плоско-изпъкнали и вдлъбнато-изпъкнали (съответно на фигурата). Всички изпъкнали лещи имат по-широк среден изрез от краищата. Тези лещи се наричат събиране.

СЪС Сред вдлъбнатите лещи има двойновдлъбнати, плоско-вдлъбнати и изпъкнало-вдлъбнати (съответно на фигурата). Всички вдлъбнати лещи имат по-тясна средна част от ръбовете. Тези лещи се наричат разсейване.

Светлината е електромагнитно излъчване, възприемано от окото чрез зрително усещане.

Закон за праволинейно разпространение на светлината: светлината се разпространява праволинейно в хомогенна среда

Източник на светлина, чиито размери са малки в сравнение с разстоянието до екрана, се нарича точков източник на светлина.

Падащият лъч и отразеният лъч лежат в една и съща равнина с перпендикуляра, възстановен към отразяващата повърхност в точката на падане. Ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение.

Ако точков обект и неговото отражение се разменят, пътят на лъчите няма да се промени, а само посоката им ще се промени.

Зейна отразяваща повърхност се нарича плоско огледало, ако лъч от успоредни лъчи, падащ върху него, остава успореден след отражение.

Леща, чиято дебелина е много по-малка от радиусите на кривината на нейните повърхности, се нарича тънка леща.

Леща, която преобразува сноп от успоредни лъчи в събирателен и го събира в една точка, се нарича събирателна леща.

Леща, която преобразува сноп от успоредни лъчи в разсейващ се - разсейващ се.

За събирателна леща

За разсейваща леща:

За всички позиции на обекта лещата дава намалено, въображаемо, директно изображение, разположен от същата страна на лещата като обекта.

Свойства на окото:

настаняване (постига се чрез промяна на формата на лещите);

адаптация (адаптиране към различни условияосветление);

зрителна острота (способност за отделно разграничаване на две близки точки);

зрително поле (пространството, наблюдавано, когато очите се движат, но главата остава неподвижна)

Зрителни увреждания

миопия (корекция - разсейваща леща);

далекогледство (корекция - събирателна леща).

Тънката леща представлява най-простата оптична система. просто тънки лещиИзползват се главно под формата на очила за очила. В допълнение, използването на леща като лупа е добре известно.

Действието на много оптични инструменти - проекционна лампа, камера и други устройства - може схематично да се сравни с действието на тънки лещи. Тънката леща обаче дава добро изображение само в сравнително редките случаи, когато човек може да се ограничи до тесен едноцветен лъч, идващ от източника по главната оптична ос или под голям ъгъл към нея. В повечето практически задачи, където тези условия не са изпълнени, изображението, създадено от тънка леща, е доста несъвършено.
Поради това в повечето случаи те прибягват до изграждането на по-сложни оптични системи, които имат голям брой пречупващи повърхности и не са ограничени от изискването за близост на тези повърхности (изискване, което се удовлетворява от тънка леща). [4]

4.2 Фотографски апарати. Оптиченустройства.

Всички оптични инструменти могат да бъдат разделени на две групи:

1) устройства, с които се получават оптични изображения на екрана. Те включватпрожекционни устройства , камери , филмови камери и др.

2) устройства, които работят само във връзка с през човешки очии не образуват изображения на екрана. Те включватлупа , микроскоп и различни системни устройствателескопи . Такива устройства се наричат ​​визуални.

Камера.

СЪС Съвременните камери имат сложна и разнообразна структура, но ние ще разгледаме от какви основни елементи се състои една камера и как работят.

Основната част на всяка камера е обектив - обектив или система от обективи, поставени в предната част на светлоустойчив корпус на фотоапарат (фиг. вляво). Обективът може да се премества плавно спрямо филма, за да се получи ясно изображение на обекти, близки или отдалечени от камерата.

При снимане обективът се отваря леко с помощта на специален затвор, който позволява на светлината да навлезе във филма само в момента на снимане. Диафрагмарегулира светлинния поток, който удря филма. Камерата произвежда намалено, обърнато, реално изображение, което се записва на филм. Под въздействието на светлината съставът на филма се променя и изображението се отпечатва върху него. Той остава невидим, докато фолиото не бъде потопено в специален разтвор - проявител. Под въздействието на проявителя онези части от филма, върху които е паднала светлина, потъмняват. На колкото повече светлина е била изложена част от филма, толкова по-тъмен ще бъде той след проявяване. Полученото изображение се нарича отрицателен(от лат. negativus - отрицателен), на него светлите части на обекта изглеждат тъмни, а тъмните светли.

