איך נראות עדשות מתכנסות? עדשות. מכשירים אופטיים. מציאת המרחק לתמונה

אנו יודעים שאור, הנופל ממדיום שקוף אחד למשנהו, נשבר - זוהי תופעת שבירת האור. יתרה מכך, זווית השבירה קטנה מזווית הפגיעה כאשר האור נכנס למדיום אופטי צפוף יותר. מה זה אומר ואיך אפשר להשתמש בו?

אם ניקח פיסת זכוכית עם קצוות מקבילים, כמו זכוכית לחלון, נקבל תזוזה קלה בתמונה הנשקפת מבעד לחלון. כלומר, בכניסה לזכוכית קרני האור ישברו, ועם כניסתם שוב לאוויר הן ישברו שוב לערכים הקודמים של זווית הפגיעה, רק שבאותו זמן הן יעברו מעט, ו כמות העקירה תהיה תלויה בעובי הזכוכית.

ברור, מתופעה כזו תועלת מעשיתקְצָת. אבל אם ניקח זכוכית שהמישורים שלה נוטים זה לזה, למשל, פריזמה, אז ההשפעה תהיה שונה לחלוטין. קרניים העוברות דרך פריזמה נשברות תמיד לכיוון הבסיס שלה. קל לבדוק.

לשם כך, צייר משולש וצייר קרן הנכנסת לכל אחת מצלעיה. בעזרת חוק שבירת האור, נתחקה אחר המסלול הנוסף של האלומה. לאחר ביצוע הליך זה מספר פעמים מתחת משמעויות שונותזווית נפילה, נגלה שלא משנה באיזו זווית הקרן תיכנס למנסרה, תוך התחשבות בשבירה הכפולה במוצא, היא עדיין תסטה לכיוון בסיס המנסרה.

עדשה ותכונותיה

מאפיין זה של פריזמה משמש במכשיר פשוט מאוד המאפשר לשלוט בכיוון זרימת האור - עדשה. עדשה היא גוף שקוף התחום משני הצדדים על ידי משטחים מעוקלים של הגוף. הם שוקלים את המבנה ואת עקרון הפעולה של עדשות בקורס פיזיקה לכיתה ח'.

למעשה, ניתן לתאר חתך רוחב של עדשה כשתי פריזמות המונחות זו על גבי זו. ההשפעה האופטית של העדשה תלויה באילו חלקים של פריזמות אלו ממוקמים זה בזה.

סוגי עדשות בפיזיקה

למרות המגוון העצום, ישנם רק שני סוגים של עדשות בפיזיקה: קמורות וקעורות, או עדשות מתכנסות ומתפצלות, בהתאמה.

לעדשה קמורה, כלומר עדשה מתכנסת, יש קצוות דקים בהרבה מהאמצע. עדשה מתכנסת בחתך היא שתי מנסרות המחוברות בבסיסים, כך שכל הקרניים העוברות דרכה מתכנסות למרכז העדשה.

להיפך, הקצוות של עדשה קעורה תמיד עבים יותר מהאמצע. עדשה מתפצלת יכולה להיות מיוצגת כשתי פריזמות המחוברות בחלקן העליון, ובהתאם לכך, הקרניים העוברות בעדשה כזו יתפצלו מהמרכז.

אנשים גילו תכונות דומות של עדשות לפני זמן רב. השימוש בעדשות אפשר לאדם לעצב מגוון רחב של מכשירים ומכשירים אופטיים המקלים על החיים ועוזרים בחיי היום יום ובייצור.

כולם יודעים שעדשת צילום מורכבת מאלמנטים אופטיים. רוב עדשות הצילום משתמשות בעדשות כאלמנטים כאלה. העדשות בעדשת צילום ממוקמות על הציר האופטי הראשי, ויוצרות את העיצוב האופטי של העדשה.

עדשה כדורית אופטית - זה שקוף אלמנט הומוגני, תחום בשני משטחים כדוריים או אחד כדורי והשני שטוחים.

גם בעדשות צילום מודרניות הן הפכו נפוצות. אספריתעדשות שצורת פני השטח שלהן שונה מכדור. במקרה זה, עשויים להיות משטחים פרבוליים, גליליים, טוריים, חרוטיים ואחרים מעוקלים, כמו גם משטחים של מהפכה עם ציר סימטריה.

חומרים להכנת עדשות יכולים להיות זנים שוניםזכוכית אופטית, כמו גם פלסטיק שקוף.

ניתן לצמצם את כל מגוון העדשות הכדוריות לשני סוגים עיקריים: איסוף(או חיובי, קמור) ו פִּזוּר(או שלילי, קעור). עדשות מתכנסות במרכז עבות יותר מאשר בקצוות, להיפך, עדשות מתפצלות במרכז דקות יותר מאשר בקצוות.

בעדשה מתכנסת, קרניים מקבילות העוברות דרכה ממוקדות בנקודה אחת מאחורי העדשה. בעדשות מתפצלות, קרניים העוברות בעדשה מפוזרות לצדדים.

חוֹלֶה. 1. עדשות מתכנסות ומתפצלות.

רק עדשות חיוביות יכולות לייצר תמונות של אובייקטים. במערכות אופטיות המייצרות תמונה אמיתית (בפרט עדשות), ניתן להשתמש בעדשות מתפצלות רק יחד עם עדשות קולקטיביות.

