Konvergencinis objektyvas: išspręstos charakteristikos, tipai ir pratimai

Konvergenciniai lęšiai yra tie, kurie yra storesni viduryje ir plonesni už kraštų. Dėl to jie vienoje vietoje sutelkia (susilieja) šviesos spindulius, kurie nukrenta ant jų lygiagrečiai pagrindinei ašiai. Šis taškas vadinamas fokusavimu arba vaizdo fokusavimu, ir jį žymi raidė F. Konvergentinis arba teigiamas lęšiai sudaro tai, kas vadinama tikrais objektų vaizdais.

Tipiškas konverguojančio objektyvo pavyzdys yra didinamasis stiklas. Tačiau įprasta rasti tokio tipo objektyvus daug sudėtingesniuose įrenginiuose, pvz., Mikroskopuose ar teleskopuose. Tiesą sakant, pagrindinį sudėtinį mikroskopą sudaro du konverguojantys lęšiai, turintys mažą židinio nuotolį. Šie lęšiai vadinami objektyviais ir akimis.

Konvergenciniai lęšiai yra naudojami optikai skirtingoms reikmėms, nors galbūt geriausiai žinoma yra regėjimo defektų ištaisymas. Taigi jie yra skirti gydyti hiperopija, presbyopiją ir kai kuriuos astigmatizmo tipus, tokius kaip hipermetropinis astigmatizmas.

Savybės

Konverguojantys lęšiai turi keletą savybių, kurios juos apibrėžia. Bet kokiu atveju galbūt svarbiausias yra tas, kurį jau apibrėžėme. Taigi, konverguojantys lęšiai pasižymi nukreipimu per fokusą bet kokiu spinduliu, kuris juos nukreipia lygiagrečiai pagrindinei ašiai.

Be to, priešingai, bet koks židinio spindulys, einantis pro fokusą, nukreipiamas lygiagrečiai objektyvo optinei ašiai.

Suderinamų lęšių elementai

Norint jį ištirti, svarbu žinoti, kokie elementai sudaro lęšius apskritai ir konvergencinius lęšius.

Apskritai, optinis lęšio centras vadinamas tašku, kuriuo kiekvienas spindulys, einantis per jį, neturi nukrypimų.

Pagrindinė ašis yra linija, jungianti optinį centrą, o pagrindinis dėmesys, kurį jau minėjome, yra raidė F.

Pagrindinis dėmesys skiriamas taškui, kuriame aptinkami visi spinduliai, nukreipiantys lęšį lygiagrečiai pagrindinei ašiai.

Atstumas tarp optinio centro ir fokusavimo vadinamas židinio nuotoliu.

Kreivumo centrai apibrėžiami kaip sferų centrai, kurie sukuria objektyvą; savo ruožtu yra kreivio spindulys, kurio spinduliai yra lęšiai.

Galiausiai, objektyvo centrinė plokštuma vadinama optine plokštuma.

Vaizdų formavimasis konvergenciniuose lęšiuose

Kalbant apie vaizdų formavimąsi susiliečiančiuose lęšiuose, reikia atsižvelgti į keletą pagrindinių taisyklių, kurios yra paaiškintos toliau.

Jei spindulys nukreipia lęšį lygiagrečiai ašiai, atsirandantis spindulys konvertuojasi į vaizdo fokusą. Ir atvirkščiai, jei spindulys praeina pro objekto fokusą, spindulys atsiranda lygiagrečiai ašiai. Galiausiai spinduliai, kurie eina per optinį centrą, yra suspausti, nesukeliant jokių nukrypimų.

Todėl susiliečiančiame objektyve gali atsirasti tokios situacijos:

- kad objektas yra optinės plokštumos atžvilgiu, didesnis už dvigubą židinio nuotolio atstumą. Tokiu atveju pagamintas vaizdas yra realus, apverstas ir mažesnis už objektą.

- kad objektas yra atstumu nuo optinės plokštumos, lygios dvigubam židinio nuotoliui. Kai taip atsitinka, gautas vaizdas yra tikras vaizdas, apverstas ir tokio pat dydžio kaip ir objektas.