За да не се променя това изображение под въздействието на светлината, проявеният филм се потапя в друг разтвор - фиксатор. Фоточувствителният слой на онези участъци от филма, които не са били засегнати от светлина, се разтваря в него и се отмива. След това филмът се измива и изсушава.

Те получават от отрицателното положителен(от латински pozitivus - положителен), т.е. изображение, в което тъмните места са разположени по същия начин, както на снимания обект. За да направите това, негативът се нанася върху хартия, също покрита с фоточувствителен слой (върху фотографска хартия), и се осветява. След това фотохартията се потапя в проявителя, след това във фиксатора, измива се и се изсушава.

След проявяване на филма, при печат на снимки се използва фотоувеличител, който увеличава изображението на негатива върху фотохартия.

Лупа.

За да виждате по-добре малки обекти, трябва да използвате лупа

Увеличителното стъкло е двойноизпъкнала леща с малко фокусно разстояние (от 10 до 1 cm). Лупата е най-простото устройство, което ви позволява да увеличите ъгъла на видимост.

Н Вашето око вижда само тези обекти, чиито изображения са уловени на ретината. Колкото по-голямо е изображението на даден обект, толкова по-голям е зрителният ъгъл, от който го гледаме, толкова по-ясно го различаваме. Много обекти са малки и се виждат от разстоянието на най-добро виждане при ъгъл на гледане, близък до максималния. Увеличителното стъкло увеличава зрителния ъгъл, както и изображението на обект върху ретината на окото, така че видимите размери на обекта

увеличение в сравнение с действителния му размер.

АртикулABпоставени на разстояние малко по-малко от фокусното разстояние от лупата (фиг. вдясно). В този случай лупата дава директен, увеличен умствен образA1 B1.Лупата обикновено се поставя така, че изображението на обекта да е на най-доброто разстояние за гледане от окото.

Микроскоп.

За получаване на големи ъглови увеличения (от 20 до 2000) и използват се оптични микроскопи. Увеличено изображение малки предметив микроскоп се получават с помощта на оптична система, която се състои от леща и окуляр.

Най-простият микроскоп е система с две лещи: обектив и окуляр. АртикулABпоставен пред лещата, която е обектива, на разстояниеF 1< d < 2F 1 и се наблюдава през окуляр, който се използва като лупа. Увеличението G на микроскопа е равно на произведението от увеличението на лещата на обектива G1 и увеличението на окуляра G2:

Принципът на действие на микроскопа се свежда до последователно увеличаване на зрителния ъгъл, първо с обектива, а след това с окуляра.

Прожекционен апарат.

П проекционните устройства се използват за получаване на увеличени изображения. Шрайбпроекторите се използват за получаване на неподвижни изображения, а с помощта на филмови проектори се получават кадри, които бързо се сменят един друг. думи и се възприемат от човешкото око като движещи се изображения. В прожекционен апарат снимка върху прозрачен филм се поставя от обектива на разстояниег,който отговаря на условието:Е< d < 2F . За осветяване на филма се използва електрическа лампа 1. За да се концентрира светлинният поток, се използва кондензатор 2, който се състои от система от лещи, които събират разминаващи се лъчи от източника на светлина върху рамката на филма 3. С помощта на лещата 4, на екрана се получава уголемен, директен, реален образ 5

Телескоп.

г Зрителни тръби или телескопи се използват за наблюдение на отдалечени обекти. Целта на телескопа е да събере възможно най-много светлина от обекта, който се изследва, и да увеличи видимите му ъглови размери.

Основната оптична част на телескопа е лещата, която събира светлина и създава изображение на източника.

д Има два основни типа телескопи: рефрактори (базирани на лещи) и рефлектори (базирани на огледала).