ישנם שישה סוגים עיקריים של עדשות המבוססים על צורת החתך שלהן:

1. עדשות מתכנסות דו קמורות;
2. עדשות מתכנסות פלנו-קמור;
3. עדשות איסוף קעורות-קמורות (מניסקי);
4. עדשות מתפצלות דו-קעורות;
5. עדשות מתפצלות שטוחות-קעורות;
6. עדשות מתפצלות קמורות-קעורות.

חוֹלֶה. 2. שישה סוגים של עדשות כדוריות.

המשטחים הכדוריים של העדשה עשויים להיות שונים עַקמוּמִיוּת(דרגת קמור/קיעור) ושונה עובי צירי.

בואו נסתכל על מושגים אלה וכמה אחרים בפירוט רב יותר.

חוֹלֶה. 3. אלמנטים של עדשה דו קמורה

באיור 3 ניתן לראות תרשים של היווצרות של עדשה דו קמורה.

• C1 ו-C2 הם המרכזים של המשטחים הכדוריים המגבילים את העדשה, הם נקראים מרכזי עקמומיות.
• R1 ו-R2 הם הרדיוסים של המשטחים הכדוריים של העדשה או רדיוסי עקמומיות.
• הקו הישר המחבר בין נקודות C1 ו-C2 נקרא ציר אופטי ראשיעדשות.
• הנקודות שבהן הציר האופטי הראשי חוצה את משטחי העדשה (A ו-B) נקראות קודקודי העדשה.
• מרחק מנקודה אלְעִניָן בנִקרָא עובי עדשה צירית.

אם אלומת קרני אור מקבילה מכוונת לעדשה מנקודה השוכנת על הציר האופטי הראשי, אזי לאחר מעבר דרכה הן יתכנסו בנקודה ו, אשר ממוקם גם על הציר האופטי הראשי. נקודה זו נקראת מוקד עיקריעדשות, והמרחק ומהעדשה לנקודה זו - אורך המוקד העיקרי.

חוֹלֶה. 4. מיקוד ראשי, מישור מוקד ראשי ואורך מוקד של העדשה.

מָטוֹס MNמאונך לציר האופטי הראשי ועובר דרכו מוקד עיקרי, נקרא מישור המוקד הראשי.כאן ממוקמת המטריצה ​​הרגישה לאור או הסרט הרגיש לאור.

אורך המוקד של עדשה תלוי ישירות בקימור המשטחים הקמורים שלה: ככל שרדיוסי העקמומיות קטנים יותר (כלומר, ככל שהקימור גדול יותר), כך אורך המוקד קצר יותר.

גופים שקופים עם משטח מעוקל אחד לפחות נקראים עדשות. לרוב, ישנן עדשות שהן סימטריות על הציר האופטי. המאפיינים האופטיים של העדשה תלויים ברדיוס ובסוג העקמומיות.

עדשה מתכנסת

עדשות קמורות, או קמורות, בעלות מרכז עבה יותר מהקצוות. קרן אור מקבילה, למשל, קֶרֶן שֶׁמֶשׁ, נופל על עדשה קמורה. העדשה אוספת קרן אור במוקד F. המרחק מהמישור האמצעי למוקד נקרא אורך המוקד של העדשה f. ככל שהיא קצרה יותר, כך הכוח האופטי של העדשה גדול יותר. כוח זה נמדד בדיאופטריות.

ניקח עדשה עם אורך מוקד של 0.5 מטר. אז הכוח האופטי של העדשה שווה לאחד חלקי אורך המוקד: 1/0.5 מ' = 2 דיופטרים.

עדשה מתפצלת

עדשות קעורות או מתפצלות הן אלו שהקצוות שלהן עבים יותר מהאמצע.

במקרה זה, אלומת האור המקבילה תתפזר. במקרה זה, ייראה שקרן האור יוצאת מנקודה אחת, הנקראת המוקד הדמיוני. אורך מוקד פנימה במקרה זהיהיה שלילי, ובהתאם לכך, גם הכוח האופטי של העדשה המתפצלת יהיה שלילי.

ניקח עדשה עם אורך מוקד של -0.25 מטר. אז ההספק האופטי יהיה שווה ל: 1/-0.25 = -4 דיופטר.

העיקרון של בניית תמונה באמצעות עדשה מתכנסת

עדשה מתכנסת מייצרת תמונה אמיתית. רק זה יתהפך.

אם אנחנו רוצים להשיג יותר תמונה מדויקת, אם כן, לדעת את אורך הפוקוס, נוכל לבנות תמונה זו. בשביל זה אנחנו צריכים שלוש קרניים.

קרן המתפשטת במקביל לציר האופטי, נשברת בעדשה ועוברת דרך המוקד נקראת קרן מקבילה.

הקרן העוברת דרך מרכז העדשה נקראת הקרן הראשית. זה לא נשבר.

הקרן שעוברת מול העדשה דרך המוקד ולאחר מכן מתפשטת במקביל לציר האופטי נקראת קרן מוקד. בנקודה שבה כל שלוש הקרניים מצטלבות, התמונה הברורה ביותר תהיה.

אם המרחק מהאובייקט לעדשה גדול מאוד, אז המרחק מהתמונה של האובייקט הזה לעדשה יהיה קטן בהרבה, כלומר. התמונה תצטמצם בגודלה.

אם המרחק מהאובייקט הוא כפול מאורך המוקד, אז התמונה תהיה זהה לגודל האובייקט עצמו, והיא תהיה באורך מוקד כפול מאחורי העדשה.

