เลนส์บรรจบกันคือระบบออปติคัล ซึ่งเป็นทรงกลมแบบ oblate ซึ่งความหนาของขอบจะน้อยกว่าศูนย์กลางออปติคัล ในการสร้างภาพในเลนส์บรรจบกันอย่างถูกต้อง ต้องคำนึงถึงประเด็นสำคัญหลายประการ ซึ่งจะมีบทบาทสำคัญในการก่อสร้างและในผลลัพธ์ของภาพวัตถุ อุปกรณ์ที่ทันสมัยจำนวนมากทำงานบนสิ่งเหล่านี้ หลักการง่ายๆโดยใช้คุณสมบัติของเลนส์บรรจบกันและเรขาคณิตของการสร้างภาพของวัตถุ

ปรากฏในศตวรรษที่ 20 คำนี้มาจากภาษาละติน กระจกที่กำหนดโดยมีจุดศูนย์กลางนูนหรือเว้า หลังจากช่วงเวลาสั้น ๆ มันเริ่มถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันในฟิสิกส์และได้รับการกระจายมวลด้วยความช่วยเหลือจากวิทยาศาสตร์และเครื่องมือที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของมัน โครงร่างของเลนส์บรรจบกันเป็นระบบของซีกโลกสองซีกแบนที่ขอบซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยด้านแบนและมีจุดศูนย์กลางเดียวกัน

จุดโฟกัสของเลนส์บรรจบกันคือจุดที่แสงที่ผ่านเข้ามาทั้งหมดตัดกัน จุดนี้มีความสำคัญมากเมื่อสร้าง

ทางยาวโฟกัสของเลนส์บรรจบกันเป็นเพียงส่วนเดียวจากจุดศูนย์กลางที่ยอมรับของเลนส์ไปจนถึงโฟกัส

เนื่องจากวัตถุที่จะสร้างจะอยู่ที่ตำแหน่งใดบนแกนลำแสง จึงมีตัวเลือกทั่วไปหลายแบบ สิ่งแรกที่ต้องพิจารณาคือเมื่อตัวแบบอยู่ในโฟกัสโดยตรง ในกรณีนี้ จะไม่สามารถสร้างภาพได้ เนื่องจากรังสีจะขนานกัน จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะหาทางแก้ไข นี่เป็นความผิดปกติอย่างหนึ่งในการสร้างภาพของวัตถุ ซึ่งถูกทำให้สมเหตุสมผลโดยเรขาคณิต

การถ่ายภาพด้วยเลนส์คอนเวอร์ริ่งแบบบางไม่ยากหากคุณใช้วิธีการและอัลกอริธึมที่ถูกต้อง ซึ่งจะทำให้ได้ภาพของวัตถุใดๆ ในการสร้างภาพของวัตถุ จุดหลักสองจุดก็เพียงพอแล้ว โดยจะฉายภาพที่ได้จากการหักเหของแสงในเลนส์บรรจบได้ไม่ยาก เป็นมูลค่า noting จุดหลักในระหว่างการก่อสร้างโดยที่จะไม่สามารถทำได้:

• เส้นที่ลากผ่านจุดศูนย์กลางของเลนส์ถือเป็นรังสีที่เปลี่ยนทิศทางเพียงเล็กน้อยขณะผ่านเลนส์
• เส้นที่ลากขนานกับแกนลำแสงหลัก ซึ่งหลังจากการหักเหของแสงในเลนส์ จะผ่าน เลนส์มาบรรจบกัน โฟกัส

โปรดทราบว่าข้อมูลเกี่ยวกับวิธีการคำนวณสูตร เลนส์ออปติคอลได้ตามที่อยู่นี้ : .

การสร้างภาพในเลนส์ภาพถ่ายบรรจบกัน

ด้านล่างนี้เป็นภาพถ่ายในหัวข้อของบทความ "การสร้างภาพในเลนส์บรรจบกัน" หากต้องการเปิดแกลเลอรีรูปภาพ ให้คลิกที่รูปขนาดย่อของรูปภาพ

การหักเหของแสงที่แนวราบ (ปริซึมสามเหลี่ยม แผ่นขนานระนาบ) ทำให้เกิดการกระจัดของภาพที่สัมพันธ์กับวัตถุโดยไม่เปลี่ยนขนาด การหักเหของแสงบนวัตถุที่เป็นเนื้อเดียวกันทางแสงที่โปร่งใสซึ่งถูกจำกัดโดยพื้นผิวทรงกลมนำไปสู่การก่อตัวของภาพที่มีขนาดแตกต่างจากวัตถุ - ขยายใหญ่ขึ้น ลดลง (ในบางกรณีเท่ากัน)

• วัตถุโปร่งใสที่ล้อมรอบด้วยพื้นผิวทรงกลมสองอันเรียกว่าเลนส์

• เลนส์เป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของเครื่องมือและระบบออปติคัลที่หลากหลาย ตั้งแต่แว่นตาที่ง่ายที่สุดไปจนถึงกล้องจุลทรรศน์และกล้องโทรทรรศน์ขนาดยักษ์ ซึ่งสามารถขยายขอบเขตการมองเห็นได้อย่างมาก

• เลนส์สำหรับแสงที่มองเห็นได้มักจะทำจากแก้ว สำหรับรังสีอัลตราไวโอเลต - จากควอตซ์, ฟลูออไรท์, ลิเธียมฟลูออไรด์, ฯลฯ ; สำหรับรังสีอินฟราเรด - จากซิลิกอน เจอร์เมเนียม ฟลูออไรต์ ลิเธียมฟลูออไรด์ ฯลฯ

วางแผน

1. การนำเสนอสื่อการศึกษาผ่านเครื่องฉายมัลติมีเดีย

• เลนส์ ประเด็นหลัก เส้น เครื่องบิน

• ข้อเสียของเลนส์

• การสร้างภาพในเลนส์บาง

2. งานสำหรับการควบคุมตนเอง: การแก้ปัญหาแบบโต้ตอบสำหรับการสร้างภาพในเลนส์พร้อมการตรวจสอบประสิทธิภาพ ทำงานกับซีดี "ฟิสิกส์ 7-11 เซลล์ ห้องสมุดโสตทัศนูปกรณ์ 1C: โรงเรียน

3. การแก้ปัญหาการก่อสร้าง การทำงานกับกระดานไวท์บอร์ดแบบโต้ตอบ Interwrite Board

4. ทดสอบการควบคุม ทำงานร่วมกับระบบควบคุมการปฏิบัติงานความรู้ Interwrite PRS

5. โต้ตอบ การบ้าน. ทำงานกับซีดี "ฟิสิกส์ 10-11 เซลล์ การเตรียมตัวสอบ. 1C: โรงเรียน

6. ผลลัพธ์

เลนส์ จุดหลัก เส้น เครื่องบิน

ลักษณะทางเรขาคณิตของเลนส์

ประเภทเลนส์.

ทางยาวโฟกัสและกำลังแสงของเลนส์

การพึ่งพาทางยาวโฟกัสบนรัศมีความโค้งของพื้นผิวทรงกลมและดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์ของสารเลนส์

เลนส์ทรงกลม

• ส่วนของแกนออปติคัลที่ล้อมรอบระหว่างทรงกลมที่ล้อมรอบเลนส์เรียกว่าความหนาของเลนส์ l. เลนส์ที่เรียกว่า บาง, ถ้า l R1 และ l R2 , โดยที่ R1และ R2คือรัศมีของทรงกลมที่ล้อมรอบเลนส์ รัศมีเหล่านี้เรียกว่า รัศมีความโค้งพื้นผิวเลนส์

ลักษณะทางเรขาคณิตของเลนส์

• สำหรับพื้นผิวทรงกลมที่นูนตามระนาบหลักของเลนส์ รัศมีความโค้งจะถือว่าเป็นค่าบวก

• สำหรับพื้นผิวทรงกลมที่เว้าเทียบกับระนาบหลักของเลนส์ รัศมีความโค้งถือเป็นค่าลบ

ประเภทเลนส์

ตามรูปร่างของพื้นผิวทรงกลมที่ล้อมรอบ เลนส์หกประเภทมีความโดดเด่น:

ลักษณะของเลนส์ประเภทหลัก

ภารกิจที่ 1: สร้างเส้นทางของรังสีในปริซึมและสรุปเกี่ยวกับธรรมชาติของการโก่งตัวของรังสี

ภารกิจที่ 2: สร้างเส้นทางของรังสีในปริซึมและสรุปเกี่ยวกับธรรมชาติของการโก่งตัวของรังสี

เลนส์เป็นชุดปริซึม

การหักเหของแสงโดยเลนส์เบี่ยงเบน (n21 > 1) ของรังสีที่ขนานกับแกนลำแสงหลัก: จุดโฟกัสหลักของเลนส์เบี่ยงเบน

การหักเหของแสงคู่ขนานบนพื้นผิวทรงกลม

• เส้นทางของคานคู่ขนาน 1, 2, 3 หลังจากผ่านระบบปริซึมที่ค่าที่กำหนดของดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์ของสารปริซึมขึ้นอยู่กับตำแหน่งของปริซึม

• รังสีหลังจากการหักเหของแสงจะไปในลำแสงบรรจบกันและตัดผ่านแกนลำแสงหลักที่จุดนั้น Fหรือแตกต่าง จากนั้นแกนแสงหลักจะถูกตัดขวางโดยความต่อเนื่องของรังสีหักเห

• จุดบนแกนออปติคอลหลักที่รังสีหักเห (หรือความต่อเนื่องของแสง) ตัดกัน ตกกระทบบนเลนส์ขนานกับแกนออปติคอลหลัก เรียกว่าจุดโฟกัสหลักของเลนส์ จุดโฟกัสหลักอยู่ในตำแหน่งสมมาตรกับระนาบของเลนส์ (ในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน)

ทำงานกับโมเดล "ทางยาวโฟกัสของเลนส์"

• แนวคิดเรื่องการโฟกัสของเลนส์ทั้งเลนส์หลักและเลนส์รองถูกแสดงไว้

• การพึ่งพาทางยาวโฟกัสและกำลังแสงของเลนส์ในรัศมีความโค้งของพื้นผิวและอัตราส่วนของความหนาแน่นเชิงแสงของสารเลนส์และสารตัวกลางแสดงไว้

ทางยาวโฟกัสและกำลังแสงของเลนส์

ความสัมพันธ์ระหว่างทางยาวโฟกัสกับรัศมีความโค้งของเลนส์บรรจบกัน ( น 21 > 1)

ทางยาวโฟกัสของเลนส์

เลนส์บรรจบกัน

ว่าด้วยเรื่องความยาวโฟกัส

• ที่ n21 = 1 (เมื่อเลนส์อยู่ในสื่อที่มีดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์ n1 เท่ากับดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์ของสารในเลนส์ n2) เลนส์ทุกประเภทจะไม่หักเห: (n21 - 1) = 0 ดังนั้น D = 0.