Най-простият телескоп - рефрактор, подобно на микроскопа, има леща и окуляр, но за разлика от микроскопа, лещата на телескопа е с голямо фокусно разстояние, а окулярът с късо. Тъй като космическите тела са на много големи разстояния от нас, лъчите от тях идват в успореден сноп и се събират от лещата във фокалната равнина, където се получава обратно, намалено, реално изображение. За да направите изображението право, използвайте друг обектив.форма

Оси на въртене лещи. След обработка диаметър лещиконтролиран със скоба. Фасетиране лещи. Фасетиране лещи- това... най-после се прекъсва. Всички видовеструктурните фаски се прилагат след центриране лещи. Фасетирането се извършва...

Оптични инструменти- устройства, в които излъчване от всяка област на спектъра(ултравиолетово, видимо, инфрачервено) трансформира(предадени, отразени, пречупени, поляризирани).

Отдавайки почит на историческата традиция, Оптичните устройства обикновено се наричат ​​устройства, които работят във видима светлина..

Само при първоначалната оценка на качеството на устройството основеннеговият характеристики:

• бленда- способност за концентриране на радиация;
• разделителна способност- способност за разграничаване на съседни детайли на изображението;
• увеличаване- съотношението на размера на обекта и неговото изображение.
• За много устройства определящата характеристика се оказва зрително поле- ъгълът, под който крайните точки на обекта са видими от центъра на устройството.

Разрешаваща сила (способност)- характеризира способността на оптичните инструменти да произвеждат отделни изображения на две точки от обект близо една до друга.

Нарича се най-малкото линейно или ъглово разстояние между две точки, от което се сливат образите имграница на линейна или ъглова разделителна способност.

Способността на устройството да прави разлика между две близки точки или линии се дължи на вълновата природа на светлината. Числената стойност на разделителната способност на, например, система от лещи зависи от способността на дизайнера да се справи с аберациите на лещите и внимателно да центрира тези лещи на една и съща оптична ос. Теоретичната граница на разделителната способност на две съседни изобразени точки се определя като равенството на разстоянието между техните центрове на радиуса на първия тъмен пръстен от тяхната дифракционна картина.

Увеличете.Ако обект с дължина H е перпендикулярен на оптичната ос на системата и дължината на изображението му е h, тогава увеличението m се определя по формулата:

m = h/H .

Увеличението зависи от фокусните разстояния и взаимното разположение на лещите; Има съответни формули за изразяване на тази зависимост.

Важна характеристика на устройствата за визуално наблюдение е видимо увеличение М. Определя се от съотношението на размера на изображенията на обект, които се образуват върху ретината на окото при директно наблюдение на обекта и гледането му през устройство. Обикновено видимото увеличение на M ​​се изразява като съотношение M = tgb/tga, където a е ъгълът, под който наблюдателят вижда обекта с просто око, а b е ъгълът, под който окото на наблюдателя вижда обекта през устройството.

Основната част на всяка оптична система е лещата. Лещите са част от почти всички оптични инструменти.

Обектив – оптически прозрачно тяло, ограничена от две сферични повърхности.

Ако дебелината на самата леща е малка в сравнение с радиусите на кривина на сферичните повърхности, тогава лещата се нарича тънка.

Има лещи събиранеИ разсейване. Събиращата леща в средата е по-дебела, отколкото в краищата, разсейващата леща, напротив, е по-тънка в средната част.

Видове лещи:

• изпъкнал:
  • двойно изпъкнал (1)
  • плоско-изпъкнал (2)
  • вдлъбнато-изпъкнало (3)
• вдлъбнат:
  • двойно вдлъбнат (4)
  • плоско-вдлъбнат (5)
  • изпъкнал-вдлъбнат (6)

Основни обозначения в обектива:

Права линия, минаваща през центровете на кривина O 1 и O 2 на сферични повърхности, се нарича главната оптична ос на лещата.

При тънките лещи можем приблизително да приемем, че главната оптична ос се пресича с лещата в една точка, която обикновено се нарича оптичен център на лещатаО. Светлинният лъч преминава през оптичния център на лещата, без да се отклонява от първоначалната си посока.

Оптичен център на лещата- точката, през която светлинни лъчипреминават без да се пречупват в обектива.

Главна оптична ос– права линия, минаваща през оптичния център на лещата, перпендикулярна на лещата.

Всички прави, минаващи през оптичния център, се наричат вторични оптични оси.