אם נקרב אובייקט למוקד, נקבל תמונה מוגדלת הממוקמת ב למרחקים ארוכיםבצד השני של העדשה.

אם האובייקט נמצא ישירות בפוקוס או אפילו קרוב יותר לעדשה, אז נקבל תמונה מטושטשת.

עדשה היא רכיב אופטי העשוי מחומר שקוף (זכוכית אופטית או פלסטיק) ובעל שני משטחים מלוטשים שבירה (שטוחים או כדוריים). העדשה העתיקה ביותר שנמצאה על ידי ארכיאולוגים בנמרוד היא בת כ-3,000 שנה.

זה מצביע על כך שאנשים התעניינו באופטיקה מאז ימי קדם וניסו להשתמש בה כדי ליצור ציוד שונה שיעזור ב חיי היומיום. הצבא הרומי השתמש בעדשות כדי להבעיר אש תנאי טיול, והקיסר נירון השתמש בברקת הקעור כתרופה לקוצר ראייה שלו.

עם הזמן, אופטיקה שולבה באופן הדוק ברפואה, מה שאפשר ליצור מכשירים לתיקון ראייה כמו עיניות, משקפיים ו עדשות מגע. בנוסף, העדשות עצמן הפכו נפוצות בטכנולוגיות שונות בעלות דיוק גבוה, שאפשרו לשנות באופן קיצוני את רעיונותיו של אדם על העולם הסובב אותו.

מהי עדשה, אילו תכונות ותכונות יש לה?

כל עדשה בחתך יכולה להיות מיוצגת כשתי פריזמות המונחות זו על גבי זו. תלוי באיזה צד הם במגע זה עם זה, ההשפעה האופטית של העדשה תהיה שונה, כמו גם סוגה (קמור או קעור).

בואו נסתכל על מהי עדשה ביתר פירוט. לדוגמה, אם ניקח חתיכת זכוכית רגילה לחלון, שקצוותיה מקבילים, נקבל עיוות חסר משמעות לחלוטין תמונה גלויה. כלומר, קרן אור הנכנסת לזכוכית תישבר, ולאחר שתעבור בקצה השני ונכנסת לאוויר, היא תחזור לזווית הקודמת שלה עם תזוזה קלה, שתלויה בעובי הזכוכית. אבל אם מישורי הזכוכית נמצאים בזווית זה ביחס לזה (למשל, כמו בפריזמה), אזי הקרן, ללא קשר לזווית שלה, לאחר הפגיעה בגוף הזכוכית הנתון תישבר ותצא בבסיסה. כלל זה, המאפשר לשלוט בזרימת האור, עומד בבסיס כל העדשות. ראוי לציין כי כל התכונות של עדשות והתקנים אופטיים המבוססים עליהם.

אילו סוגי עדשות יש בפיזיקה?

ישנם רק שני סוגים עיקריים של עדשות: קעורות וקמורות, הנקראות גם מתפצלות ומתכנסות. הם מאפשרים לך לפצל אלומת אור או להיפך, לרכז אותה בנקודה אחת באורך מוקד מסוים.

לעדשה הקמורה יש קצוות דקים ומרכז עבה, מה שהופך אותה
מופיע כשתי מנסרות המחוברות בבסיסיהן. תכונה זו מאפשרת לך לאסוף את כל קרני האור המגיעות מזוויות שונות לנקודה אחת במרכז. בדיוק במכשירים האלה השתמשו הרומאים כדי להצית שריפות, שכן קרניים ממוקדות אוֹר שֶׁמֶשׁאפשרו ליצור טמפרטורה גבוהה מאוד באזור קטן של חפץ דליק מאוד.

באילו מכשירים ולמה משתמשים בעדשות?

במשך זמן רב אנשים ידעו מהי עדשה. פרט זה שימש במשקפיים הראשונים, שהופיעו בשנות ה-1280 באיטליה. מאוחר יותר הם נוצרו טלסקופים, טלסקופים, משקפות ומכשירים רבים אחרים, שהורכבו מעדשות רבות ושונות ואיפשרו להרחיב משמעותית את היכולות עין אנושית. מיקרוסקופים נבנו על פי אותם עקרונות, שהייתה להם השפעה משמעותית על התפתחות המדע בכללותו.

הטלוויזיות הראשונות צוידו בעדשות ענק שהגדילו את התמונה.
ממסכים מיניאטוריים ואיפשרו לבחון את התמונה ביתר פירוט. כל ציוד הווידאו והצילום, החל מהמכשירים הראשונים, מצוידים בעדשות. הם מותקנים בעדשה כך שהמפעיל או הצלם יכולים להתמקד או להגדיל/להקטין את התמונה בפריים.

הכי מודרני טלפונים ניידיםיש מצלמות פוקוס אוטומטי המשתמשות בעדשות מיניאטוריות כדי לצלם תמונות ברורות של עצמים הממוקמים במרחק של כמה סנטימטרים או מספר קילומטרים מעדשת המכשיר.

אל תשכחו מטלסקופי חלל מודרניים (כגון האבל) ומיקרוסקופים מעבדתיים, שיש להם גם עדשות ברמת דיוק גבוהה. מכשירים אלה נותנים לאנושות את ההזדמנות לראות את מה שהיה בעבר בלתי נגיש לחזון שלנו. בזכותם נוכל ללמוד את העולם סביבנו ביתר פירוט.

מהי עדשת מגע ולמה היא נחוצה?