• หากมีสื่อด้านต่างๆ ของเลนส์ต่างกัน ทางยาวโฟกัสด้านซ้ายและด้านขวาจะไม่เท่ากัน

• ในกรณีทั่วไป เป็นไปไม่ได้ที่จะตัดสินธรรมชาติของการหักเหของแสงคู่ขนานด้วยเลนส์โดยพิจารณาจากลักษณะภายนอกเท่านั้น (ประเภทเลนส์) อัตราส่วนของดัชนีการหักเหของแสงของสารในเลนส์และตัวกลางควรนำมาพิจารณา ดังนั้นจึงควรใช้สัญลักษณ์เลนส์

เส้นทางของรังสีคู่ขนาน

รังสีที่ตกกระทบบนเลนส์บรรจบกันขนานกับแกนออปติคัลทุติยภูมิ หลังจากการหักเหของแสง ผ่านโฟกัสรองด้านหลังของเลนส์

ลักษณะเฉพาะของจุด เส้น ระนาบของเลนส์บรรจบกันและแยกทางกัน

คะแนน อู๋ 1 และ อู๋ 2 - จุดศูนย์กลางของพื้นผิวทรงกลม

อู๋ 1อู๋ 2 - แกนแสงหลัก

อู๋– ศูนย์แสง,

F- เน้นหลักสำคัญ เอฟ"- โฟกัสด้านข้าง

ของ"- แกนแสงรอง

F คือระนาบโฟกัส

ข้อบกพร่องของเลนส์ (ความคลาดเคลื่อน)

ความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิต

ความคลาดทรงกลม

ความคลาดเคลื่อน

ข้อเสียของเลนส์

• เรขาคณิต (ความคลาดทรงกลม, โคม่า, สายตาเอียง, ความโค้งของสนามภาพ, การบิดเบือน),

• รงค์

• ความคลาดเคลื่อนของการเลี้ยวเบน

ความคลาดทรงกลม

ความคลาดเคลื่อนของทรงกลมคือการบิดเบือนของภาพในระบบออปติคัลเนื่องจากการที่เลนส์บรรจบกันจะโฟกัสรังสีของแสงที่ห่างไกลจากแกนออปติคอลหลักใกล้กับเลนส์มากกว่ารังสีที่อยู่ใกล้กับแกนออปติคัลหลัก (paraxial) และเลนส์เบี่ยงเบนในทางกลับกัน ภาพที่เกิดจากลำแสงกว้างที่หักเหโดยเลนส์จะเบลอ

ความคลาดเคลื่อนสี

ความผิดเพี้ยนของภาพอันเนื่องมาจากความจริงที่ว่ารังสีของแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันจะถูกเก็บรวบรวมหลังจากผ่านเลนส์ไปในระยะทางที่ต่างกันออกไป เรียกว่าความคลาดเคลื่อนสี ดังนั้น เมื่อใช้แสงที่ไม่ใช่สีเดียว ภาพจะเบลอและขอบของแสงเป็นสี

สาเหตุของความคลาดเคลื่อนสี

ความคลาดเคลื่อนสีเกิดขึ้นเนื่องจากการกระจายของแสงสีขาวในวัสดุเลนส์ รังสีสีแดงที่หักเหแสงน้อยกว่าจะโฟกัสห่างจากเลนส์มากขึ้น บลูส์และไวโอเล็ตที่ถูกหักเหอย่างแรงกว่าจะโฟกัสใกล้กว่า

ความคลาดเคลื่อน

• ความคลาดเคลื่อนเกิดจากคุณสมบัติของคลื่นของแสง

ภาพของจุดที่เปล่งแสงแบบเอกรงค์ซึ่งได้รับจากเลนส์ (เลนส์) ในอุดมคติ (ไม่ทำให้เกิดการบิดเบือนใดๆ) จะไม่ถูกมองด้วยตาเป็นจุด เนื่องจากเนื่องจากการเลี้ยวเบนของแสง แท้จริงแล้วคือจุดสว่างทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางจำกัด dล้อมรอบด้วยวงแหวนมืดและแสงสลับกันหลายวง (จุดเลี้ยวเบนที่เรียกว่า จุดโปร่งโล่ง ดิสก์โปร่ง)

ความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิตประเภทอื่นๆ

สายตาเอียงคือการบิดเบือนของภาพของระบบออปติคัลที่เกี่ยวข้องกับความไม่เท่าเทียมกันของสาร การหักเหของแสงในส่วนต่างๆ ของลำแสงที่ส่องผ่านนั้นไม่เหมือนกัน

ความโค้งของช่องภาพเนื่องจากภาพที่คมชัดของวัตถุเรียบตั้งอยู่บนพื้นผิวโค้ง

ความบิดเบี้ยวคือความโค้งของภาพในระบบออพติคอล อันเนื่องมาจากการขยายของวัตถุที่ไม่สม่ำเสมอด้วยเลนส์จากตรงกลางถึงขอบ ในกรณีนี้ความคมชัดของภาพจะไม่ถูกละเมิด

อาการโคม่าคือความคลาดเคลื่อนซึ่งภาพของจุดที่ระบบกำหนดไว้โดยรวมจะอยู่ในรูปแบบของจุดกระเจิงแบบอสมมาตร เนื่องจากแต่ละส่วนของระบบออปติคัลอยู่ห่างจากแกนของมันเป็นระยะทาง d (เขตวงแหวน) , ให้ภาพมีจุดเรืองแสงเป็นวงแหวนรัศมียิ่งมาก ง.

วิธีขจัดความไม่สมบูรณ์ของเลนส์

• ในอุปกรณ์ออพติคอลสมัยใหม่ ไม่ใช้เลนส์บาง แต่ระบบหลายเลนส์ที่ซับซ้อนของเลนส์บรรจบกันและเลนส์ไดเวอร์เจนต์ ซึ่งเป็นไปได้ที่จะขจัดความคลาดเคลื่อนต่างๆ ได้ประมาณ เช่นเดียวกับไดอะแฟรมของลำแสง

การถ่ายภาพในเลนส์บาง

การถ่ายภาพด้วยแสง

หลักสูตรของรังสีลักษณะ

กรณีเฉพาะของโครงสร้างเลนส์

ลักษณะเปรียบเทียบของภาพในเลนส์บรรจบกันและเลนส์ไดเวอร์เจนต์

ภาพออปติคอล

ภาพออปติคัล - ภาพที่ได้จากการกระทำของเลนส์หรือระบบออปติคัลบนรังสีที่แพร่กระจายจากวัตถุ และสร้างโครงร่างและรายละเอียดของวัตถุนี้ซ้ำ เนื่องจากวัตถุคือชุดของจุดที่เรืองแสงด้วยตัวมันเองหรือแสงสะท้อน ภาพที่สมบูรณ์ของวัตถุจึงประกอบขึ้นจากภาพของจุดเหล่านี้ทั้งหมด

มีภาพจริงและจินตภาพ ถ้าลำแสงรังสีเล็ดลอดออกมาจากจุด A ของวัตถุอันเป็นผลมาจากการสะท้อนหรือการหักเหของแสงมาบรรจบกัน ณ จุดใดจุดหนึ่ง A1 แล้ว A1 จะเรียกว่าภาพจริงของจุด A ถ้าจุด A1 ไม่ใช่รังสีนั้นเอง ที่ตัดกัน แต่ความต่อเนื่องของพวกมันลากไปด้านข้าง ตรงข้ามกับทิศทางของการแพร่กระจายของแสง จากนั้น A1 จะถูกเรียกว่าจินตภาพของจุด A

การถ่ายภาพในเลนส์

• เลนส์บรรจบกันจะแปลงหน้าคลื่นทรงกลมที่เบี่ยงเบนจากแหล่งกำเนิดจุดเป็นแนวคลื่นที่มาบรรจบกันที่จุดด้านหลังเลนส์หาก ง > ฉ;

• ที่ d - หน้าคลื่นทรงกลมที่แยกจากแหล่งกำเนิดจุดไปยังหน้าคลื่นทรงกลมที่แยกจากกัน ราวกับว่าแพร่กระจายจากแหล่งกำเนิดจุดจินตภาพ

• ที่ d=F- คลื่นทรงกลมแบบแยกตัวที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดจุดเข้าสู่คลื่นหักเหของระนาบ

• เลนส์ Diverging จะแปลงลำแสงที่ตกลงมาบนเลนส์ให้กลายเป็นลำแสงที่แตกต่างกันอันเป็นผลมาจากการหักเหของแสง

ภาพประกอบของการเปลี่ยนเลนส์หน้าคลื่น

ในการกำหนดตำแหน่งของภาพ A1 ของจุดส่องสว่าง A ก็เพียงพอแล้วที่จะใช้รังสีสองเส้นซึ่งเป็นเส้นทางที่ง่ายที่สุดในการสร้าง มีคานหลายอัน

เลนส์บรรจบกัน

ลักษณะรังสี

คานหลักสำหรับเลนส์บรรจบกัน

การกำหนดลักษณะของภาพในเลนส์

1. ทำงานกับแบบจำลองเชิงโต้ตอบของหลักสูตร "ฟิสิกส์ 7-11 เซลล์ ห้องสมุดโสตทัศนูปกรณ์ 1C: โรงเรียน

ความเห็นเกี่ยวกับการทำงานกับแบบจำลองเชิงโต้ตอบ

"การสร้างภาพของจุดในเลนส์บรรจบกัน"

การตรวจสอบความสมบูรณ์ของงานวิจัย

"การสร้างภาพของจุดในเลนส์เบี่ยงเบน"

2. ทำงานกับแบบจำลองเชิงโต้ตอบของหลักสูตร "ฟิสิกส์ 7-11 เซลล์ ห้องสมุดโสตทัศนูปกรณ์ 1C: โรงเรียน

การตรวจสอบความสมบูรณ์ของงานวิจัย

"การสร้างภาพของลูกศรในเลนส์บรรจบกัน"