Ако лъч от лъчи, успореден на главната оптична ос, е насочен към леща, тогава след преминаване през лещата лъчите (или тяхното продължение) ще се съберат в една точка F, която се нарича основният фокус на обектива.Тънката леща има два основни фокуса, разположени симетрично на главната оптична ос спрямо лещата. Събиращите лещи имат реални фокуси, докато разсейващите лещи имат въображаеми фокуси.

Снопове от лъчи, успоредни на една от вторичните оптични оси, след преминаване през лещата също се фокусират в точка F", която се намира в пресечната точка на вторичната ос с фокалната равнина Ф, т.е. равнината, перпендикулярна на главна оптична ос и минаваща през главния фокус.

Фокална равнина– права линия, перпендикулярна на главната оптична ос на лещата и минаваща през фокуса на лещата.

Разстоянието между оптичния център на лещата O и главния фокус F се нарича фокусно разстояние. Обозначава се със същата буква F.

Пречупване на успореден сноп лъчи в събирателна леща.

Пречупване на паралелен сноп лъчи в разсейваща леща.

Точките O 1 и O 2 са центровете на сферичните повърхности, O 1 O 2 е главната оптична ос, O е оптичният център, F е главният фокус, F" е вторичният фокус, OF" е вторичната оптична ос, Ф е фокалната равнина.

На чертежите тънките лещи са изобразени като сегмент със стрелки:

колекциониране: разсейване:

Основното свойство на лещите– способност за създаване на изображения на обекти. Изображенията идват правИ с главата надолу, валиденИ въображаем, уголемениИ намалена.

Позицията на изображението и неговия характер могат да бъдат определени с помощта на геометрични конструкции. За да направите това, използвайте свойствата на някои стандартни лъчи, чийто ход е известен. Това са лъчи, преминаващи през оптичния център или една от фокусните точки на лещата, както и лъчи, успоредни на главната или една от второстепенните оптични оси. За да се изгради изображение в леща, се използват всеки два от трите лъча:

Лъч, падащ върху леща, успореден на оптичната ос, преминава през фокуса на лещата след пречупване.

Лъчът, преминаващ през оптичния център на лещата, не се пречупва.

Лъчът, преминаващ през фокуса на лещата след пречупване, преминава успоредно на оптичната ос.

Позицията на изображението и неговия характер (реален или въображаем) също могат да бъдат изчислени с помощта на формулата за тънка леща. Ако разстоянието от обекта до лещата се означи с d, а разстоянието от лещата до изображението с f, тогава формулата за тънка леща може да се запише като:

Извиква се стойността D, реципрочната на фокусното разстояние оптична сила на лещата.

Мерната единица за оптична мощност е диоптър (dopter). диоптър – оптична мощностлещи с фокусно разстояние 1 m: 1 диоптър = m –1

Обичайно е да се присвояват определени знаци на фокусните разстояния на лещите: за събирателна леща F> 0, за разсейваща леща F< 0 .

Величините d и f също се подчиняват на правило за определен знак:
d > 0 и f > 0 – за реални обекти (т.е. реални източници на светлина, а не разширения на лъчи, събиращи се зад лещата) и изображения;
d< 0 и f < 0 – для мнимых источников и изображений.

Тънките лещи имат редица недостатъци, които не позволяват получаването на висококачествени изображения. Изкривяванията, които възникват по време на формирането на изображението, се наричат аберации. Основните са сферична и хроматична аберация.

Сферична аберациясе проявява в това, че при широки светлинни лъчи лъчи, далеч от оптичната ос, я пресичат извън фокус. Формулата за тънка леща е валидна само за лъчи, близки до оптичната ос. Изображението на далечен точков източник, създадено от широк сноп лъчи, пречупен от леща, се оказва размазано.

Хроматична аберациявъзниква поради факта, че индексът на пречупване на материала на лещата зависи от дължината на вълната на светлината λ. Това свойство на прозрачните среди се нарича дисперсия. Фокусното разстояние на обектива се оказва различно за светлина с различни дължинивълни, което води до размазване на изображението при използване на немонохроматична светлина.

Съвременните оптични устройства не използват тънки лещи, а сложни системи от много лещи, в които различни аберации могат да бъдат приблизително елиминирани.

Образуване от събирателна леща реален образАртикулът се използва в много оптични инструменти като камера, проектор и др.