עדשות מגע הן עדשות קטנות ושקופות העשויות מרכות או
חומרים קשיחים המיועדים ללבישה ישירה על העין למטרות תיקון ראייה. הם עוצבו על ידי לאונרדו דה וינצ'י בשנת 1508, אך יוצרו רק בשנת 1888. בתחילה, עדשות יוצרו רק מ חומרים קשים, אך עם הזמן, סונתזו פולימרים חדשים, שאפשרו ליצור עדשות רכות שכמעט ואינן מורגשות במהלך השימוש היומיומי.

אם אתה רוצה לרכוש עדשות מגע, קרא את המאמר כדי ללמוד עוד על מכשיר זה.

מכשירים אופטיים- מכשירים שבהם קרינה מכל אזור של הספקטרום(אולטרה סגול, גלוי, אינפרא אדום) הופך(משודר, משתקף, נשבר, מקוטב).

נותנים מחווה מסורת היסטורית,התקנים אופטיים נקראים בדרך כלל התקנים הפועלים באור נראה..

בְּ הערכה ראשוניתאיכות המכשיר נחשבת בלבד בְּסִיסִישֶׁלוֹ מאפיינים:

• צוֹהַר- יכולת ריכוז קרינה;
• כוח פתרון- היכולת להבחין בפרטי תמונה סמוכים;
• לְהַגדִיל- היחס בין גודל אובייקט לתמונה שלו.
• עבור מכשירים רבים, המאפיין המגדיר מתברר שדה ראייה- הזווית שבה נראות הנקודות הקיצוניות של האובייקט ממרכז המכשיר.

כוח פתרון (יכולת)- מאפיין את יכולתם של מכשירים אופטיים לייצר תמונות נפרדות של שתי נקודות של עצם הקרובה זו לזו.

המרחק הליניארי או הזוויתי הקטן ביותר בין שתי נקודות, שמהן מתמזגות התמונות שלהן, נקראמגבלת רזולוציה ליניארית או זוויתית.

היכולת של המכשיר להבחין בין שתי נקודות או קווים קרובים נובעת מאופי הגל של האור. הערך המספרי של כוח הרזולוציה של, למשל, מערכת עדשות תלוי ביכולתו של המעצב להתמודד עם סטיות עדשות ולרכז בקפידה עדשות אלו על אותו ציר אופטי. הגבול התיאורטי של הרזולוציה של שתי נקודות צמודות בדימוי מוגדר כשוויון המרחק בין מרכזיהן לרדיוס של הטבעת הכהה הראשונה של תבנית העקיפה שלהן.

לְהַגדִיל.אם אובייקט באורך H מאונך לציר האופטי של המערכת, ואורך התמונה שלו הוא h, אז ההגדלה m נקבעת על ידי הנוסחה:

m = h/H .

ההגדלה תלויה באורכי המוקד ובמיקום היחסי של העדשות; יש נוסחאות מתאימות לבטא תלות זו.

מאפיין חשוב של מכשירי תצפית חזותית הוא עלייה לכאורה M. הוא נקבע על פי היחס בין גודל התמונות של עצם שנוצרות על רשתית העין בעת ​​התבוננות ישירה באובייקט וצפייה בו דרך מכשיר. בדרך כלל העלייה הנראית לעין ב-M מתבטאת כיחס M = tgb/tga, כאשר a היא הזווית שבה רואה הצופה את האובייקט בעין בלתי מזוינת, ו-b היא הזווית שבה עינו של הצופה רואה את האובייקט דרך המכשיר.

החלק העיקרי של כל מערכת אופטית הוא העדשה. עדשות הן חלק כמעט מכל המכשירים האופטיים.

עֲדָשָׁה – גוף שקוף אופטית התחום בשני משטחים כדוריים.

אם עובי העדשה עצמה קטן בהשוואה לרדיוסי העקמומיות של משטחים כדוריים, אז העדשה נקראת דקה.

יש עדשות איסוףו פִּזוּר. העדשה המתכנסת באמצע עבה יותר מאשר בקצוות, העדשה המתפצלת, להיפך, דקה יותר בחלק האמצעי.

סוגי עדשות:

• קָמוּר:
  • דו קמור (1)
  • פלנו-קמור (2)
  • קעור-קמור (3)

• קָעוּר:
  • דו קעור (4)
  • קעור שטוח (5)
  • קמור-קעורה (6)

ייעודים בסיסיים בעדשה:

קו ישר העובר דרך מרכזי העקמומיות O 1 ו- O 2 של משטחים כדוריים נקרא ציר אופטי ראשי של העדשה.

במקרה של עדשות דקות, נוכל לשער בערך שהציר האופטי הראשי מצטלב עם העדשה בנקודה אחת, הנקראת בדרך כלל מרכז אופטי של העדשה O. קרן אור עוברת דרכה מרכז אופטיעדשות מבלי לסטות מהכיוון המקורי.

מרכז אופטי של העדשה- הנקודה שדרכה עוברות קרני האור מבלי להישבר בעדשה.

ציר אופטי ראשי– קו ישר העובר במרכז האופטי של העדשה, בניצב לעדשה.

כל הקווים הישרים העוברים דרך המרכז האופטי נקראים צירים אופטיים משניים.

