Az optikai lencse olyan anyagból készült alkatrész, amely általában izotróp és áttetsző a fénynek az érdeklődési spektrumban. Leggyakrabban egyfajta optikai üveg , vagy inkább hagyományos üvegek, műanyagok, szerves anyagok vagy akár metalloidok , például germánium . A lencsék célja a fény konvergálása vagy elterelése .
Használatuk azt jelenti, hogy törésmutatójuk különbözik attól a környezettől, amelyben elmerülnek ( levegő , olaj , víz stb.). A lencsék legtöbbször szimmetriatengelyét összekeverik az optikai tengellyel, de a legújabb technikák, valamint az ipar és a kutatás igényei azt jelentik, hogy a lencsék jelentős részének nincs szimmetriatengelye.
Az objektívek is, amelyek hatnak a más típusú elektromágneses sugárzás útján egy elektromos mező és / vagy a mágneses mező .
Ez Ninive , az ősi fővárosban a birodalom asszír , a XIX -én században Sir Austen Henry Layard fedezte fel az első lencse lencsék rétegek nyúlik vissza, 4000 évvel ie. Nem ismert, hogy pontosan mire használták őket, de ez a felfedezés sok kérdést vet fel, mert ez a város sokáig a Közel-Kelet nagy kereskedelmi és kulturális központja volt , és mivel a megszerzett ismeretek népszerűsítése ritka gyakorlat az ókorban .
Az első egyértelmű megemlítés a lencse használatáról az ókori Görögországból származik . Aristophanes különösen a Felhők című, Kr. E. 423-ban írt játékában idézi fel . AD , " tűzüveg " (domború lencse, amelyet a napsugárzás fókuszálásával tűz előállítására használnak ). Az idősebb Plinius ( 23 - 79 ) írásaiból az is kiderül, hogy a Római Birodalomban ilyen eszköz volt ismert . Megemlítik, hogy mit lehet értelmezni, hogy az első használat a lencse helyes látást leírja Nero használatát egy konvex alakú smaragd a gladiátor show (feltehetően kijavítani a látás hibának). Seneca ( Kr. E. 3 - 65 ) egy vízzel töltött üveggömb nagyító hatását írja le .
Az arab matematikus Alhazen ( 965 - 1038- ), írta az első értekezést optika , amely leírja, hogy a lencse képezi kép a retina .
A lencséket azonban a lakosság csak a vényköteles szemüveg általánosításáig használta , valószínűleg Olaszországban találták ki az 1280-as években .
Amikor a fényhullám dioptriával találkozik (két különböző indexű homogén közeget választ el egymástól), a fény Snell-Descartes törvényeinek betartásával megtörik . A lencse két dioptria együttese, ezért két fénytörést alkalmaz a beeső fényre.
A geometriai optika összefüggésében tehát úgy tekintjük, hogy a tárgyból származó fénysugarakat a lencse megtörik, kivéve azokat, amelyek áthaladnak a lencse optikai középpontján .
Konvex konvergáló síklencse.
Divergens konkáv síklencse.
A fizikai optika általánosabb keretén belül, ahol a fénysugarak közelítését nem veszik figyelembe, de ahol a fényt elektromágneses hullámnak tekintik, a lencsék hatását másképp tekintik. A lencsére érkező hullámfelületek látni fogják, hogy az új átlátszó közeg megváltoztatja terjedését, és a lencse így módosítja a hullám felületét. Így gyakran úgy gondolják, hogy a síkhullámot egy tökéletes optikai lencse átalakítja kvázi gömbhullámsá.
A gömb alakú lencséknek optikai tengelye van, amely egybeesik fordulatuk tengelyével. Más típusú lencséknek, amelyeknek a dioptriái nem a gömb részei, a forgásszimmetriával, szigorúan véve nincs optikai tengelyük. Például az aszférikus, szabad formájú vagy hengeres lencséknek önmagukban nincs optikai tengelye. Az optikai tengely azon pontját, amelyen keresztül a sugarak áthaladhatnak anélkül, hogy eltérítenének , optikai központnak nevezzük .
Konvergens lencse.
Konvergens lencse.
Divergens lencse.
Divergens lencse.
Az optikai tengelyre merőleges és az F'-n áthaladó síkot képfókusz-síknak nevezzük , és pontjai másodlagos képfókuszok . Hasonlóképpen, az optikai tengelyre merőleges és az objektum F fókuszpontján áthaladó síkot objektum fókuszsíknak nevezzük .
Vastag lencse esetén használjuk
és
ahol H és H ' a központosított rendszer fő objektuma és képpontja, amely ekvivalens az objektívvel.
Az algebrai távolság pozitív, ha a lencsétől lefelé (konvergáló lencse) helyezkedik el, és negatív, ha a lencsétől (divergáló lencse) felfelé helyezkedik el.
Az optikai lencse f ′ gyújtótávolságának kísérleti meghatározását fokometriának nevezzük .
Egy adott irányban terjedő fényhullámot tekintünk. A fél-tér előtt helyezkedik el a lencse tekintetében ezt a terjedési iránya az úgynevezett objektumterületet . A fél-tér után helyezkedik el a lencse az úgynevezett image helyet .
Ha A jelentése egy tárgy található downstream a lencse, A jelentése egy virtuális objektum és pozitív; ha A egy valós objektum, amely a lencsétől szemben helyezkedik el, akkor ez a távolság negatív. A lencsétől lefelé elhelyezkedő valós kép A ′ pozitív, és a lencsétől felfelé elhelyezkedő virtuális kép negatív (divergáló lencse esetén a fenti képek jelöléseivel meg kell fordítani S 1 és S 2 ).