Ако искате да създадете висококачествено оптично устройство, трябва да оптимизирате набор от основните му характеристики - съотношение на диафрагмата, разделителна способност и увеличение. Не можете да направите добър телескоп, например, като постигнете само голямо видимо увеличение и оставите съотношението на диафрагмата (апертурата) малко. Ще има лоша разделителна способност, тъй като зависи пряко от блендата. Конструкциите на оптичните устройства са много разнообразни, а характеристиките им са продиктувани от предназначението на конкретните устройства. Но при внедряването на всяка проектирана оптична система в готово оптико-механично устройство е необходимо всички оптични елементи да се подредят в строго съответствие с приетата схема, да се закрепят надеждно, да се осигури прецизно регулиране на позицията на движещите се части и да се поставят диафрагми, за да се елиминира нежелана фонова разсеяна радиация. Често е необходимо да се поддържат определени стойности на температурата и влажността вътре в устройството, да се сведат до минимум вибрациите, да се нормализира разпределението на теглото и да се осигури отстраняване на топлината от лампи и друго спомагателно електрическо оборудване. Дадена е стойност външен видустройство и лекота на работа.

Микроскоп, лупа, лупа.

Ако обект, разположен зад лещата не по-далеч от неговата фокусна точка, се гледа през положителна (сбираща) леща, тогава се вижда увеличено виртуално изображение на обекта. Такава леща е обикновен микроскоп и се нарича лупа или лупа.

Размерът на увеличеното изображение може да се определи от оптичния дизайн.

Когато окото е настроено на паралелен лъч светлина (образът на обекта е на неопределено дълги разстояния, което означава, че обектът е разположен във фокалната равнина на лещата), видимото увеличение M може да се определи от връзката: M = tgb /tga = (H/f)/(H/v) = v/f, където f е фокусното разстояние на лещата, v - разстоянието най-добра визия, т.е. най-късото разстояние, на което окото вижда добре при нормална акомодация. M се увеличава с единица, когато окото се настрои така, че виртуалното изображение на обекта да е на разстоянието за най-добро виждане. Способностите за акомодация са различни за всички хора и се влошават с възрастта; 25 cm се считат за най-доброто разстояние за зрение при нормално око. В зрителното поле на една положителна леща, когато човек се отдалечи от нейната ос, остротата на изображението бързо се влошава поради напречни аберации. Въпреки че има лупи с увеличение 20x, тяхното типично увеличение е от 5 до 10. Увеличението на комбиниран микроскоп, обикновено наричан просто микроскоп, достига до 2000x.

Телескоп.

Телескопът увеличава видимия размер на отдалечените обекти. Най-простата верига на телескопа включва две положителни лещи.

Лъчите от далечен обект, успоредни на оста на телескопа (лъчи a и c на диаграмата), се събират в задния фокус на първата леща (обектива). Втората леща (окуляр) се отдалечава от фокалната равнина на лещата на нейното фокусно разстояние и от нея отново излизат лъчи a и c, успоредни на оста на системата. Някой лъч b, излизащ от различни точки на обекта, от който идват лъчите a и c, пада под ъгъл a спрямо оста на телескопа, преминава през предния фокус на лещата и след като върви успоредно на оста на системата . Окулярът го насочва към задния му фокус под ъгъл b. Тъй като разстоянието от предния фокус на обектива до окото на наблюдателя е незначително в сравнение с разстоянието до обекта, от диаграмата можем да получим израз за видимото увеличение M на телескопа: M = -tgb /tga = -F /f" (или F/f). Отрицателен знак показва, че изображението е обърнато. В астрономическите телескопи това остава така; в телескопите за наблюдение на земни обекти се използва обръщаща система за гледане на нормални, а не обърнати изображения. обръщащата система може да включва допълнителни лещи или, както при бинокъла, призми.

Бинокъл.

Бинокулярният телескоп, обикновено наричан бинокъл, е компактен инструмент за наблюдение с двете очи едновременно; увеличението му обикновено е от 6 до 10 пъти. Бинокълът използва двойка обвиващи системи (най-често Porro), всяка от които включва две правоъгълни призми (с основа на 45°), ориентирани една към друга с правоъгълни ръбове.