אם אלומת קרניים מקבילה לציר האופטי הראשי מכוונת לעדשה, אזי לאחר מעבר העדשה הקרניים (או המשכו שלהן) יתכנסו בנקודה אחת F, הנקראת המוקד העיקרי של העדשה.לעדשה דקה יש שני מוקדים עיקריים, הממוקמים באופן סימטרי על הציר האופטי הראשי ביחס לעדשה. לעדשות מתכנסות יש מוקדים אמיתיים, בעוד שלעדשות מתפצלות יש מוקדים דמיוניים.

קרניים של קרניים מקבילות לאחד הצירים האופטיים המשניים, לאחר שעברו דרך העדשה, ממוקדות גם בנקודה F", הממוקמת במפגש של הציר המשני עם מישור המוקד Ф, כלומר, המישור המאונך ל- ציר אופטי ראשי ועובר דרך המוקד הראשי.

מישור מוקד– קו ישר, מאונך לציר האופטי הראשי של העדשה ועובר דרך מוקד העדשה.

המרחק בין המרכז האופטי של העדשה O לבין המוקד הראשי F נקרא אורך מוקד. הוא מסומן באותה האות F.

שבירה של קרן מקבילה של קרניים בעדשת איסוף.

שבירה של קרן מקבילה של קרניים בעדשה מתפצלת.

נקודות O 1 ו- O 2 הן המרכזים של משטחים כדוריים, O 1 O 2 הוא הציר האופטי הראשי, O הוא המרכז האופטי, F הוא המוקד העיקרי, F" הוא המוקד המשני, OF" הוא הציר האופטי המשני, Ф הוא מישור המוקד.

על הציורים עדשות דקותמתואר כקטע קו עם חיצים:

איסוף: פִּזוּר:

המאפיין העיקרי של עדשות– היכולת לתת תמונות של אובייקטים. תמונות מגיעות יָשָׁרו הָפוּך, תָקֵףו דִמיוֹנִי, מוּגדָלו מוּפחָת.

ניתן לקבוע את מיקום התמונה ואופייה באמצעות קונסטרוקציות גיאומטריות. כדי לעשות זאת, השתמש במאפיינים של כמה קרניים סטנדרטיות, שהמהלך ידוע. אלו הן קרניים העוברות דרך המרכז האופטי או אחד ממוקדי העדשה, וכן קרניים מקבילות לציר האופטי הראשי או לאחד הצירים המשניים. כדי לבנות תמונה בעדשה, משתמשים בכל שתיים מתוך שלוש קרניים:

אירוע קרן על עדשה במקביל לציר האופטי עובר דרך מוקד העדשה לאחר השבירה.

הקרן העוברת דרך המרכז האופטי של העדשה אינה נשברת.

הקרן, העוברת דרך מוקד העדשה לאחר השבירה, הולכת במקביל לציר האופטי.

ניתן לחשב את מיקום התמונה ואופיה (אמיתי או דמיוני) גם באמצעות נוסחת העדשה הדקה. אם המרחק מהאובייקט לעדשה מסומן ב-d, והמרחק מהעדשה לתמונה ב-f, אז הנוסחה לעדשה דקה יכולה להיכתב כך:

הערך של D, ההדדיות של אורך המוקד, נקרא כוח אופטיעדשות.

יחידת המדידה להספק אופטי היא דיופטר (דופטר). דיופטר - כוח אופטי של עדשה עם אורך מוקד של 1 מ': 1 דיופטר = m -1

נהוג להקצות סימנים מסוימים לאורכי המוקד של עדשות: לעדשה מתכנסת F > 0, לעדשה מתפצלת F< 0.

גם הכמויות d ו-f מצייתות כלל מסויםסימנים:
d > 0 ו- f > 0 - עבור עצמים אמיתיים (כלומר, מקורות אור אמיתיים, ולא הרחבות של קרניים המתכנסות מאחורי העדשה) ותמונות;
ד< 0 и f < 0 – для мнимых источников и изображений.

לעדשות דקות יש מספר חסרונות שאינם מאפשרים קבלת תמונות באיכות גבוהה. עיוותים המתרחשים במהלך יצירת תמונה נקראים סטיות. העיקריים שבהם הם סטייה כדורית וכרומטית.

סטייה כדוריתמתבטא בכך שבמקרה של קרני אור רחבות, קרניים רחוקות מהציר האופטי חוצות אותו ללא מיקוד. נוסחת העדשה הדקה תקפה רק לקרניים הקרובות לציר האופטי. התמונה של מקור נקודתי מרוחק, שנוצרה על ידי אלומת קרניים רחבה שנשברה על ידי עדשה, מתבררת כמטושטשת.

סטייה כרומטיתמתרחשת בשל העובדה שמקדם השבירה של חומר העדשה תלוי באורך הגל של האור λ. תכונה זו של מדיה שקופה נקראת פיזור. אורך המוקד של העדשה מתברר כשונה לאור עם אורכים שוניםגלים, מה שמוביל לטשטוש התמונה בעת שימוש באור לא מונוכרומטי.

מכשירים אופטיים מודרניים אינם משתמשים בעדשות דקות, אלא במערכות מורכבות מרובות עדשות שבהן ניתן לבטל בערך סטיות שונות.

היווצרות על ידי עדשת איסוף תמונה אמיתיתהפריט משמש במכשירים אופטיים רבים כגון מצלמה, מקרן וכו'.

