Линза это: ЛИНЗА — это… Что такое ЛИНЗА?

Содержание

ЛИНЗА — это… Что такое ЛИНЗА?

(нем. Linse, от лат. lens — чечевица) — простейший оптич. элемент, изготавливаемый из прозрачного материала, ограниченный двумя преломляющими поверхностями, имеющими общую ось либо две взаимно перпендикулярные плоскости симметрии. При изготовлении Л. для видимой области применяют оптическое стекло или органическое стекло (массовое тиражирование непрецизионных деталей), в УФ-диапазоне — кварц, флюорит и др., в ИК-диапазоне — спец. сорта стёкол, кремний, германий, сапфир, ряд солей и т. д.

Рабочие поверхности Л. обычно имеют сферич. форму, реже — цилиндрическую, тороидальную, конусообразную или с заданными небольшими отступлениями от сферы (асферическую). Л. со сферич. поверхностями наиб. просты в изготовлении и являются осн. элементами большинства оптич. систем.

В параксиальном приближении (углы 2551-2.jpg между лучами и оптич. осью столь малы, что можно заменить sin2551-3.jpgи 2551-4.jpg

на 2551-5.jpg свойства Л. со сферич. поверхностями могут быть однозначно охарактеризованы положением главных плоскостей и оптической силой Ф, представляющей собой выражаемую в диоптриях величину, обратную фокусному расстоянию (в м). Связь этих характеристик с геом. параметрами Л. ясны из рис., в к-ром для наглядности углы наклона лучей изображены преувеличенно большими. Расстояния от первой по ходу лучей поверхности линзы до первой гл. плоскости Я и от второй поверхности до второй гл. плоскости H‘ равны соответственно

S1, 22551-6.jpg


фокусное расстояние от H до переднего фокуса (F)f= -1/Ф, от 2551-7.jpg

до заднего фокуса I2551-8.jpg 2551-9.jpg оптич. сила Л., являющаяся мерой её преломляющего действия, равна

2551-10.jpg

Здесь п — показатель преломления вещества Л. (или отношение этого показателя к показателю преломления окружающей среды, если последний 2551-11.jpg1), d — измеренная вдоль оси толщина Л., r1 и r2 — радиусы кривизны её поверхностей (считаются положительными, если центры кривизны расположены дальше по ходу лучей; так, у изображённой на рис. двояковыпуклой Л.

r1>0, r2<0), расстояния отсчитываются вдоль направления распространения света.

Способ построения и расчёта траекторий проходящих через Л. меридиональных (лежащих в осевой плоскости) лучей с использованием гл. плоскостей ясен из рис. После прохождения Л. луч кажется исходящим из точки на 2551-12.jpg удалённой от оси на то же расстояние h, что и точка пересечения исходного луча с Я. Угол между лучом и осью изменяется на 2551-13.jpg Для нахождения траектории произвольного немеридионального луча последний проецируется на две взаимно перпендикулярные осевые плоскости. Каждая проекция является по существу меридиональным лучом и ведёт себя указанным выше образом.

Положение даваемого Л. изображения точки определяется ф-лами

2551-14.jpg

где l и 2551-15.jpg расстояния от гл. плоскостей до плоскостей предмета и изображения соответственно (рис.), b и 2551-16.jpg— расстояния точки и её изображения от оси (отсчитываемые вверх).

2551-17.jpg

Если 2551-18.jpg Л. наз. положительной или собирающей, при 2551-19.jpg

— отрицательной или рассеивающей; линзы с Ф=0 наз. афокальными и используются гл. обр. для исправления аберраций др. оптич. элементов. Положительные Л. дают действительные изображения всех действительных объектов, находящихся до переднего фокуса (на рис.- левее F), и всех мнимых объектов, находящихся за Л. Рассеивающие Л. дают расположенное между Л. и передним фокусом прямое, мнимое, уменьшенное изображение действит. объектов.

Расстояние 2551-20.jpgмежду гл. плоскостями Л. почти не зависит от её оптич. силы и формы и примерно равно d(1-1/n). Когда 2551-21.jpg пренебрежимо мало по сравнению с 2551-22.jpg

Л. наз. тонкой. У тонких Л. знак оптич. силы Ф совпадает со знаком разности 1/r1-1/r2; при этом толщина собирающих Л. по мере удаления от оси уменьшается, а рассеивающих — возрастает. Обе гл. плоскости тонких Л. можно считать совпадающими с плоскостью Л. и отсчитывать введённые выше расстояния /,2551-23.jpg l,2551-24.jpgпрямо от последней. Чёткой границы между толстыми Л. (когда 2551-25.jpg нельзя пренебречь) и тонкими не существует — всё зависит от конкретных применений.