За да получите голямо увеличениев широко зрително поле, без аберации на обектива и следователно значителен зрителен ъгъл (6-9°), бинокълът изисква много висококачествен окуляр, по-усъвършенстван от телескоп с тесен зрителен ъгъл. Окулярът на бинокъла осигурява фокусиране на изображението, а при корекция на зрението - скалата му е отбелязана в диоптри. Освен това при бинокъла позицията на окуляра се настройва спрямо разстоянието между очите на наблюдателя. Обикновено биноклите са етикетирани според тяхното увеличение (кратно) и диаметър на лещата (в милиметри), например 8*40 или 7*50.

Оптичен мерник.

Всеки телескоп за наземни наблюдения може да се използва като оптичен мерник, ако във всяка равнина на неговото изображение се прилагат ясни маркировки (мрежи, маркировки), съответстващи на дадена цел. Типичният дизайн на много военни оптични инсталации е такъв, че обективът на телескопа гледа открито към целта, а окулярът е в укритие. Тази схема изисква огъване на оптичната ос на мерника и използване на призми за изместването му; същите тези призми превръщат обърнатото изображение в директно. Системи с изместване на оптичната ос се наричат ​​перископични. Обикновено оптичният мерник е проектиран така, че зеницата на изхода му да е разположена на достатъчно разстояние от последната повърхност на окуляра, за да предпази окото на стрелеца от удар в ръба на телескопа по време на откат на оръжието.

Далекомер.

Оптичните далекомери, които измерват разстояния до обекти, се предлагат в два вида: монокулярни и стереоскопични. Въпреки че се различават в детайлите на дизайна, основната част от оптичния дизайн е една и съща и принципът на работа е един и същ: с помощта на известната страна (основата) и два известни ъгъла на триъгълника се определя неговата неизвестна страна. Два успоредно ориентирани телескопа, разделени от разстояние b (база), изграждат изображения на един и същ отдалечен обект, така че да изглежда, че се наблюдава от тях в различни посоки (размерът на целта може да служи и като основа). Ако с помощта на подходящо оптично устройство полетата на изображението на двата телескопа се комбинират така, че да могат да се гледат едновременно, се оказва, че съответните изображения на обекта са пространствено разделени. Има далекомери не само с пълно припокриване на полето, но и с половината: горната половинаПространството на изображението на единия телескоп се комбинира с долната половина на пространството на изображението на другия. В такива устройства с помощта на подходящ оптичен елемент се комбинират пространствено разделени изображения и измерената стойност се определя от относителното изместване на изображенията. Често срязващият елемент е призма или комбинация от призми.

МОНОКУЛЯРЕН ДАЛЕКОМЕР. A - правоъгълна призма; B - пентапризми; C - обективи на лещи; D - окуляр; E - око; P1 и P2 са неподвижни призми; P3 - подвижна призма; I 1 и I 2 - изображения на половини на зрителното поле

В схемата на монокулярен далекомер, показана на фигурата, тази функция се изпълнява от призмата P3; тя е свързана със скала, градуирана в измерените разстояния до обекта. Пентапризмите B се използват като светлоотражатели под прав ъгъл, тъй като такива призми винаги отклоняват падащия светлинен лъч с 90 °, независимо от точността на монтажа им в хоризонталната равнина на устройството. При стереоскопичния далекомер наблюдателят вижда изображенията, създадени от два телескопа, с двете очи едновременно. Основата на такъв далекомер позволява на наблюдателя да възприема позицията на обект триизмерно, на определена дълбочина в пространството. Всеки телескоп има прицел с маркировки, съответстващи на стойностите на обхвата. Наблюдателят вижда скала за разстояние, минаваща дълбоко в изобразеното пространство, и използва нея, за да определи разстоянието до обекта.

Осветителни и прожекционни устройства. Прожектори.

В оптичния дизайн на прожектора източникът на светлина, например кратерът на електродъгов разряд, се намира във фокуса на параболичен рефлектор. Лъчите, излизащи от всички точки на дъгата, се отразяват от параболично огледало, почти успоредно едно на друго. Снопът от лъчи леко се разминава, защото източникът не е светеща точка, а обем с краен размер.

Диаскоп.