אם ברצונכם ליצור מכשיר אופטי איכותי, כדאי לבצע אופטימיזציה של סט של המאפיינים העיקריים שלו - יחס צמצם, רזולוציה והגדלה. אתה לא יכול ליצור טלסקופ טוב, למשל, על ידי השגת רק הגדלה נראית גבוהה והשארת יחס הצמצם (צמצם) קטן. תהיה לו רזולוציה גרועה מכיוון שהיא תלויה ישירות בצמצם. העיצובים של מכשירים אופטיים מגוונים מאוד, והתכונות שלהם מוכתבות על ידי מטרת התקנים ספציפיים. אך כאשר מיישמים כל מערכת אופטית מתוכננת במכשיר אופטי-מכני מוגמר, יש צורך לסדר את כל האלמנטים האופטיים בהתאם לתכנית המאומצת, להדק אותם היטב, להבטיח התאמה מדויקת של המיקום של החלקים הנעים, ולהציב דיאפרגמות כדי לחסל אותם. קרינת רקע לא רצויה מפוזרת. לעתים קרובות יש צורך לשמור על ערכי טמפרטורה ולחות מוגדרים בתוך המכשיר, למזער רעידות, לנרמל את חלוקת המשקל ולהבטיח הסרת חום מנורות וציוד חשמלי עזר אחר. ניתן ערך הוֹפָעָהמכשיר וקלות הטיפול.

מיקרוסקופ, זכוכית מגדלת, זכוכית מגדלת.

אם אובייקט הממוקם מאחורי העדשה לא רחוק מנקודת המוקד שלו נצפה דרך עדשה חיובית (מתכנסת), אזי תמונה וירטואלית מוגדלת של האובייקט נראית. עדשה כזו היא מיקרוסקופ פשוט ונקראת זכוכית מגדלת או זכוכית מגדלת.

ניתן לקבוע את גודל התמונה המוגדלת מהעיצוב האופטי.

כאשר העין מכווננת לאלומת אור מקבילה (תמונת האובייקט נמצאת במרחק גדול ללא הגבלה, כלומר העצם ממוקם במישור המוקד של העדשה), ניתן לקבוע את ההגדלה הנראית לעין מ-M מהיחס : M = tgb /tga = (H/f)/( H/v) = v/f, כאשר f הוא אורך המוקד של העדשה, v הוא המרחק החזון הטוב ביותר, כלומר המרחק הקצר ביותר שבו העין רואה היטב עם התאמה רגילה. M גדל באחד כאשר העין מותאמת כך שהתמונה הווירטואלית של האובייקט נמצאת במרחק של מיטב הראייה. יכולות הלינה שונות עבור כל האנשים, והן מחמירות עם הגיל; 25 ס"מ נחשב למרחק הראייה הטוב ביותר עין רגילה. למראה סינגל עדשה חיוביתככל שמתרחקים מהציר שלו, חדות התמונה מתדרדרת במהירות עקב סטייות רוחביות. למרות שיש לולאות עם הגדלה של פי 20, ההגדלה האופיינית שלהן היא מ-5 עד 10. ההגדלה של מיקרוסקופ מורכב, הנקרא בדרך כלל פשוט מיקרוסקופ, מגיעה עד פי 2000.

טֵלֶסקוֹפּ.

טלסקופ מגדיל את הגודל הנראה של עצמים מרוחקים. מעגל הטלסקופ הפשוט ביותר כולל שתי עדשות חיוביות.

קרניים מעצם מרוחק, במקביל לציר הטלסקופ (קרני a ו-c בתרשים), נאספות במוקד האחורי של העדשה הראשונה (אובייקט). העדשה השנייה (העינית) מוסרת ממישור המוקד של העדשה באורך המוקד שלה, וקרניים a ו-c יוצאות ממנה שוב במקביל לציר המערכת. קרן b כלשהי, הנובעת מנקודות שונות של העצם שמהן הגיעו קרניים a ו-c, נופלת בזווית a לציר הטלסקופ, עוברת דרך המוקד הקדמי של העדשה ואחריה מקבילה לציר המערכת. . העינית מכוונת אותה למוקד האחורי שלה בזווית b. מכיוון שהמרחק מהמוקד הקדמי של העדשה לעין המתבונן זניח בהשוואה למרחק לעצם, מהתרשים נוכל לקבל ביטוי להגדלה הנראית M של הטלסקופ: M = -tgb /tga = -F /f" (או F/f). סימן שלילימראה שהתמונה הפוכה. בטלסקופים אסטרונומיים זה נשאר כך; טלסקופים לתצפית על עצמים יבשתיים משתמשים במערכת הפוכה כדי לצפות בתמונות רגילות ולא הפוכות. המערכת העוטפת עשויה לכלול עדשות נוספות או, כמו במשקפת, מנסרות.

מִשׁקֶפֶת.

טלסקופ משקפת, המכונה בדרך כלל משקפת, הוא מכשיר קומפקטי לצפייה בשתי העיניים בו-זמנית; העלייה שלו היא בדרך כלל מ-6 עד פי 10. משקפת משתמשת בזוג מערכות עוטפות (לרוב Porro), שכל אחת מהן כוללת שתי מנסרות מלבניות (עם בסיס ב-45°), המכוונות זו לזו עם קצוות מלבניים.

להשיג הגדלה גבוההבשדה ראייה רחב, נקי מסטיות עדשה, ולכן זווית ראייה משמעותית (6-9°), משקפת דורשת עינית איכותית מאוד, מתקדמת יותר מטלסקופ עם זווית צפייה צרה. העינית של המשקפת מספקת מיקוד תמונה, ועם תיקון ראייה - קנה המידה שלה מסומן בדיאופטריות. בנוסף, במשקפת מיקום העינית מותאם למרחק בין עיני המתבונן. בדרך כלל, משקפת מסומנת לפי ההגדלה שלהן (בכפולות) וקוטר העדשה (במילימטרים), למשל, 8*40 או 7*50.