Для преобразования высококогерентных световых пучков (обычно лазерного происхождения) используются преим. тонкие Л. Их часто наз. квадратичными фазовыми корректорами: при прохождении когерентного пучка через тонкую Л. к распределению фазы по его сечению добавляется величина 2551-26.jpg

где k=2551-27.jpg — волновой вектор,2551-28.jpg = ( п-1)2551-29.jpg — вносимая Л. дополнит. разность хода, являющаяся квадратичной ф-цией удаления r от оси. Распределение комплексной амплитуды поля в фокальной плоскости Л. с точностью до фазового множителя является фурье-образом распределения амплитуды поля перед Л., вычисленным для
пространственных частот 2551-30.jpg (х, у —
поперечные координаты на фокальной плоскости). Распределение интенсивности в той же плоскости подобно угл. распределению излучения с коэф. подобия 2551-31.jpgПоэтому Л. широко применяются в системах пространственной фильтрации излучения, обычно представляющих собой комбинацию Л. с установленными в их фокальных плоскостях диафрагмами, растрами, и в устройствах для измерения угл. расходимости излучения.

Л. обладают всеми аберрациями, присущими цент-риров. оптич. системам (см. Аберрации оптических систем). Проблема аберраций особенно важна при использовании широкополосных и обладающих большими угл. апертурами световых пучков обычных (некогерентных) источников. Сферич. и хроматич. аберрации, а также кома могут быть в значит. степени исправлены путём комбинирования двух Л. разл. формы и из материалов с разл. дисперсией. Такие двухлинзовые системы широко используются в качестве объективов для зрительных труб и т. п. Иногда сферич. аберрации уничтожаются с помощью Л. с асферической, в частности параболоидальной, формой поверхности.

Для коррекции разл. дефектов глаза применяются Л. не только со сферическими, но также с цилиндрич. и торич. поверхностями. Цилиндрич. Л. сравнительно часто используются в тех случаях, когда изображение точечного источника должно быть «растянуто» в полосу или линию (напр., в спектральных приборах).

Лит.: Борн М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973; Гудмен Д ж., Введение в Фурье-оптику, пер. с англ.. М.. 1970.

Ю. А. Ананьев.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

Линза — это… Что такое Линза?

Двояковыпуклая линза

Линза (нем. Linse, от лат. lens — чечевица) — деталь из оптически (и не только, линзы также применяются в СВЧ технике, и там обычно состоят из непрозрачных диэлектриков или набора металлических пластин) прозрачного однородного материала, ограниченная двумя полированными преломляющими поверхностями вращения, например, сферическими или плоской и сферической. В настоящее время всё чаще применяются и «асферические линзы», форма поверхности которых отличается от сферы. В качестве материала линз обычно используются оптические материалы, такие как стекло, оптическое стекло, оптически прозрачные пластмассы и другие материалы.

Линзами также называют и другие оптические приборы и явления, которые создают сходный оптический эффект, не обладая указанными внешними характеристиками. Например:

История

Первое упоминание о линзах можно найти в древнегреческой пьесе Аристофана «Облака» (424 до н. э.), где с помощью выпуклого стекла и солнечного света добывали огонь.

Из произведений Плиния Старшего (23 — 79) следует, что такой способ разжигания огня был известен и в Римской империи — там также описан, возможно, первый случай применения линз для коррекции зрения — известно, что Нерон смотрел гладиаторские бои через вогнутый изумруд для исправления близорукости.

Сенека (3 до н. э. — 65) описал увеличительный эффект, который даёт стеклянный шар, заполненный водой.

Арабский математик Альхазен (965—1038) написал первый значительный трактат по оптике, описывающий, как хрусталик глаза создаёт изображение на сетчатке. Линзы получили широкое использование лишь с появлением очков примерно в 1280-х годах в Италии.

Растение, видимое через двояковыпуклую линзу

Характеристики простых линз

В зависимости от форм различают собирающие (положительные) и рассеивающие (отрицательные) линзы. К группе собирательных линз обычно относят линзы, у которых середина толще их краёв, а к группе рассеивающих — линзы, края которых толще середины. Следует отметить, что это верно только если показатель преломления у материала линзы больше, чем у окружающей среды. Если показатель преломления линзы меньше, ситуация будет обратной. Например пузырёк воздуха в воде — двояковыпуклая рассеивающая линза.

Линзы характеризуются, как правило, своей оптической силой (измеряется в диоптриях), или фокусным расстоянием.

Для построения оптических приборов с исправленной оптической аберрацией (прежде всего — хроматической, обусловленной дисперсией света, — ахроматы и апохроматы) важны и иные свойства линз и их материалов, например, коэффициент преломления, коэффициент дисперсии, коэффициент пропускания материала в выбранном оптическом диапазоне.