Оптичният дизайн на това устройство, предназначен за гледане на прозрачно фолио и прозрачни цветни рамки, включва две системи от лещи: кондензатор и проекционна леща. Кондензаторът осветява равномерно прозрачния оригинал, насочвайки лъчите в прожекционната леща, която изгражда изображение на оригинала върху екрана. Прожекционният обектив осигурява фокусиране и смяна на лещите, което ви позволява да променяте разстоянието до екрана и размера на изображението върху него. Оптичният дизайн на филмовия проектор е същият.

ДИАСКОПНА СХЕМА. А - слайд; B - кондензатор на лещи; C - проекционни обективни лещи; D - екран; S - източник на светлина

Спектрални устройства.

Основният елемент на спектралното устройство може да бъде дисперсионна призма или дифракционна решетка. В такова устройство светлината първо се колимира, т.е. се формира в сноп от успоредни лъчи, след което се разлага на спектър и накрая изображението на входния процеп на устройството се фокусира върху неговия изходен процеп при всяка дължина на вълната от спектъра.

Спектрометър.

В това повече или по-малко универсално лабораторно устройство системите за колимиране и фокусиране могат да се въртят спрямо центъра на сцената, на която е разположен елементът, който разлага светлината в спектър. Устройството има скали за отчитане на ъглите на въртене, например дисперсионна призма, и ъглите на отклонение след нея на различни цветови компоненти на спектъра. Въз основа на резултатите от такива показания например се измерват показателите на пречупване на прозрачни твърди тела.

Спектрограф.

Така се нарича устройство, при което полученият спектър или част от него се записва върху снимков материал. Можете да получите спектър от призма, направена от кварц (обхват 210-800 nm), стъкло (360-2500 nm) или каменна сол (2500-16000 nm). В тези спектрални диапазони, където призмите слабо абсорбират светлината, изображенията на спектралните линии в спектрографа са ярки. В спектрографите с дифракционни решетки последните изпълняват две функции: разлагат излъчването на спектър и фокусират цветните компоненти върху фотоматериала; Такива устройства се използват и в ултравиолетовата област.

КамераТова е затворена, светлонепроницаема камера. Изображението на сниманите обекти се създава върху фотолента чрез система от лещи, наречена леща. Специален затвор ви позволява да отворите обектива по време на експозицията.

Специална характеристика на камерата е, че плоският филм трябва да създава доста ясни изображения на обекти, разположени на различни разстояния.

В равнината на филма резки са само изображенията на обекти, разположени на определено разстояние. Фокусирането се постига чрез преместване на обектива спрямо филма. Изображенията на точки, които не лежат в острата равнина, изглеждат замъглени под формата на разсейващи се кръгове. Размерът d на тези кръгове може да бъде намален чрез спиране на лещата, т.е. намаляване на относителния отвор a/F. Това води до увеличаване на дълбочината на полето.

Обективът на съвременната камера се състои от няколко лещи, комбинирани в оптични системи (например оптичният дизайн Tessar). Броят на лещите в лещите на най-простите камери е от една до три, а в съвременните скъпи камери има до десет или дори осемнадесет.

Оптичен дизайн на Tessar

В обектива може да има от две до пет оптични системи. Почти всички оптични схеми са проектирани и работят по един и същи начин - те фокусират светлинните лъчи, преминаващи през лещите, върху фоточувствителна матрица.

Качеството на изображението на снимката зависи само от обектива, дали снимката ще бъде рязка, дали формите и линиите на снимката ще бъдат изкривени, дали ще предаде добре цветовете - всичко това зависи от свойствата на обектива, поради което обективът е един от най важни елементимодерен фотоапарат.

Лещите са изработени от специални класове оптично стъклоили оптична пластмаса. Създаването на лещи е една от най-скъпите части от създаването на камера. Когато сравнявате стъклени и пластмасови лещи, струва си да се отбележи, че пластмасовите лещи са по-евтини и по-леки. В момента повечето обективи на евтини любителски компактни фотоапарати са направени от пластмаса. Но такива лещи са податливи на драскотини и не са толкова издръжливи; след около две до три години те стават мътни и качеството на снимките оставя много да се желае. Оптиката на по-скъпите камери е от оптично стъкло.

В наши дни повечето обективи на компактни камери са направени от пластмаса.