- kad objektas yra atstumu nuo optinės plokštumos nuo vieno iki dvigubo fokusavimo atstumo. Tada sukuriamas vaizdas, kuris yra realus, apverstas ir didesnis už pradinį objektą.

- kad objektas yra atstumu nuo optinės plokštumos, žemesnės už židinio nuotolį. Tokiu atveju vaizdas bus virtualus, tiesioginis ir didesnis nei objektas.

Konverguojančių lęšių tipai

Yra trys skirtingų tipų konvergenciniai lęšiai: abipus išgaubti lęšiai, planokonveksiniai lęšiai ir concaveconvex lęšiai.

Bikonvex lęšiai, kaip rodo pavadinimas, susideda iš dviejų išgaubtų paviršių. Kita vertus, planokonveksas turi plokščią paviršių ir išgaubtą paviršių. Galiausiai, įgaubti ir išgaubti lęšiai sudaro šiek tiek įgaubtą ir išgaubtą paviršių.

Skirtumas tarp skirtingų lęšių

Kita vertus, skirtingi lęšiai skiriasi nuo konvergencinių lęšių, nes storis nuo kraštų sumažėja iki centro. Taigi, priešingai nei su konvergentu, tokio tipo lęšiuose atskiriami šviesos spinduliai, kurie streiki lygiagrečiai pagrindinei ašiai. Tokiu būdu jie sudaro tai, kas vadinama virtualiais objektų vaizdais.

Optikos atveju, skirtingi arba neigiami lęšiai, kaip jie taip pat žinomi, dažniausiai naudojami trumparegystei ištaisyti.

Gauss lęšių lygtys ir objektyvo padidinimas

Apskritai, tiriamų lęšių tipas vadinamas plonais lęšiais. Jie apibrėžiami kaip tie, kurių storis yra mažas, palyginti su jų ribojančių paviršių kreivio spinduliais.

Tokio tipo objektyvas gali būti tiriamas naudojant Gauss lygtį ir lygtį, kuri leidžia nustatyti objektyvo didinimą.

Gauso lygtis

Gauso plonų lęšių lygtis padeda išspręsti daugelį pagrindinių optinių problemų. Todėl jos svarba. Jo išraiška yra tokia:

1 / f = 1 / p + 1 / q

Kur 1 / f yra tai, kas vadinama lęšio galia, o f - židinio nuotolis arba atstumas nuo optinio centro iki fokuso F. Objektyvo galios matavimo vienetas yra dioptrijas (D), kur 1 D = 1 m -1. Kita vertus, p ir q yra atitinkamai atstumas, kuriuo objektas yra, ir atstumas, kuriuo stebimas jo vaizdas.

Lęšio padidinimas

Plonas objektyvas padidinamas šoniniu būdu:

M = - q / p

Kur M yra padidėjimas. Iš padidėjimo vertės galima daryti išvadą, kad:

Taip | M | > 1, vaizdo dydis yra didesnis nei objekto dydis

Taip | M | <1, vaizdo dydis yra mažesnis už objektą

Jei M> 0, vaizdas yra teisingas ir toje pačioje objektyvo pusėje kaip ir objektas (virtualus vaizdas)

Jei M <0, vaizdas yra apverstas ir priešingoje objekto pusėje (tikrasis vaizdas)

Nustatytas pratimas

Kūnas yra vienas metras nuo susiliečiančio objektyvo, kurio židinio nuotolis yra 0, 5 metrų. Kaip atrodys kūno vaizdas? Kiek tai bus?

Turime šiuos duomenis: p = 1 m; f = 0, 5 m.

Mes šias vertes pakeisime į Gauso plonų lęšių lygtį:

1 / f = 1 / p + 1 / q

Ir toliau lieka:

1 / 0, 5 = 1 + 1 / q; 2 = 1 + 1 / q

Mes pašalinome 1 / q

1 / q = 1

Tada išvalykite q ir gaukite:

q = 1

Todėl objektyvo didinimo lygtimi pakeisime:

M = - q / p = -1 / 1 = -1

Todėl vaizdas yra realus, nes q> 0, apverstas, nes M <0 ir vienodo dydžio, atsižvelgiant į tai, kad absoliuti M vertė yra 1. Galiausiai vaizdas yra vienas metras nuo fokusavimo.