การตรวจสอบความสมบูรณ์ของงานวิจัย

"การสร้างภาพลูกธนูในเลนส์แยก"

3. ทำงานกับแบบจำลองเชิงโต้ตอบของหลักสูตร "ฟิสิกส์ 7-11 เซลล์ ห้องสมุดโสตทัศนูปกรณ์ 1C: โรงเรียน

การสร้างภาพสี่เหลี่ยมจตุรัสในเลนส์บรรจบกัน

การตรวจสอบความสมบูรณ์ของงานวิจัย

"การสร้างภาพของสี่เหลี่ยมจัตุรัสในเลนส์บรรจบกัน"

การตรวจสอบความสมบูรณ์ของงานวิจัย

"การสร้างภาพสี่เหลี่ยมจตุรัสในเลนส์ที่แตกต่างกัน"

บันทึก

• หากวัตถุที่ขยายออกนั้นตั้งฉากกับแกนลำแสงหลักของเลนส์บางเมื่อสัมผัสวัตถุนั้น รูปภาพของวัตถุนั้นจะตั้งฉากกับวัตถุนั้น เนื่องจากทุกจุดของวัตถุนั้นอยู่ห่างจากระนาบของเลนส์เท่ากัน ก็เพียงพอที่จะค้นหาโดยการสร้างตำแหน่งของภาพของจุดสูงสุดของวัตถุแล้วลดแนวตั้งฉากกับแกนแสงหลัก

• เลนส์แสดงเส้นตรงเป็นเส้นตรงเสมอ ภาพของวัตถุเชิงพื้นที่บิดเบี้ยว: ​​มุมในช่องว่างของวัตถุและภาพต่างกัน

ภารกิจ: ติดตามว่าลักษณะของภาพเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อวัตถุเข้าใกล้จากระยะอนันต์ถึงระนาบของเลนส์บรรจบกันตามแกนออปติคอลหลัก วิเคราะห์ว่าวัตถุนั้นได้มาจากระยะใดจากเลนส์มาบรรจบกันที่บาง ก) ของจริง; b) เพิ่มขึ้น; ค) กลับด้าน เติมตาราง.

ภารกิจ: ติดตามว่าลักษณะของภาพเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อวัตถุเข้าใกล้จากระยะอนันต์ถึงระนาบของเลนส์บรรจบกันตามแกนออปติคอลหลักและกรอกข้อมูลลงในตาราง ระบุความเหมือนและความแตกต่างระหว่างภาพของวัตถุในเลนส์ที่มาบรรจบกันและแยกจากกัน

ติดยาเสพติด ฉ(ง)

การขึ้นอยู่ระยะห่างของภาพกับระยะห่างระหว่างวัตถุกับเลนส์บรรจบกัน

การพึ่งพา G (ง)สำหรับการบรรจบกันและเลนส์ที่แตกต่างกัน

การพึ่งพากำลังขยายตามขวางกับระยะห่างระหว่างวัตถุกับเลนส์บรรจบกัน

กรณีเฉพาะของโครงสร้างเลนส์บาง

การสร้างภาพของวัตถุเชิงเส้นตรงที่เอียงไปทางแกนลำแสงหลัก

การสร้างภาพของวัตถุจุดที่อยู่บนแกนออปติคอลหลักของเลนส์บรรจบกัน

การก่อสร้างทางของคานหักเห

ในเลนส์บรรจบกัน

การก่อสร้างเส้นทางลำแสงตกกระทบ

ในเลนส์บรรจบกัน

คำจำกัดความกราฟิกของเลนส์โฟกัส

จำได้ดี

• หากขนาดของวัตถุใหญ่กว่าขนาดของเลนส์ การก่อสร้างสามารถทำได้ตามปกติโดยการขยายระนาบของเลนส์ ภาพจุดของวัตถุถูกกำหนดโดยลำแสงที่โผล่ออกมาจากจุดนี้และถูกจำกัดด้วยขนาดของเลนส์

• หากวัตถุถูกปิดกั้นบางส่วนจากเลนส์ด้วยหน้าจอทึบแสงในตอนแรกการก่อสร้างสามารถทำได้ตามปกติโดยไม่คำนึงถึงสิ่งกีดขวางหลังจากนั้นจำเป็นต้องเลือกลำแสงที่ตกลงมาบนเลนส์ และสร้างภาพลักษณ์ ข้อควรจำ: ในบางตำแหน่งของสิ่งกีดขวาง ภาพจะไม่ได้รับเลยหรือเพียงส่วนหนึ่งของวัตถุที่ถูกถ่าย

• "จำนวน" ของรังสีที่ผ่านเลนส์เป็นตัวกำหนดความสว่างของภาพ: ภาพมีความเข้มข้นไม่มากก็น้อย แต่รูปร่างและตำแหน่งของภาพจะไม่เปลี่ยนแปลง

บันทึก

1. คุณสามารถแยกความแตกต่างของเลนส์บรรจบกับเลนส์ที่แยกออกได้ดังนี้:

ก) เลนส์บรรจบกันให้ภาพจริงบนหน้าจอ จากเลนส์แยกบนหน้าจอ คุณจะได้เงากลมล้อมรอบด้วยวงแหวนแสง

ข) ผ่านเลนส์ที่บรรจบกันด้วยตาเปล่า คุณสามารถเห็นภาพขยายของวัตถุโดยตรงในจินตนาการ เช่น ตัวอักษรในหนังสือ และภาพลดขนาดผ่านเลนส์แยก

2. วิธีที่ง่ายที่สุดในการกำหนดความยาวโฟกัสของเลนส์บรรจบกันคือการได้ภาพของวัตถุที่อยู่ห่างไกลบนหน้าจอ:

ก) ที่ d = ∞ f = F.

ข) หากบนหน้าจอเลนส์บรรจบกันให้ภาพมีขนาดเท่ากับวัตถุดังนั้น d=f=2F, ที่ไหน

งานสำหรับการควบคุมตนเอง

เสร็จสิ้นภารกิจ "ปัญหาเชิงโต้ตอบสำหรับการสร้างเลนส์"

งานถ่ายภาพเลนส์แบบโต้ตอบ

งานสำหรับโซลูชันอิสระ

ภารกิจ #1

งาน #2

งาน #3

งาน #4

งาน #5

งาน #6

งาน№7.1

งาน №7.2

งาน№7.3

งาน #8

เมื่อแก้ปัญหาในการสร้างรังสีคู่ขนาน ควรจำ:

• วัตถุจุดและภาพอยู่บนแกนลำแสงเดียวกัน ทำให้สามารถค้นหาได้โดยการสร้างตำแหน่งของศูนย์กลางออปติคัลของเลนส์

• แกนแสงหลักตั้งฉากกับระนาบของเลนส์

• วัตถุและภาพจินตภาพของมันตั้งอยู่ด้านหนึ่งของระนาบเลนส์ วัตถุและภาพจริงของวัตถุอยู่คนละด้าน

• วัตถุและภาพที่ตรงจะอยู่ที่ด้านเดียวกันของแกนลำแสงหลักของเลนส์เสมอ วัตถุและภาพที่กลับด้านจะอยู่ตรงข้ามกัน ภาพที่ตรงไปตรงมามักจะเป็นจินตภาพ

• ภาพจริงถูกสร้างขึ้นโดยเลนส์บรรจบเท่านั้น ในขณะที่ภาพในจินตนาการนั้นเกิดจากทั้งเลนส์บรรจบกันและเลนส์ไดเวอร์จิง ในเลนส์ที่บรรจบกัน ภาพเสมือนจะขยายใหญ่ขึ้นเสมอ ในเลนส์ที่แยกทางกัน ภาพจะลดขนาดลงเสมอ

ภารกิจที่ 1 สร้างภาพของวัตถุที่อยู่บนแกนออปติคัลหลักของเลนส์บรรจบกัน

ภารกิจที่ 2 สร้างภาพของวัตถุที่อยู่ระหว่างโฟกัสและศูนย์กลางออปติคัลของเลนส์บรรจบกัน

ภารกิจที่ 3 สร้างภาพของวัตถุที่อยู่เหนือแกนแสงหลักของเลนส์บรรจบกันเหนือโฟกัส

ภารกิจที่ 4 สร้างภาพของวัตถุเอียงในเลนส์แยก

ปัญหาที่ 5 รู้เส้นทางของลำแสง 1 ในเลนส์บรรจบกัน ค้นหาเส้นทางของรังสี 2 โดยการก่อสร้าง

ภารกิจที่ 6 เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าลำแสง 1 ในเลนส์เบี่ยงเบน ค้นหาเส้นทางของรังสี 2 โดยการก่อสร้าง

งานหมายเลข 7.1 รูปแสดงแหล่งกำเนิดแสง สและภาพลักษณ์ของเขา ส อู๋ 1อู๋

งานหมายเลข 7.2 รูปแสดงแหล่งกำเนิดแสง สและภาพลักษณ์ของเขา ส' เช่นเดียวกับแกนแสงหลัก อู๋ 1อู๋ 2. ค้นหาโดยสร้างศูนย์กลางออปติคัลของเลนส์และตำแหน่งของจุดโฟกัสหลัก

งานหมายเลข 7.3 รูปแสดงแหล่งกำเนิดแสง สและภาพลักษณ์ของเขา ส' เช่นเดียวกับแกนแสงหลัก อู๋ 1อู๋ 2. ค้นหาโดยสร้างศูนย์กลางออปติคัลของเลนส์และตำแหน่งของจุดโฟกัสหลัก

งานหมายเลข 8 AB เป็นวัตถุ A'B' คือภาพในเลนส์ ค้นหาโดยการสร้างศูนย์กลางออปติคัลของเลนส์ ตำแหน่งของแกนออปติคอลหลัก และจุดโฟกัสหลัก

งานสำหรับการควบคุมการทดสอบ

แบบฝึกหัด 1

งาน2

งาน3

งาน 4

งาน 5

งาน 6

งาน7

แบบฝึกหัด 1

• กระจก ( น= 1.51) เลนส์นูนเว้าซึ่งความหนาตรงกลางมากกว่าที่ขอบ วางเรียงตามลำดับในสื่อต่างๆ: ในอากาศ ( น= 1.0) ลงไปในน้ำ ( น= 1.33) เป็นเอทิลแอลกอฮอล์ ( น= 1.36) เป็นคาร์บอนไดซัลไฟด์ ( น= 1.63). เลนส์ตัวใดจะแยกจากกันในสื่อเหล่านี้?