Az optika megbélyegzése kijelöli a lencse tulajdonságát, hogy egyetlen képpontot képezzen egy tárgypont számára. Ezt a tulajdonságot gömb alakú lencséknél általában nem ellenőrzik, kivéve 2 konkrét esetet:
Egy nem-stigmás optika képez image spot helyett egy pont. Az optikai rendszer konfigurációjától függően ezért előnyösebb lehet aszférikus lencséket választani . Például egy objektum esetében, amely a végtelenben helyezkedik el, a parabolikus arcú lencse megbélyegző.
Egy optikai rendszer azt mondják, hogy aplanatikus , ha a kép egy tárgy merőleges tengelyére szimmetria a rendszer maga merőleges az utóbbi.
Az optikai lencsék nem alkotnak tökéletes képeket: a pont képe a diffrakció és az aberrációk miatt általában nem pont, hanem folt. Ezek az aberrációk befolyásolják a képek minőségét, de minimalizálhatók két különböző optikai üvegből álló lencse társításával, amelyek korrekcióban hatnak.
Az aberrációkat két nagy családba soroljuk:
A vékony lencse olyan lencse, amely megfelel a következő három feltételnek:
A vastag lencsék nem ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a vékony lencsék .
A gömb alakú lencsék két fő családra oszthatók:
Konvergens lencsék | Szimmetrikus bikonvex - aszimmetrikus bikonvex | A két dioptria gömb alakú domború. A gömbök középpontjai mindegyike a lencse síkjának egyik oldalán helyezkedik el. |
---|---|---|
Sík-domború | Az egyik dioptria domború gömb alakú, a másik sík. | |
A meniszkusz közeledik | A két dioptria gömb alakú, az egyik domború, a másik homorú. A gömbök középpontjai a lencse síkjának ugyanazon oldalán helyezkednek el. A konkáv arc görbületi sugara nagyobb, mint a domború arcé. | |
Divergens lencsék | Szimmetrikus biconkáv - aszimmetrikus biconkáv | A két dioptria homorú gömb alakú. A gömbök középpontjai mindegyike a lencse síkjának egyik oldalán helyezkedik el. |
Homorú sík | Az egyik dioptria homorú gömb alakú, a másik sík. | |
Divergens meniszkusz | A két dioptria gömb alakú, az egyik domború, a másik homorú. A gömbök középpontjai a lencse síkjának ugyanazon oldalán helyezkednek el. A konkáv arc görbületi sugara kisebb, mint a domború arcé. |
A vékony lencséknél a dupla nyíl szimbólumot használják , amely lehetővé teszi a konstrukciók egyszerűsítését bizonyos közelítéseknek köszönhetően, amikor tiszteletben tartják a Gauss-feltételeket , vagyis amikor a lencsét megütő sugarak az optikai központ közelében csapódnak le. és hogy irányuk közel áll az optikai tengelyhez.
A vergencia meghatározása
Ahol a felhasznált anyag indexét, a környezeti közeg indexét, a kép gyújtótávolságát és a 2 dioptriának görbületi sugarait , valamint a dioptriák két csúcsa közötti távolságot jelöli.
A vékony lencse speciális esetben, ezért a második tagot elhanyagoljuk.
Alkalmazások
A hengeres lencsék tág értelemben hengerek (az alakot úgy kapjuk, hogy egy görbét egy generatrix mentén lefordítunk). A dioptriák maguk is hengerek. Néha "anamorf lencséknek" nevezik őket (különösen a mozi világában ), mert felhasználhatók anamorfózis elérésére .
A generátort tartalmazó síkban terjedő sugarak esetében ablakként viselkednek , a sugár nem térül el. A generatriákra merőleges síkban terjedő sugarak esetében úgy viselkednek, mint egy axiális szimmetriájú hagyományos lencse.
Főleg a következőkre használják:
Az úgynevezett diffrakciós lencsék felhasználhatók a hagyományos lencserendszerek elemszámának csökkentésére és a kromatikus rendellenességek kijavításához szükséges anyagok kiküszöbölésére . Nagyon vékony elemek, amelyek teljes magassága megegyezik a λ / (n - 1) értékkel, ahol λ az üzemi hullámhossz és n a törésmutató .. Olyan területek sorozatából áll, amelyek a lencse széle felé vékonyodnak.
A diffrakciós elemek a legjobbak egyetlen hullámhosszon, bármely más hullámhosszon a kép hatékonysága és kontrasztja csökken.
A harmatszerű vízcseppek a természetes lencse formái lehetnek. Kis méretűek, gömb alakú kupak alakúak. Nagyobb mértékben saját súlyuk alatt deformálódnak. A határérték néhány milliméter a víznél. Ezeket tehát a mobiltelefon kamerák bizonyos optikájában használják , lehetővé téve a lencse elektromos deformálásával változó fókusztávolságot.
A szem lencséje geometriai optikában modellezhető konvergáló, változó vergenciájú lencseként (közel 60 dioptria nyugalmi állapotban lévő emmetrop szemhez ). A csillóizmok hatásának köszönhetően a (rugalmas sejtekből álló) lencse észrevehetően deformálódhat, hogy alkalmazkodjon a közeli vagy távoli látáshoz. Ez az alkalmazkodóképesség elhelyezés , fokozatosan csökken az életkorral, ami oda vezethet, hogy a távollátás .