מראה אופטי.

כל טלסקופ לתצפיות קרקעיות יכול לשמש כמראה אופטי אם מיושמים סימנים ברורים (רשתות, סימנים) התואמים למטרה נתונה בכל מישור של מרחב התמונה שלו. העיצוב הטיפוסי של מתקנים אופטיים צבאיים רבים הוא כזה שעדשת הטלסקופ מביטה בגלוי אל המטרה, והעינית נמצאת במקלט. תכנית זו דורשת עיקול בציר האופטי של הכוונת ושימוש בפריזמות להזזה; אותן פריזמות ממירות את התמונה ההפוכה לתמונה ישירה. מערכות עם תזוזה של הציר האופטי נקראות פריסקופיות. בְּדֶרֶך כְּלַל מראה אופטימחושב כך שהאישון של יציאתו יוסר מהמשטח האחרון של העינית במרחק מספיק כדי להגן על עינו של התותחן מפגיעה בקצה הטלסקופ במהלך רתיעה של הנשק.

מד טווח.

מדדי טווח אופטיים, המודדים מרחקים לעצמים, מגיעים בשני סוגים: חד-קולרי וסטריאוסקופי. למרות שהם שונים בפרטי העיצוב, החלק העיקרי של העיצוב האופטי זהה ועקרון הפעולה זהה: מפלגה ידועה(בסיס) ושתי זוויות ידועות של משולש, הצלע הלא ידועה שלו נקבעת. שני טלסקופים בעלי אוריינטציה מקבילה, מופרדים על ידי מרחק b (בסיס), בונים תמונות של אותו עצם מרוחק כך שנראה שהוא נצפה מהם ב כיוונים שונים(גם גודל המטרה יכול לשמש בסיס). אם, באמצעות מכשיר אופטי מתאים כלשהו, ​​משולבים שדות התמונה של שני הטלסקופים כך שניתן לצפות בהם בו-זמנית, מתברר שהתמונות המתאימות של האובייקט מופרדות במרחב. ישנם מדדי טווח לא רק עם חפיפת שדה מלאה, אלא גם עם חצי שדה חפיפה: החצי העליון של מרחב התמונה של טלסקופ אחד משולב עם החצי התחתון של מרחב התמונה של השני. במכשירים כאלה, באמצעות אלמנט אופטי מתאים, משולבות תמונות מופרדות מרחבית והערך הנמדד נקבע מההזזה היחסית של התמונות. לעתים קרובות אלמנט הגזירה הוא פריזמה או שילוב של פריזמות.

מאתר טווח חד-קולרי. A - מנסרה מלבנית; B - פנטפריזמות; C - מטרות עדשות; D - עינית; E - עין; P1 ו-P2 הם מנסרות קבועות; P3 - פריזמה ניתנת להזזה; I 1 and I 2 - תמונות של חצאי שדה הראייה

במעגל מד הטווח המונוקולרי המוצג באיור, פונקציה זו מבוצעת על ידי פריזמה P3; זה קשור לסולם בדרגה של מרחקים נמדדים לאובייקט. פנטפריזמות B משמשות כמחזירי אור בזווית ישרה, שכן מנסרות כאלה מסיטות תמיד את אלומת האור הנכנסת ב-90 מעלות, ללא קשר לדיוק התקנתן במישור האופקי של המכשיר. במד טווח סטריאוסקופי, הצופה רואה את התמונות שנוצרו על ידי שני טלסקופים בשתי העיניים בבת אחת. הבסיס של מד טווח כזה מאפשר לצופה לתפוס את מיקומו של עצם בתלת מימד, בעומק מסוים במרחב. לכל טלסקופ יש רשת עם סימנים, ערכים מתאימיםלָנוּעַ. המתבונן רואה סולם מרחק שנכנס לעומק המרחב המתואר, ומשתמש בו כדי לקבוע את מרחק העצם.

מכשירי תאורה והקרנה. זרקורים.

בעיצוב האופטי של הזרקור, מקור האור, למשל מכתש פריקת קשת חשמלית, ממוקם במוקד של מחזיר אור פרבולי. קרניים הבוקעות מכל נקודות הקשת משתקפות על ידי מראה פרבולית כמעט מקבילה זו לזו. אלומת הקרניים מתפצלת מעט מכיוון שהמקור אינו נקודת אור, אלא נפח בגודל סופי.

דיסקופ.

העיצוב האופטי של מכשיר זה, המיועד לצפייה בשקפים ובמסגרות צבע שקופות, כולל שתי מערכות עדשות: מעבה ועדשת הקרנה. המעבה מאיר באופן שווה את המקור השקוף, ומכוון את הקרניים לעדשת ההקרנה, אשר בונה תמונה של המקור על המסך. עדשת ההקרנה מספקת מיקוד והחלפה של העדשות שלה, מה שמאפשר לשנות את המרחק למסך ואת גודל התמונה שעליו. העיצוב האופטי של מקרן הסרט זהה.

דיאגרמת דיסקופ. A - מגלשה; B - מעבה עדשה; C - עדשות אובייקטיביות הקרנה; D - מסך; S - מקור אור

מכשירים ספקטרליים.