1. ไม่มี

2. ในเอทิลแอลกอฮอล์

3. เฉพาะในน้ำ

4. เฉพาะในคาร์บอนไดซัลไฟด์

5. ข้อมูลไม่เพียงพอที่จะตอบ

งาน2

ลำแสงตกกระทบบนเลนส์บรรจบขนานกับแกนออปติคอล หลังจากผ่านเลนส์แล้วลำแสงจะเคลื่อนที่ไปตามเส้น:

งาน3

เลนส์บรรจบกัน หลี่สร้างภาพของวัตถุ ส

งาน 4

เลนส์แตกต่าง หลี่สร้างภาพของวัตถุ ส. เลือกตำแหน่งและขนาดที่ถูกต้องสำหรับรูปภาพ

งาน 5

การใช้เลนส์ทำให้ได้ภาพกลับหัวของเปลวเทียนบนหน้าจอ ขนาดของภาพจะเปลี่ยนไปอย่างไรหากแผ่นกระดาษบังเลนส์บางส่วนไว้?

งาน 6

รูปภาพแสดงตำแหน่งของเลนส์บรรจบกันและวัตถุสามชิ้นที่อยู่ด้านหน้าเลนส์ ภาพของวัตถุใดจะเป็นของจริง ขยายใหญ่ และกลับด้าน

งาน7

วัตถุถูกเข้าหาจากระยะอนันต์ไปยังจุดโฟกัสด้านหน้า Fเลนส์บรรจบกัน 1 ตัว ขนาดของภาพเปลี่ยนไปอย่างไร? ชมและระยะห่างจากเลนส์ถึงภาพ ฉ? ทางยาวโฟกัสของเลนส์คือ F.

การบ้านแบบโต้ตอบ

การบ้าน

ทำงานกับซีดี "ฟิสิกส์ 10-11 เซลล์ การเตรียมสอบ Unified State: ส่วน "Geometric Optics" งาน 38 "การสร้างภาพของลูกศรตั้งฉากกับแกนแสงในเลนส์บรรจบกันและคุณลักษณะของภาพ" ภารกิจ 39 "การสร้างภาพของลูกศรตั้งฉากกับ แกนออปติคอลในเลนส์เบี่ยงเบนและลักษณะภาพ" งาน 48 (วาดภาพสำหรับงานถ่ายโอนภาพวาดไปยังสมุดบันทึก)

ผลลัพธ์

• .

• .

แหล่งข้อมูลที่ใช้แล้ว

• ฟิสิกส์ 7-11 เซลล์ ห้องสมุดโสตทัศนูปกรณ์ 1C: โรงเรียน

• ฟิสิกส์ 10-11 เซลล์ การเตรียมตัวสอบ. 1C: โรงเรียน

• เปิดฟิสิกส์ 2.6. Physicon

• ตำราฟิสิกส์สำหรับเกรด 11 แก้ไขโดย A. A. Pinsky, O. F. Kabardin และ V. A. Kasyanov และคนอื่น ๆ

ทำงานกับโมเดล "ทางยาวโฟกัสของเลนส์"(เลนส์บรรจบกัน)

1. การพึ่งพาทางยาวโฟกัสและกำลังแสงของเลนส์ในรัศมีความโค้งของพื้นผิวและอัตราส่วนของความหนาแน่นเชิงแสงของสารเลนส์และสารตัวกลางแสดงไว้

การทำงานกับเลนส์รุ่นทางยาวโฟกัส (Diverging Lens)

1. การพึ่งพาทางยาวโฟกัสและกำลังแสงของเลนส์ในรัศมีความโค้งของพื้นผิวและอัตราส่วนของความหนาแน่นเชิงแสงของสารในเลนส์และสารของตัวกลางแสดงไว้

ลักษณะและตำแหน่งของภาพของวัตถุที่ขยายขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวัตถุนี้ที่สัมพันธ์กับเลนส์บรรจบกัน

ลักษณะและตำแหน่งของภาพของวัตถุที่ขยายขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวัตถุนี้ที่สัมพันธ์กับเลนส์บรรจบกัน

• เลนส์บรรจบกันสร้างทั้งภาพจริงและภาพเสมือน ทั้งแนวตั้งและกลับด้าน ทั้งย่อและขยาย

• เมื่อวัตถุเข้าใกล้เลนส์ ขนาดของภาพจะเพิ่มขึ้น ภาพจะเคลื่อนออกจากเลนส์ไปยังระยะอนันต์ที่ d=F. ที่ ง เมื่อคุณเข้าใกล้ศูนย์ออปติคัล คุณจะได้ภาพเสมือนที่เปลี่ยนขนาด

• การฟักไข่แสดงพื้นที่ที่มีอยู่ของภาพ: ด้านขวา - ของจริง ด้านซ้าย - จินตภาพ

ลักษณะและตำแหน่งของภาพของวัตถุที่ขยายขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวัตถุนี้ที่สัมพันธ์กับเลนส์ที่แยกออก

ลักษณะและตำแหน่งของภาพของวัตถุที่ขยายขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวัตถุนี้ที่สัมพันธ์กับเลนส์ที่แยกออก

• เลนส์ Diverging สร้างเฉพาะภาพที่ลดขนาดโดยตรงเสมือนเท่านั้น

• เมื่อวัตถุเข้าใกล้เลนส์เบี่ยง ขนาดของภาพจะเพิ่มขึ้น ภาพจะเข้าใกล้ศูนย์กลางออปติคัลของเลนส์ ที่ d=Fมีภาพอยู่ในเลนส์เบี่ยงเบน

• การฟักไข่แสดงขอบเขตของการมีอยู่ของภาพเสมือนในเลนส์ที่แยกจากกัน

การสร้างภาพจุดในเลนส์บรรจบกัน

การสร้างภาพจุดในเลนส์ที่หักเห

การสร้างภาพลูกธนูในเลนส์บรรจบกัน

• รูปภาพของวัตถุที่ขยายประกอบด้วยรูปภาพของจุดแต่ละจุดของวัตถุนี้

การสร้างภาพลูกธนูในเลนส์ที่แยกออก

หัวข้อของตัวแปลงรหัส USE: การสร้างภาพในเลนส์, สูตร เลนส์บาง.

กฎสำหรับเส้นทางของรังสีในเลนส์บางซึ่งกำหนดขึ้นใน นำเราไปสู่ข้อความที่สำคัญที่สุด

ทฤษฎีบทภาพ หากมีจุดเรืองแสงอยู่ด้านหน้าเลนส์ หลังจากการหักเหของแสงในเลนส์ รังสีทั้งหมด (หรือความต่อเนื่องของแสง) จะตัดกันที่จุดหนึ่ง

จุดที่เรียกว่าภาพจุด

ถ้ารังสีหักเหเองตัดกันที่จุดใดจุดหนึ่ง เรียกว่าภาพ ถูกต้อง. สามารถรับได้บนหน้าจอเนื่องจากพลังงานของรังสีแสงกระจุกตัวอยู่ที่จุดใดจุดหนึ่ง

อย่างไรก็ตาม หากรังสีหักเหไม่ได้ตัดกันที่จุดใดจุดหนึ่ง แต่เป็นการต่อเนื่องกัน (สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อรังสีหักเหแตกต่างกันหลังจากเลนส์) ภาพนั้นจะเรียกว่าจินตภาพ ไม่สามารถรับบนหน้าจอได้เพราะไม่มีพลังงานกระจุกตัวอยู่ในจุด เราจำได้ว่าภาพจินตภาพเกิดขึ้นเนื่องจากลักษณะเฉพาะของสมองของเรา - เพื่อให้รังสีที่แยกจากกันจนครบจนถึงจุดตัดในจินตภาพและเห็นจุดสว่างในสี่แยกนี้ ภาพในจินตภาพมีอยู่ในจิตใจของเราเท่านั้น

ทฤษฎีบทภาพทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการถ่ายภาพในเลนส์บาง เราจะพิสูจน์ทฤษฎีบทนี้สำหรับทั้งเลนส์บรรจบกันและเลนส์ไดเวอร์ริ่ง

เลนส์บรรจบ: ภาพจริงของจุด

มาดูเลนส์บรรจบกันก่อน ให้ เป็นระยะทางจากจุดไปยังเลนส์, เป็นทางยาวโฟกัสของเลนส์. มีสองกรณีที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน: และ (และกรณีกลางด้วย) เราจะจัดการกับกรณีเหล่านี้ทีละคน ในแต่ละคนเรา
ให้เราพูดถึงคุณสมบัติของภาพของแหล่งกำเนิดจุดและวัตถุขยาย

กรณีแรก: . แหล่งกำเนิดแสงแบบจุดจะอยู่ห่างจากเลนส์มากกว่าระนาบโฟกัสด้านซ้าย (รูปที่ 1)

ลำแสงที่ลอดผ่านจุดศูนย์กลางแสงจะไม่หักเห เราจะพา โดยพลการ ray เราสร้างจุดที่รังสีหักเหตัดกับรังสี จากนั้นเราแสดงว่าตำแหน่งของจุดนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับการเลือกรังสี (กล่าวอีกนัยหนึ่ง จุดจะเหมือนกันสำหรับรังสีที่เป็นไปได้ทั้งหมด ) . ดังนั้น ปรากฎว่ารังสีทั้งหมดที่เล็ดลอดออกมาจากจุดตัดกันที่จุดหลังจากการหักเหของแสงในเลนส์ และทฤษฎีบทภาพจะได้รับการพิสูจน์สำหรับกรณีที่อยู่ระหว่างการพิจารณา

เราจะหาจุดโดยการสร้างเส้นทางต่อไปของลำแสง เราสามารถทำได้: เราวาดแกนลำแสงด้านข้างขนานกับลำแสงจนกระทั่งตัดกับระนาบโฟกัสที่โฟกัสด้านข้าง หลังจากนั้นเราวาดลำแสงหักเหจนกระทั่งมันตัดกับลำแสงที่จุดนั้น

ตอนนี้เราจะมองหาระยะทางจากจุดไปยังเลนส์ เราจะแสดงให้เห็นว่าระยะทางนี้แสดงเฉพาะในแง่ของ และ กล่าวคือ ถูกกำหนดโดยตำแหน่งของแหล่งกำเนิดและคุณสมบัติของเลนส์เท่านั้น ดังนั้นจึงไม่ขึ้นอยู่กับลำแสงเฉพาะ