Лещите на обектива са залепени или свързани помежду си чрез много прецизно изчислени метални рамки. Залепването на лещи може да се намери много по-често от металните рамки.

Прожекционен апаратпредназначени за получаване на мащабни изображения. Обективът на проектора O фокусира изображението на плосък обект (слайд D) върху отдалечен екран E. Система от лещи K, наречена кондензатор, е проектирана да концентрира светлината на източника S върху слайда. На екран E се създава истинско увеличено обърнато изображение. Увеличението на прожекционния апарат може да бъде променено чрез преместване на екрана E по-близо или по-далеч, като едновременно с това се променя разстоянието между слайда D и лещата O.

Най-висока стойностза оптометрията има преминаването на светлината през лещите. Лещата е тяло, направено от прозрачен материал, ограничено от две пречупващи повърхности, поне едната от които е повърхност на въртене.

Нека разгледаме най-простата леща - тънка, ограничена от една сферична и една плоска повърхност. Такава леща се нарича сферична. Това е сегмент, изрязан от стъклена топка. Линията AO, свързваща центъра на топката с центъра на лещата, се нарича нейната оптична ос. В напречно сечение такава леща може да си представим като пирамида, съставена от малки призми с нарастващ ъгъл при върха.

Лъчите, влизащи в лещата и успоредни на нейната ос, претърпяват пречупване, толкова по-голямо, колкото по-далеч са от оста. Може да се покаже, че всички те ще пресичат оптичната ос в една точка (F"). Тази точка се нарича фокус на лещата (по-точно заден фокус). Леща с вдлъбната пречупваща повърхност има същата точка, но неговият фокус е от същата страна, откъдето влизат лъчите от фокусната точка до центъра на лещата, се нарича нейното фокусно разстояние (f"). Реципрочната стойност на фокусното разстояние характеризира силата на пречупване или пречупването на лещата (D):

Където D е силата на пречупване на лещата, диоптри; f - фокусно разстояние, m;

Силата на пречупване на лещата се измерва в диоптри. Това е основната единица в оптометрията. Силата на пречупване на леща с фокусно разстояние 1 m се приема за 1 диоптър (D, диоптър). Следователно, леща с фокусно разстояние 0,5 m има сила на пречупване 2,0 диоптъра, 2 m - 0,5 диоптъра и т.н. Изпъкналите лещи на пречупваща сила имат положителна стойност, а вдлъбнатите лещи имат отрицателна стойност.

Не само лъчите, успоредни на оптичната ос, преминаващи през изпъкнала сферична леща, се събират в една точка. Лъчите, излизащи от всяка точка вляво от лещата (не по-близо от фокусната точка), се събират в друга точка вдясно от нея. Благодарение на това сферичната леща има способността да формира изображения на обекти.

Подобно на плоско-изпъкналите и плоско-вдлъбнатите лещи, работят лещи, ограничени от две сферични повърхности - двойно изпъкнала, двойновдлъбната и изпъкнало-вдлъбната. В оптиката за очила се използват главно изпъкнали-вдлъбнати лещи или мениски. Зависи коя повърхност има най-голяма кривина общо действиелещи.

Действието на сферичните лещи се нарича стигматично (от гръцки - точка), тъй като те образуват изображение на точка в пространството под формата на точка.

Следните видове лещи са цилиндрични и торични. Изпъкналата цилиндрична леща има свойството да събира сноп от успоредни лъчи, падащи върху нея, в линия, успоредна на оста на цилиндъра. Правата линия F1F2, по аналогия с фокусната точка на сферичната леща, се нарича фокална линия.

Цилиндричната повърхност, пресечена от равнини, минаващи през оптичната ос, образува кръг, елипса и права линия в секции. Две такива секции се наричат ​​основни: едната минава през оста на цилиндъра, другата е перпендикулярна на нея. В първия участък се образува права линия, във втория - кръг. Съответно, в цилиндрична леща има две основни секции или меридиани - оста и активната секция. Нормалните лъчи, падащи по оста на лещата, не подлежат на пречупване, но падащите върху активния участък се събират на фокалната линия, в точката на нейното пресичане с оптичната ос.

По-сложна е леща с торична повърхност, която се образува чрез въртене на кръг или дъга с радиус r около ос. Радиусът на въртене R не е равен на радиуса r.

Ю.З. Розенблум