המרכיב העיקרי של התקן ספקטרלי יכול להיות פריזמת פיזור או סורג עקיפה. במכשיר כזה, האור מקוליט לראשונה, כלומר. נוצרת לאלומת קרניים מקבילות, ואז מתפרקת לספקטרום, ולבסוף, התמונה של חריץ הקלט של המכשיר ממוקדת אל חריץ המוצא שלו בכל אורך גל של הספקטרום.

ספקטרומטר.

במכשיר מעבדה אוניברסלי פחות או יותר זה, ניתן לסובב את מערכות הקולימציה והמיקוד ביחס למרכז הבמה שעליה נמצא האלמנט המפרק אור לספקטרום. למכשיר יש מאזניים לקריאת זוויות הסיבוב, למשל, פריזמת פיזור, וזוויות הסטייה אחריה של מרכיבי צבע שונים של הספקטרום. בהתבסס על תוצאות קריאות כאלה, למשל, נמדדים מדדי השבירה של מוצקים שקופים.

ספקטרוגרף.

זהו שמו של מכשיר שבו הספקטרום שנוצר או חלק ממנו מתועד על חומר צילום. אתה יכול לקבל ספקטרום ממנסרה העשויה מקוורץ (טווח 210-800 ננומטר), זכוכית (360-2500 ננומטר) או מלח סלעים (2500-16000 ננומטר). באותם טווחים ספקטרליים שבהם המנסרות קולטות אור חלש, התמונות של קווים ספקטרליים בספקטרוגרף בהירות. בספקטרוגרפים עם רשתות עקיפה, האחרונים מבצעים שתי פונקציות: הם מפרקים את הקרינה לספקטרום וממקדים את מרכיבי הצבע בחומר הצילום; מכשירים כאלה משמשים גם באזור האולטרה סגול.

מַצלֵמָהזהו תא סגור ואטום לאור. תמונת האובייקטים המצולמים נוצרת על סרט צילום על ידי מערכת עדשות הנקראת עדשה. תריס מיוחד מאפשר פתיחת העדשה למשך החשיפה.

תכונה מיוחדת של המצלמה היא שסרט שטוח אמור לייצר תמונות חדות למדי של אובייקטים הממוקמים במרחקים שונים.

במישור הסרט, רק תמונות של עצמים הממוקמים במרחק מסוים חדות. המיקוד מושג על ידי הזזת העדשה ביחס לסרט. תמונות של נקודות שאינן מונחות במישור ההצבעה החד נראות מטושטשות בצורה של עיגולים מתפזרים. ניתן להקטין את גודל ה-d של עיגולים אלה על ידי עצירת העדשה, כלומר. הקטנת הצמצם היחסי a / F. זה מוביל לעלייה בעומק השדה.

העדשה של מצלמה מודרנית מורכבת מכמה עדשות המשולבות לתוך מערכות אופטיות(לדוגמה, עיצוב אופטי של Tessar). מספר העדשות בעדשות של המצלמות הפשוטות ביותר הוא מאחת עד שלוש, ובמצלמות היקרות המודרניות יש עד עשר ואפילו שמונה עשרה.

עיצוב אופטי של טסאר

יכולות להיות בין שתיים לחמש מערכות אופטיות בעדשה. כמעט כל המעגלים האופטיים מתוכננים ופועלים באותה צורה - הם ממקדים את קרני האור העוברות דרך העדשות אל מטריצה ​​רגישה לאור.

איכות התמונה בצילום תלויה רק ​​בעדשה, האם הצילום יהיה חד, האם הצורות והקווים בצילום יתעוותו, האם יעביר צבעים בצורה טובה – כל זה תלוי בתכונות העדשה, וזו הסיבה שהעדשה היא אחת מהטובות ביותר אלמנטים חשוביםמצלמה מודרנית.

עדשות אובייקטיביות עשויות מסוגים מיוחדים של זכוכית אופטית או פלסטיק אופטי. יצירת עדשות היא אחד החלקים היקרים ביותר ביצירת מצלמה. כאשר משווים בין עדשות זכוכית ופלסטיק, כדאי לשים לב שעדשות פלסטיק זולות וקלות יותר. נכון לעכשיו, רוב העדשות במצלמות קומפקטיות חובבות זולות עשויות מפלסטיק. אבל עדשות כאלה רגישות לשריטות והן אינן עמידות כל כך לאחר כשנתיים עד שלוש הן נעשות עכורות, ואיכות הצילומים משאירה הרבה מקום לרצון. האופטיקה של מצלמות יקרות יותר עשויה מזכוכית אופטית.

נכון לעכשיו, רוב העדשות מצלמות קומפקטיותעשוי מפלסטיק.

עדשות האובייקטיביות מודבקות או מחוברות זו לזו באמצעות מסגרות מתכת מחושבות בדיוק רב. ניתן למצוא עדשות הדבקה לעתים קרובות יותר מאשר מסגרות מתכת.

מנגנון הקרנהמיועד להשגת תמונות בקנה מידה גדול. עדשת המקרן O ממקדת את התמונה של אובייקט שטוח (שקופית D) על מסך מרוחק E. מערכת עדשות K, הנקראת מעבה, נועדה לרכז את האור של המקור S בשקופית. על מסך E נוצרת תמונה הפוכה מוגדלת אמיתית. ניתן לשנות את ההגדלה של מנגנון ההקרנה על ידי הזזת מסך E קרוב יותר או הרחק יותר ובו זמנית שינוי המרחק בין השקופית D לעדשה O.