ให้เราวางฉากตั้งฉากลงบนแกนแสงหลัก ลองวาดมันขนานกับแกนแสงหลัก นั่นคือ ตั้งฉากกับเลนส์ เราได้สามเหลี่ยมที่คล้ายกันสามคู่:

, (1)
, (2)
. (3)

เป็นผลให้เรามีห่วงโซ่ของความเท่าเทียมกันดังต่อไปนี้ (จำนวนของสูตรที่อยู่เหนือเครื่องหมายเท่ากับบ่งชี้ว่าคู่ของรูปสามเหลี่ยมที่คล้ายกันได้ความเท่าเทียมกันนี้)

(4)

แต่ ดังนั้น ความสัมพันธ์ (4) จึงถูกเขียนใหม่เป็น:

. (5)

จากที่นี่ เราจะพบระยะทางที่ต้องการจากจุดไปยังเลนส์:

. (6)

อย่างที่เราเห็น มันไม่ได้ขึ้นอยู่กับทางเลือกของรังสีจริงๆ ดังนั้นรังสีใด ๆ หลังจากการหักเหของแสงในเลนส์จะผ่านจุดที่เราสร้างขึ้นและจุดนี้จะเป็นภาพจริงของแหล่งกำเนิด

ในกรณีนี้ทฤษฎีบทภาพได้รับการพิสูจน์แล้ว

ความสำคัญในทางปฏิบัติของทฤษฎีบทภาพคือสิ่งนี้ เนื่องจากรังสีของแหล่งกำเนิดทั้งหมดตัดกันตามหลังเลนส์ ณ จุดหนึ่ง - ภาพของมัน - จากนั้นสร้างภาพก็เพียงพอที่จะนำรังสีที่สะดวกที่สุดทั้งสองมา อะไรกันแน่?

หากแหล่งกำเนิดไม่อยู่บนแกนออปติคัลหลัก ลำแสงต่อไปนี้จะเหมาะสมสำหรับคานที่สะดวก:

ลำแสงที่ลอดผ่านศูนย์กลางออปติคัลของเลนส์ - ไม่มีการหักเหของแสง
- รังสีขนานกับแกนออปติคอลหลัก - หลังจากการหักเหของแสง มันจะผ่านโฟกัส

การสร้างภาพโดยใช้รังสีเหล่านี้แสดงในรูปที่ 2.

หากจุดนั้นอยู่บนแกนออปติคัลหลัก เรย์ที่สะดวกจะเหลือเพียงอันเดียว - วิ่งไปตามแกนออปติคัลหลัก ในฐานะที่เป็นคานที่สอง เราต้องเลือกอันที่ "อึดอัด" (รูปที่ 3)

ลองดูนิพจน์ ( 5 ) อีกครั้ง สามารถเขียนในรูปแบบที่แตกต่างกันเล็กน้อย น่าสนใจ และน่าจดจำยิ่งขึ้น ก่อนอื่นให้ย้ายหน่วยไปทางซ้าย:

ตอนนี้เราหารทั้งสองข้างของความเท่าเทียมกันนี้ด้วย เอ:

(7)

ความสัมพันธ์ (7) เรียกว่า สูตรเลนส์บาง(หรือแค่สูตรเลนส์). จนถึงตอนนี้ ได้สูตรเลนส์สำหรับกรณีของเลนส์บรรจบกันและสำหรับ . ต่อไปนี้ เราได้รับการปรับเปลี่ยนสูตรนี้สำหรับกรณีอื่นๆ

ตอนนี้กลับไปที่ความสัมพันธ์ (6) ความสำคัญของมันไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่การพิสูจน์ทฤษฎีบทภาพเท่านั้น เรายังเห็นว่ามันไม่ได้ขึ้นอยู่กับระยะทาง (รูปที่ 1, 2) ระหว่างแหล่งกำเนิดและแกนแสงหลัก!

ซึ่งหมายความว่าไม่ว่าจุดใดของส่วนที่เราถ่าย ภาพนั้นจะอยู่ห่างจากเลนส์เท่ากัน มันจะอยู่บนส่วน - กล่าวคือที่จุดตัดของส่วนที่มีรังสีที่จะผ่านเลนส์โดยไม่มีการหักเหของแสง โดยเฉพาะภาพของจุดจะเป็นจุด

ดังนั้นเราจึงได้สร้างข้อเท็จจริงที่สำคัญขึ้นมา: ส่วนที่เป็นแอ่งน้ำที่มีภาพของส่วนนั้น จากนี้ไปส่วนเดิมภาพที่เราสนใจเราเรียกว่า เรื่องและมีเครื่องหมายลูกศรสีแดงในรูป เราต้องการทิศทางของลูกศรเพื่อที่จะติดตามว่าภาพจะเป็นแนวตรงหรือกลับด้าน

เลนส์บรรจบกัน: ภาพจริงของวัตถุ

มาดูการพิจารณาภาพของวัตถุกัน จำได้ว่าในขณะที่เราอยู่ในกรอบของคดี สามสถานการณ์ทั่วไปสามารถแยกแยะได้ที่นี่

หนึ่ง. . ภาพของวัตถุเป็นของจริง กลับด้าน ขยาย (รูปที่ 4 ระบุการโฟกัสสองครั้ง) จากสูตรเลนส์ ในกรณีนี้ จะเป็น (เพราะอะไร?)

สถานการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นได้ ตัวอย่างเช่น ในเครื่องฉายภาพเหนือศีรษะและกล้องฟิล์ม - อุปกรณ์ออปติคัลเหล่านี้ให้ภาพที่ขยายใหญ่ขึ้นของสิ่งที่อยู่บนหน้าจอฟิล์ม หากคุณเคยแสดงสไลด์ คุณจะรู้ว่าต้องใส่สไลด์ลงในโปรเจ็กเตอร์กลับหัว เพื่อให้ภาพบนหน้าจอดูถูกต้องและไม่กลับหัวกลับหาง

อัตราส่วนของขนาดของภาพต่อขนาดของวัตถุเรียกว่ากำลังขยายเชิงเส้นของเลนส์และแสดงโดย Г - (นี่คือ "แกมมา" ในภาษากรีกตัวพิมพ์ใหญ่):

จากความคล้ายคลึงของรูปสามเหลี่ยมเราได้รับ:

. (8)

สูตร (8) ถูกใช้ในหลายปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการขยายเชิงเส้นของเลนส์

2. . . ในกรณีนี้ จากสูตร (6) เราพบว่า และ . กำลังขยายเชิงเส้นของเลนส์ตาม (8) เท่ากับหนึ่ง นั่นคือ ขนาดของภาพเท่ากับขนาดของวัตถุ (รูปที่ 5)

ข้าว. 5.a=2f: ขนาดภาพเท่ากับขนาดของวัตถุ

3. . ซึ่งในกรณีนี้ก็มาจากสูตรเลนส์ที่ว่า (ทำไม?) กำลังขยายเชิงเส้นของเลนส์จะน้อยกว่าหนึ่ง - ภาพเป็นภาพจริง กลับด้าน ลดขนาด (รูปที่ 6)

สถานการณ์นี้เป็นเรื่องปกติสำหรับอุปกรณ์ออปติคัลหลายอย่าง: กล้อง, กล้องส่องทางไกล, กล้องโทรทรรศน์ - กล่าวคือได้รับภาพของวัตถุที่อยู่ห่างไกล เมื่อวัตถุเคลื่อนออกจากเลนส์ ภาพของวัตถุจะลดขนาดลงและเข้าใกล้ระนาบโฟกัส

เราได้พิจารณาคดีแรกเรียบร้อยแล้ว มาต่อกันที่กรณีที่สอง มันจะไม่ใหญ่อีกต่อไป

เลนส์บรรจบกัน: ภาพเสมือนของจุด

กรณีที่สอง: . แหล่งกำเนิดแสงแบบจุดจะอยู่ระหว่างเลนส์กับระนาบโฟกัส (รูปที่ 7)

นอกจากรังสีจะเคลื่อนที่โดยไม่มีการหักเห เราจะพิจารณารังสีตามอำเภอใจอีกครั้ง อย่างไรก็ตาม ขณะนี้มีลำแสงที่แตกต่างกันสองอันและได้รับที่ทางออกจากเลนส์ ตาของเราจะไล่ตามรังสีเหล่านี้จนกว่าจะตัดกันที่จุดหนึ่ง

ทฤษฎีบทภาพระบุว่าจุดจะเท่ากันสำหรับรังสีทั้งหมดที่เล็ดลอดออกมาจากจุดนั้น เราพิสูจน์สิ่งนี้อีกครั้งด้วยสามเหลี่ยมที่คล้ายกันสามคู่:

แสดงให้เห็นอีกครั้งผ่านระยะห่างจากเลนส์ เรามีห่วงโซ่ของความเท่าเทียมกันที่สอดคล้องกัน (คุณสามารถเข้าใจได้ง่ายอยู่แล้ว):

. (9)

. (10)

ค่าไม่ได้ขึ้นอยู่กับรังสีซึ่งพิสูจน์ทฤษฎีบทภาพสำหรับกรณีของเรา จึงเป็นภาพเสมือนของแหล่งที่มา หากจุดนั้นไม่ได้อยู่บนแกนออปติคัลหลัก ในการสร้างภาพ จะเป็นการสะดวกที่สุดที่จะถ่ายลำแสงที่ลอดผ่านศูนย์กลางออปติคัลและลำแสงที่ขนานกับแกนออปติคัลหลัก (รูปที่ 8)

ถ้าจุดนั้นอยู่บนแกนออปติคัลหลัก แสดงว่าไม่มีที่ไป - คุณต้องพอใจกับลำแสงที่ตกลงมาบนเลนส์เฉียง (รูปที่ 9)

ความสัมพันธ์ (9) นำเราไปสู่รูปแบบต่างๆ ของสูตรเลนส์สำหรับกรณีที่พิจารณา อันดับแรก เราเขียนความสัมพันธ์นี้ใหม่เป็น:

แล้วหารทั้งสองข้างของความเสมอภาคที่ได้นั้นหารด้วย เอ:

. (11)

การเปรียบเทียบ (7) และ (11) เราเห็นความแตกต่างเล็กน้อย: คำนำหน้าด้วยเครื่องหมายบวกหากภาพเป็นของจริง และเครื่องหมายลบหากภาพนั้นเป็นจินตภาพ

ค่าที่คำนวณโดยสูตร (10) ไม่ได้ขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างจุดและแกนลำแสงหลักด้วย ดังที่กล่าวมาแล้ว (จำเหตุผลด้วยจุด) นี่หมายความว่าภาพของส่วนต่างๆ ในรูปที่ 9 จะเป็นเซ็กเมนต์

เลนส์บรรจบกัน: ภาพเสมือนจริงของวัตถุ

ด้วยเหตุนี้ เราจึงสามารถสร้างภาพของวัตถุที่อยู่ระหว่างเลนส์กับระนาบโฟกัสได้อย่างง่ายดาย (รูปที่ 10) ปรากฎว่าเป็นจินตภาพ ตรงไปตรงมา และขยายใหญ่ขึ้น

คุณเห็นภาพดังกล่าวเมื่อคุณมองไปที่วัตถุขนาดเล็กใน แว่นขยาย- แว่นขยาย เคสถูกถอดประกอบอย่างสมบูรณ์ อย่างที่คุณเห็น มันแตกต่างในเชิงคุณภาพจากกรณีแรกของเรา ไม่น่าแปลกใจเลยที่ระหว่างพวกเขาทั้งสองกรณี "หายนะ" ระดับกลางอยู่

เลนส์บรรจบกัน: วัตถุในระนาบโฟกัส

กรณีกลาง: แหล่งกำเนิดแสงอยู่ในระนาบโฟกัสของเลนส์ (รูปที่ 11)

ดังที่เราจำได้จากส่วนก่อนหน้า รังสีของลำแสงคู่ขนานหลังจากการหักเหของเลนส์บรรจบกันจะตัดกันในระนาบโฟกัส กล่าวคือ ที่โฟกัสหลักหากลำแสงตกกระทบในแนวตั้งฉากกับเลนส์และที่โฟกัสด้านข้าง ถ้าลำแสงตกกระทบอย่างเฉียง ด้วยการใช้การย้อนกลับของเส้นทางของรังสี เราสรุปได้ว่ารังสีทั้งหมดของแหล่งกำเนิดที่อยู่ในระนาบโฟกัสหลังจากออกจากเลนส์จะขนานกัน

ข้าว. 11. a=f: ไม่มีภาพ

ภาพของจุดอยู่ที่ไหน? ไม่มีภาพ อย่างไรก็ตาม ไม่มีใครห้ามเราให้ถือว่ารังสีคู่ขนานตัดกันที่จุดที่ห่างไกลอย่างไม่มีที่สิ้นสุด ในกรณีนี้ ทฤษฎีบทภาพยังคงใช้ได้ คือภาพที่ไม่มีที่สิ้นสุด

ดังนั้น หากวัตถุอยู่ในระนาบโฟกัสทั้งหมด ภาพของวัตถุนี้ก็จะตั้งอยู่ ที่อินฟินิตี้(หรืออะไรจะเหมือนกันก็จะหายไป)

ดังนั้นเราจึงพิจารณาการสร้างภาพในเลนส์บรรจบกันอย่างสมบูรณ์

เลนส์บรรจบกัน: ภาพเสมือนของจุด

โชคดีที่ไม่มีสถานการณ์ที่หลากหลายเช่นเลนส์บรรจบกัน ลักษณะของภาพไม่ได้ขึ้นอยู่กับระยะที่วัตถุอยู่ห่างจากเลนส์เบี่ยงเบน ดังนั้นจะมีเพียงกรณีเดียวเท่านั้น

อีกครั้งเราใช้รังสีและรังสีตามอำเภอใจ (รูปที่ 12) ที่ทางออกจากเลนส์ เรามีลำแสงที่แตกต่างกันสองลำ และ ซึ่งตาของเราสร้างขึ้นจนถึงสี่แยกที่จุดนั้น

เราต้องพิสูจน์ทฤษฎีภาพอีกครั้ง - ว่าจุดจะเท่ากันสำหรับรังสีทั้งหมด เราดำเนินการโดยใช้สามเหลี่ยมที่คล้ายกันสามคู่ที่เหมือนกัน:

(12)

. (13)

ค่าของ b ไม่ได้ขึ้นอยู่กับช่วงรังสี
ดังนั้นการยืดของรังสีหักเหทั้งหมดจึงขยายออกไป
ตัดกันที่จุด - ภาพจินตภาพของจุด ทฤษฎีบทภาพจึงได้รับการพิสูจน์อย่างสมบูรณ์

จำได้ว่าสำหรับเลนส์บรรจบ เราได้รับสูตรที่คล้ายกัน (6) และ (10) . ในกรณีของตัวส่วนหายไป (ภาพไปไม่มีที่สิ้นสุด) ดังนั้นกรณีนี้จึงแยกแยะสถานการณ์ที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานและ .

แต่สำหรับสูตร (13) ตัวส่วนจะไม่หายไปสำหรับ a ใดๆ ดังนั้นสำหรับเลนส์ Diverging จึงไม่มีสถานการณ์ที่แตกต่างกันในเชิงคุณภาพของตำแหน่งต้นทาง - ดังที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้น มีเพียงกรณีเดียวเท่านั้น

หากจุดนั้นไม่ได้อยู่บนแกนออปติคัลหลัก ลำแสงสองอันก็สะดวกสำหรับการสร้างภาพ: อันหนึ่งจะผ่านศูนย์กลางออปติคัล อีกอันจะขนานกับแกนออปติคัลหลัก (รูปที่ 13)

หากจุดนั้นอยู่บนแกนลำแสงหลัก ลำแสงที่สองจะต้องถูกเลือกโดยพลการ (รูปที่ 14)

วัตถุ AB อยู่ด้านหลังโฟกัสของเลนส์เบี่ยงเบน

อีกครั้งที่เราใช้รังสีที่ "สะดวก": รังสีแรกขนานกับแกนแสงหลักและหักเหโดยเลนส์เพื่อให้ความต่อเนื่องผ่านโฟกัส (เส้นประในรูป) ลำแสงที่สองโดยไม่หักเห ลอดผ่านศูนย์กลางออปติคัลของเลนส์

ที่จุดตัดของรังสีที่สองและความต่อเนื่องของรังสีแรก เรามีภาพของจุด - จุด B1 เราลดแนวตั้งฉากกับแกนแสงหลักจากจุด B1 และรับจุด A1 - ภาพของจุด A

ดังนั้น A1 B1 จึงเป็นภาพจำลองที่ลดขนาดลงโดยตรง ซึ่งอยู่ระหว่างโฟกัสในจินตภาพกับเลนส์

พิจารณาหลายกรณีในการสร้างภาพขึ้นอยู่กับสถานที่ที่วัตถุนั้นตั้งอยู่

รูปที่ 2.9 แสดงกรณีที่วัตถุอยู่ระหว่างเลนส์กับโฟกัสของเลนส์พอดี ซึ่งหมายความว่าภาพที่ขยายออกจะอยู่ในโฟกัสโดยตรง

ในรูปที่ 2.10 วัตถุอยู่ที่ระยะโฟกัสจากเลนส์ และเราจะได้ภาพของวัตถุที่อยู่ตรงกลางระหว่างโฟกัสกับเลนส์

การบรรยาย 3. อุปกรณ์ออปติคัลอย่างง่าย

3.2 กล้องจุลทรรศน์

3.3 กล้องโทรทรรศน์

3.4 กล้อง

แว่นขยาย

อุปกรณ์ออพติคอลที่ง่ายที่สุดตัวหนึ่งคือแว่นขยาย ซึ่งเป็นเลนส์บรรจบกันที่ออกแบบมาเพื่อดูภาพขยายของวัตถุขนาดเล็ก เลนส์ถูกนำเข้ามาใกล้ดวงตา และวัตถุถูกวางไว้ระหว่างเลนส์กับโฟกัสหลัก ตาจะเห็นภาพเสมือนจริงและขยายใหญ่ขึ้นของวัตถุ การตรวจสอบวัตถุผ่านแว่นขยายด้วยตาที่ผ่อนคลายอย่างสมบูรณ์จะสะดวกที่สุด โดยอยู่ในระยะอนันต์ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ วัตถุจะถูกวางในระนาบโฟกัสหลักของเลนส์เพื่อให้รังสีที่ออกมาจากแต่ละจุดของวัตถุเกิดเป็นลำแสงคู่ขนานด้านหลังเลนส์ รูปแสดงคานดังกล่าวสองอันที่มาจากขอบของวัตถุ เมื่อเข้าไปในดวงตาจนถึงระยะอนันต์ ลำแสงคู่ขนานจะโฟกัสไปที่เรตินา และที่นี่จะให้ภาพที่ชัดเจนของวัตถุ

เครื่องมือที่ง่ายที่สุดสำหรับการสังเกตด้วยสายตาคือแว่นขยาย แว่นขยายคือเลนส์บรรจบกันที่ทางยาวโฟกัสสั้น แว่นขยายวางอยู่ใกล้ตา และวัตถุที่กำลังพิจารณาอยู่ในระนาบโฟกัส วัตถุถูกมองผ่านแว่นขยายในมุมหนึ่ง

โดยที่ h คือขนาดของวัตถุ เมื่อดูวัตถุเดียวกันด้วยตาเปล่า ควรวางวัตถุนั้นให้ห่างจากมุมมองที่ดีที่สุดของตาปกติ วัตถุจะมองเห็นเป็นมุม

ตามมาด้วยกำลังขยายของแว่นขยายคือ

เลนส์ทางยาวโฟกัส 10 ซม. กำลังขยาย 2.5 เท่า

รูปที่ 3 1 การกระทำของแว่นขยาย: a - วัตถุถูกมองด้วยตาเปล่าจากระยะการมองเห็นที่ดีที่สุด b - วัตถุถูกมองผ่านแว่นขยายที่มีความยาวโฟกัส F

กำลังขยายเชิงมุม

ตาอยู่ใกล้กับเลนส์มาก ดังนั้นมุมรับภาพจึงสามารถถ่ายเป็นมุม 2β ที่เกิดจากรังสีที่มาจากขอบของวัตถุผ่านจุดศูนย์กลางออปติคัลของเลนส์ได้ หากไม่มีแว่นขยาย เราจะต้องวางวัตถุไว้ที่ระยะการมองเห็นที่ดีที่สุด (25 ซม.) จากดวงตา และมุมรับภาพจะเท่ากับ 2γ พิจารณาสามเหลี่ยมมุมฉากที่มีขา 25 ซม. และ F ซม. และแสดงถึงครึ่งหนึ่งของวัตถุ Z เราสามารถเขียนได้ว่า:

(3.4)

2β - มุมมองเมื่อมองผ่านแว่นขยาย

2γ - มุมมองเมื่อมองด้วยตาเปล่า

F - ระยะทางจากวัตถุไปยังแว่นขยาย

Z เท่ากับครึ่งหนึ่งของตัวแบบที่เป็นปัญหา

เมื่อพิจารณาว่ารายละเอียดเล็กๆ มักจะดูผ่านแว่นขยาย (และด้วยเหตุนี้ มุม γ และ β มีขนาดเล็ก) แทนเจนต์จึงสามารถแทนที่ด้วยมุมได้ ดังนั้นเราจึงได้นิพจน์ต่อไปนี้สำหรับการขยายแว่นขยาย:

ดังนั้นกำลังขยายของแว่นขยายจึงเป็นสัดส่วนกับกำลังแสงของมัน

3.2 กล้องจุลทรรศน์ .

กล้องจุลทรรศน์ใช้เพื่อให้ได้กำลังขยายขนาดใหญ่เมื่อสังเกตวัตถุขนาดเล็ก ภาพขยายของวัตถุในกล้องจุลทรรศน์ได้โดยใช้ระบบออพติคอลที่ประกอบด้วยเลนส์โฟกัสสั้นสองตัว - O1 วัตถุประสงค์และเลนส์ใกล้ตา O2 (รูปที่ 3.2) เลนส์จะให้ภาพขยายกลับด้านที่แท้จริงของตัวแบบ ภาพตรงกลางนี้มองด้วยตาผ่านเลนส์ใกล้ตา ซึ่งมีการทำงานคล้ายกับแว่นขยาย เลนส์ใกล้ตาอยู่ในตำแหน่งเพื่อให้ภาพตรงกลางอยู่ในระนาบโฟกัส ในกรณีนี้ รังสีจากแต่ละจุดของวัตถุจะแพร่กระจายไปตามช่องมองภาพในลำแสงคู่ขนาน

ภาพในจินตนาการของวัตถุที่มองผ่านช่องมองภาพจะกลับหัวเสมอ หากไม่สะดวก (เช่น เมื่ออ่านตัวพิมพ์เล็ก) คุณสามารถหมุนวัตถุไปด้านหน้าเลนส์ได้ ดังนั้นกำลังขยายเชิงมุมของกล้องจุลทรรศน์จึงถือเป็นค่าบวก

จากรูปที่ 3.2 มุมมองภาพ φ ของวัตถุที่มองผ่านเลนส์ใกล้ตาในการประมาณมุมเล็ก

โดยประมาณ เราสามารถใส่ d ≈ F1 และ f ≈ l โดยที่ l คือระยะห่างระหว่างวัตถุประสงค์กับเลนส์ใกล้ตาของกล้องจุลทรรศน์ (“ความยาวท่อ”) เมื่อดูวัตถุเดียวกันด้วยตาเปล่า

เป็นผลให้สูตรสำหรับการขยายเชิงมุม γ ของกล้องจุลทรรศน์กลายเป็น

กล้องจุลทรรศน์ที่ดีสามารถขยายได้หลายร้อยเท่า เมื่อใช้กำลังขยายสูง ปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนจะเริ่มปรากฏขึ้น

ในกล้องจุลทรรศน์จริง วัตถุประสงค์และช่องมองภาพเป็นระบบออปติคัลที่ซับซ้อนซึ่งขจัดความคลาดเคลื่อนต่างๆ

กล้องโทรทรรศน์

กล้องโทรทรรศน์ (spotting scopes) ออกแบบมาเพื่อสังเกตการณ์วัตถุที่อยู่ห่างไกล ประกอบด้วยเลนส์สองชิ้น - เลนส์บรรจบกันที่ทางยาวโฟกัสหันเข้าหาวัตถุ (วัตถุ) มาก และเลนส์ที่มีทางยาวโฟกัสสั้น (ช่องมองภาพ) หันเข้าหาผู้สังเกต ขอบเขตการจำมีสองประเภท:

1) กล้องโทรทรรศน์เคปเลอร์ออกแบบมาสำหรับการสังเกตทางดาราศาสตร์ มันให้ภาพกลับด้านที่ขยายใหญ่ขึ้นของวัตถุที่อยู่ห่างไกล ดังนั้นจึงไม่สะดวกสำหรับการสังเกตการณ์ภาคพื้นดิน

2) ขอบเขตการจำแนกของกาลิเลโอมีไว้สำหรับการสังเกตการณ์ภาคพื้นดินซึ่งให้ภาพโดยตรงที่ขยายใหญ่ขึ้น ช่องมองภาพในท่อกาลิเลียนเป็นเลนส์แยกทาง

ในรูป 15 แสดงการเคลื่อนตัวของรังสีในกล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ สันนิษฐานว่าตาของผู้สังเกตถูกปรับให้เข้ากับระยะอนันต์ ดังนั้นรังสีจากแต่ละจุดของวัตถุที่อยู่ไกลออกไปจะออกจากเลนส์ตาในลำแสงคู่ขนาน รังสีนี้เรียกว่ากล้องส่องทางไกล ในหลอดดาราศาสตร์ วิถีของรังสีแบบส่องกล้องส่องทางไกลจะเกิดขึ้นได้หากระยะห่างระหว่างวัตถุกับเลนส์ตามีค่าเท่ากับผลรวมของความยาวโฟกัส

ขอบเขตการจำ (กล้องโทรทรรศน์) มักมีลักษณะเฉพาะด้วยกำลังขยายเชิงมุม γ ต่างจากกล้องจุลทรรศน์ตรงที่ วัตถุที่สังเกตผ่านกล้องโทรทรรศน์จะถูกลบออกจากผู้สังเกตเสมอ หากวัตถุที่อยู่ห่างไกลสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าในมุม ψ และเมื่อมองผ่านกล้องโทรทรรศน์ที่มุม φ อัตราส่วนกำลังขยายเชิงมุมจะเรียกว่าอัตราส่วน

การเพิ่มขึ้นเชิงมุม γ เช่นเดียวกับการเพิ่มขึ้นเชิงเส้น Γ สามารถกำหนดเครื่องหมายบวกหรือลบได้ ขึ้นอยู่กับว่าภาพตั้งตรงหรือกลับด้าน กำลังขยายเชิงมุมของท่อดาราศาสตร์เคปเลอร์เป็นลบ ในขณะที่ท่อภาคพื้นดินของกาลิเลโอเป็นบวก

กำลังขยายเชิงมุมของกล้องโทรทรรศน์แสดงเป็นความยาวโฟกัส:

กระจกทรงกลมไม่ได้ใช้เป็นเลนส์ในกล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ขนาดใหญ่ กล้องโทรทรรศน์ดังกล่าวเรียกว่าตัวสะท้อนแสง กระจกที่ดีนั้นสร้างได้ง่ายกว่า และกระจกก็ไม่ต้องทนกับความคลาดเคลื่อนสีเหมือนกับเลนส์

รัสเซียสร้างกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางกระจก 6 เมตร โปรดทราบว่ากล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ขนาดใหญ่ได้รับการออกแบบมาไม่เพียงแต่จะเพิ่มระยะห่างเชิงมุมระหว่างวัตถุในอวกาศที่สังเกตได้เท่านั้น พลังงานจากวัตถุเรืองแสงจางๆ

ให้เราวิเคราะห์รูปแบบและหลักการทำงานของอุปกรณ์ออปติคัลที่แพร่หลาย

กล้อง

กล้องเป็นอุปกรณ์ซึ่งส่วนที่สำคัญที่สุดคือระบบเลนส์รวม - เลนส์ ในการถ่ายภาพสมัครเล่นทั่วไป ตัวแบบจะอยู่ด้านหลังทางยาวโฟกัสสองเท่า ดังนั้นภาพจะอยู่ระหว่างโฟกัสและทางยาวโฟกัสสองเท่า ของจริง ลดลง และกลับด้าน (รูปที่ 16)

รูปที่ 3. 4

วางฟิล์มถ่ายภาพหรือจานถ่ายภาพ (เคลือบด้วยอิมัลชันที่ไวต่อแสงที่มีซิลเวอร์โบรไมด์) แทนที่ภาพนี้ เลนส์จะเปิดขึ้นครู่หนึ่ง - ฟิล์มถูกเปิดออก ภาพที่ซ่อนอยู่ปรากฏขึ้น เข้าสู่การแก้ปัญหาพิเศษ - นักพัฒนาโมเลกุล "ที่เปิดเผย" ของซิลเวอร์โบรไมด์สลายตัวโบรมีนถูกนำออกไปในสารละลายและเงินจะถูกปล่อยออกมาในรูปแบบของการเคลือบสีเข้มบนชิ้นส่วนที่ส่องสว่างของจานหรือฟิล์ม ยิ่งแสงกระทบพื้นที่ที่กำหนดของฟิล์มระหว่างการเปิดรับแสงมากเท่าไหร่ก็จะยิ่งมืดลงเท่านั้น หลังจากพัฒนาและล้าง รูปภาพจะต้องได้รับการแก้ไข โดยจะนำไปวางไว้ในสารละลายตรึง ซึ่งซิลเวอร์โบรไมด์ที่ยังไม่เปิดแสงจะละลายและถูกพัดพาไปจากส่วนที่เป็นลบ มันกลับกลายเป็นภาพของสิ่งที่อยู่ด้านหน้าเลนส์ โดยมีการจัดเรียงเฉดสีใหม่ - ส่วนของแสงกลายเป็นสีเข้มและในทางกลับกัน (เชิงลบ)

เพื่อให้ได้รูปถ่าย - เป็นบวก - จำเป็นต้องส่องสว่างกระดาษภาพถ่ายที่เคลือบด้วยซิลเวอร์โบรไมด์เดียวกันผ่านทางเนกาทีฟเป็นระยะเวลาหนึ่ง หลังจากการสำแดงและการรวมเข้าด้วยกันแล้ว ค่าลบจะได้รับจากค่าลบ นั่นคือ ค่าบวก ซึ่งส่วนที่สว่างและส่วนมืดจะสอดคล้องกับส่วนที่สว่างและมืดของวัตถุ

เพื่อให้ได้ภาพคุณภาพสูง การโฟกัสจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง การรวมภาพกับฟิล์มหรือเพลทเข้าด้วยกัน ในการทำเช่นนี้ กล้องรุ่นเก่ามีผนังด้านหลังที่เคลื่อนย้ายได้ แทนที่จะใส่แผ่นไวแสง กลับใส่แผ่นกระจกฝ้า โดยการขยับหลัง ภาพที่คมชัดถูกสร้างขึ้นด้วยตา จากนั้นแผ่นกระจกก็ถูกแทนที่ด้วยแผ่นที่ไวต่อแสงและถ่ายภาพ

ในกล้องสมัยใหม่สำหรับการโฟกัสจะใช้เลนส์ที่หดได้ซึ่งเชื่อมโยงกับเรนจ์ไฟน ในกรณีนี้ ปริมาณทั้งหมดที่รวมอยู่ในสูตรเลนส์จะไม่เปลี่ยนแปลง ระยะห่างระหว่างเลนส์กับฟิล์มจะเปลี่ยนไปจนกว่าจะตรงกับค่า f เพื่อเพิ่มระยะชัดลึก - ระยะทางตามแกนออปติคอลหลักที่วัตถุถูกแสดงอย่างคมชัด - เลนส์มีรูรับแสง กล่าวคือ รูรับแสงจะลดลง แต่สิ่งนี้จะลดปริมาณแสงที่เข้าสู่อุปกรณ์และเพิ่มเวลาการรับแสงที่ต้องการ

การส่องสว่างของภาพที่เลนส์เป็นแหล่งกำเนิดแสงนั้นแปรผันตรงกับพื้นที่รูรับแสงของมัน ซึ่งในทางกลับกัน จะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของเส้นผ่านศูนย์กลาง d2 การส่องสว่างยังเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างจากแหล่งกำเนิดไปยังภาพ ในกรณีของเรา เกือบเท่ากับกำลังสองของทางยาวโฟกัส F ดังนั้น การส่องสว่างจึงเป็นสัดส่วนกับเศษส่วน ซึ่งเรียกว่าอัตราส่วนรูรับแสงของเลนส์ . รากที่สองของอัตราส่วนรูรับแสงเรียกว่ารูรับแสงสัมพัทธ์และมักจะระบุบนเลนส์ในรูปแบบของคำจารึก: กล้องสมัยใหม่ติดตั้งอุปกรณ์จำนวนหนึ่งที่ช่วยอำนวยความสะดวกในการทำงานของช่างภาพและเพิ่มขีดความสามารถของเขา (เริ่มอัตโนมัติ ชุดเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสต่างกัน มาตรวัดแสง รวมถึงการโฟกัสอัตโนมัติ อัตโนมัติหรือกึ่งอัตโนมัติ เป็นต้น) การถ่ายภาพสีเป็นที่แพร่หลาย ในขั้นตอนของการเรียนรู้ - ภาพถ่ายสามมิติ

ดวงตา

ตามนุษย์จากมุมมองออปติคัลคือกล้องตัวเดียวกัน ภาพเดียวกัน (ของจริง ลดขนาด กลับด้าน) ถูกสร้างขึ้นที่ผนังด้านหลังของดวงตา - บนจุดสีเหลืองที่ไวต่อแสง ซึ่งส่วนปลายพิเศษของเส้นประสาทตา - กรวยและแท่งมีความเข้มข้น การระคายเคืองด้วยแสงจะถูกส่งไปยังเส้นประสาทในสมองและทำให้เกิดความรู้สึกของการมองเห็น ตามีเลนส์ - เลนส์, ไดอะแฟรม - รูม่านตา, แม้แต่ฝาครอบเลนส์ - เปลือกตา ในหลาย ๆ ด้าน ดวงตานั้นเหนือกว่ากล้องในปัจจุบัน โฟกัสอัตโนมัติ - โดยการวัดความโค้งของเลนส์ภายใต้การกระทำของกล้ามเนื้อตา นั่นคือโดยการเปลี่ยนทางยาวโฟกัส กะบังลมอัตโนมัติ - โดยการรัดรูม่านตาเมื่อย้ายจากห้องมืดไปเป็นห้องสว่าง ตาให้ภาพสี "จำ" ภาพที่เห็น โดยทั่วไปแล้ว นักชีววิทยาและแพทย์ได้ข้อสรุปว่าดวงตาเป็นส่วนหนึ่งของสมองที่วางอยู่บนขอบ

การมองเห็นด้วยสองตาช่วยให้คุณมองเห็นวัตถุด้วย ด้านต่างๆกล่าวคือ ดำเนินการวิสัยทัศน์สามมิติ จากการทดลองพิสูจน์แล้วว่าเมื่อเห็นด้วยตาข้างเดียว ภาพที่ระยะ 10 ม. ดูราบเรียบ (ที่ฐาน - ระยะห่างระหว่างจุดสุดโต่งของรูม่านตาเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของรูม่านตา) เมื่อมองด้วยสองตา เราจะเห็นภาพที่แบนราบจากระยะ 500 ม. (ฐานคือระยะห่างระหว่างศูนย์กลางออปติคัลของเลนส์) กล่าวคือ เราสามารถกำหนดขนาดของวัตถุด้วยตาได้ว่าจะใกล้หรือไกลแค่ไหน

เพื่อเพิ่มความสามารถนี้ จำเป็นต้องเพิ่มฐาน ซึ่งดำเนินการในกล้องส่องทางไกลแบบแท่งปริซึมและในเครื่องมือค้นหาช่วงต่างๆ (รูปที่ 3.5)

แต่เช่นเดียวกับทุกสิ่งในโลก แม้แต่การสร้างสรรค์ที่สมบูรณ์แบบของธรรมชาติที่ดวงตาก็ไม่มีข้อบกพร่อง ประการแรก ตาทำปฏิกิริยากับแสงที่มองเห็นเท่านั้น (และในขณะเดียวกัน เรารับรู้ข้อมูลมากถึง 90% ด้วยความช่วยเหลือของการมองเห็น) ประการที่สอง ดวงตาอยู่ภายใต้โรคต่างๆ มากมาย ซึ่งพบได้บ่อยที่สุดคือสายตาสั้น - รังสีมาบรรจบกันใกล้กับเรตินามากขึ้น (รูปที่ 3.6) และสายตายาว - ภาพที่คมชัดหลังเรตินา (รูปที่ 3.7)

ในรูป 22 นำเสนอโปรไฟล์ที่ง่ายที่สุด เลนส์แก้ว: แบนนูน, สองนูน (รูปที่ 22, ข) เว้าแบน (รูปที่ 22, ใน) และ biconcave (รูปที่ 22, จี). สองคนแรกที่อยู่บนอากาศคือ การชุมนุมเลนส์และสองอันที่สอง - กระเจิง. ชื่อเหล่านี้สัมพันธ์กับข้อเท็จจริงที่ว่าลำแสงที่มีการหักเหของแสง เบี่ยงเบนไปทางแกนลำแสงในเลนส์บรรจบกัน และในทางกลับกันในลำแสงที่หักเห

รังสีที่วิ่งขนานไปกับแกนลำแสงหลักจะเบี่ยงเบนไปด้านหลังเลนส์บรรจบกัน (รูปที่ 23, เอ) เพื่อมารวมกันที่จุดที่เรียกว่า จุดสนใจ. ในเลนส์ที่แยกจากกัน รังสีที่เคลื่อนที่ขนานไปกับแกนออปติคอลหลักจะเบี่ยงเบนไปเพื่อให้เกิดการต่อเนื่องกันที่จุดโฟกัสที่อยู่ด้านข้างของรังสีตกกระทบ (รูปที่ 23, ข). ระยะห่างจากจุดโฟกัสทั้งสองด้านของเลนส์บางจะเท่ากัน และไม่ขึ้นกับโปรไฟล์ของพื้นผิวด้านขวาและด้านซ้ายของเลนส์

ข้าว. 22. พลาโนนูน ( เอ), สองด้าน ( ข), พลาโนเว้า ( ใน) และ biconcave ( จี) เลนส์

ข้าว. 23. เส้นทางของรังสีที่วิ่งขนานไปกับแกนแสงหลักในเลนส์สะสม (a) และเลนส์ไดเวอร์ริ่ง (b)

ลำแสงทะลุผ่านศูนย์กลางของเลนส์ (รูปที่ 24, เอ- เลนส์บรรจบกัน, มะเดื่อ. 24, ข- เลนส์หักเห) ไม่มีการหักเหของแสง

ข้าว. 24. วิถีของรังสีที่ผ่านศูนย์กลางแสง อู๋ ในการบรรจบกัน (a) และการแยกทาง (b) เลนส์

รังสีเคลื่อนที่ขนานกันแต่ไม่ขนานกับแกนแสงหลัก ตัดกันที่จุด (โฟกัสด้านข้าง) บน ระนาบโฟกัสซึ่งผ่านโฟกัสของเลนส์ในแนวตั้งฉากกับแกนแสงหลัก (รูปที่ 25, เอ- เลนส์บรรจบกัน, มะเดื่อ. 25, ข- เลนส์แยก)

ข้าว. 25. วิถีของลำแสงคู่ขนานในการสะสม (ก) และการกระเจิง (ข) เลนส์

.

เมื่อสร้าง (รูปที่ 26) รูปภาพของจุด (เช่น ปลายลูกศร) โดยใช้เลนส์บรรจบกัน ลำแสงสองลำจะถูกปล่อยออกมาจากจุดนี้: ขนานกับแกนแสงหลักและผ่านจุดศูนย์กลาง อู๋เลนส์

ข้าว. 26. การสร้างภาพในเลนส์บรรจบกัน

ขึ้นอยู่กับระยะห่างจากลูกศรไปยังเลนส์ สามารถรับภาพสี่ประเภทได้ ซึ่งลักษณะดังกล่าวได้อธิบายไว้ในตารางที่ 2 เมื่อสร้างภาพของส่วนที่ตั้งฉากกับแกนออปติคอลหลัก ภาพของมันก็กลายเป็น ส่วนที่ตั้งฉากกับแกนแสงหลัก

เมื่อไร เลนส์แตกต่างภาพของวัตถุมีได้เพียงประเภทเดียวเท่านั้น - จินตภาพ ลดตรง. สามารถมองเห็นได้ง่ายโดยทำโครงสร้างที่คล้ายกันของปลายลูกศรโดยใช้รังสีสองเส้น (รูปที่ 27)

ตารางที่ 2

ระยะทาง จากเรื่อง ไปที่เลนส์	ลักษณะ รูปภาพ
0 <<	จินตนาการ, ขยาย, โดยตรง
<< 2