Иногда линзы/линзовые оптические системы (рефракторы) специально рассчитываются на использование в средах с относительно высоким коэффициентом преломления (см. иммерсионный микроскоп, иммерсионные жидкости).

Виды линз:
Собирающие:
 1 — двояковыпуклая
 2 — плоско-выпуклая
 3 — вогнуто-выпуклая (положительный(выпуклый) мениск)
Рассеивающие:
 4 — двояковогнутая
 5 — плоско-вогнутая
 6 — выпукло-вогнутая (отрицательный(вогнутый) мениск)

Использование линзы для изменения формы волнового фронта. Здесь плоский волновой фронт становится сферическим при прохождении через линзу Large convex lens.jpg

Выпукло-вогнутая линза называется мениском и может быть собирательной (утолщается к середине), рассеивающей (утолщается к краям) или телескопической (фокусное расстояние равно бесконечности). Так, например линзы очков для близоруких — как правило, отрицательные мениски.

Вопреки распространённому заблуждению, оптическая сила мениска с одинаковыми радиусами не равно нулю, а положительна, и зависит от показателя преломления стекла и от толщины линзы. Мениск, центры кривизны поверхностей которого находятся в одной точке называется концентрической линзой (оптическая сила всегда отрицательна).

Отличительным свойством собирательной линзы является способность собирать падающие на её поверхность лучи в одной точке, расположенной по другую сторону линзы.

Основные элементы линзы: NN — оптическая ось — прямая линия, проходящая через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу; O — оптический центр — точка, которая у двояковыпуклых или двояковогнутых (с одинаковыми радиусами поверхностей) линз находится на оптической оси внутри линзы (в её центре).
Примечание. Ход лучей показан, как в идеализированной (тонкой) линзе, без указания на преломление на реальной границе раздела сред. Дополнительно показан несколько утрированный образ двояковыпуклой линзы

Если на некотором расстоянии перед собирательной линзой поместить светящуюся точку S, то луч света, направленный по оси, пройдёт через линзу не преломившись, а лучи, проходящие не через центр, будут преломляться в сторону оптической оси и пересекутся на ней в некоторой точке F, которая и будет изображением точки S. Эта точка носит название сопряжённого фокуса, или просто фокуса.

Если на линзу будет падать свет от очень удалённого источника, лучи которого можно представить идущими параллельным пучком, то по выходе из неё лучи преломятся под бо́льшим углом и точка F переместится на оптической оси ближе к линзе. При данных условиях точка пересечения лучей, вышедших из линзы, называется фокусом F’, а расстояние от центра линзы до фокуса — фокусным расстоянием.

Лучи, падающие на рассеивающую линзу, по выходе из неё будут преломляться в сторону краёв линзы, то есть рассеиваться. Если эти лучи продолжить в обратном направлении так, как показано на рисунке пунктирной линией, то они сойдутся в одной точке F, которая и будет фокусом этой линзы. Этот фокус будет мнимым.

Мнимый фокус рассеивающей линзы

Concave lens.jpg

Сказанное о фокусе на оптической оси в равной степени относится и к тем случаям, когда изображение точки находится на наклонной линии, проходящей через центр линзы под углом к оптической оси. Плоскость, перпендикулярная оптической оси, расположенная в фокусе линзы, называется фокальной плоскостью.

Собирательные линзы могут быть направлены к предмету любой стороной, вследствие чего лучи по прохождении через линзу могут собираться как с одной, так и с другой её стороны. Таким образом, линза имеет два фокуса — передний и задний. Расположены они на оптической оси по обе стороны линзы на фокусном расстоянии от главных точек линзы.

Ход лучей в тонкой линзе

Линза, для которой толщина принята равной нулю, в оптике называется «тонкой». Для такой линзы показывают не две главных плоскости, а одну, в которой как бы сливаются вместе передняя и задняя.

Рассмотрим построение хода луча произвольного направления в тонкой собирающей линзе. Для этого воспользуемся двумя свойствами тонкой линзы:

  • Луч, прошедший через оптический центр линзы, не меняет своего направления;
  • Параллельные лучи, проходящие через линзу, сходятся в фокальной плоскости.
Lens ray tracing 01.gif

Рассмотрим луч SA произвольного направления, падающий на линзу в точке A. Построим линию его распространения после преломления в линзе. Для этого построим луч OB, параллельный SA и проходящий через оптический центр O линзы. По первому свойству линзы луч OB не изменит своего направления и пересечёт фокальную плоскость в точке B. По второму свойству линзы параллельный ему луч SA после преломления должен пересечь фокальную плоскость в той же точке. Таким образом, после прохождения через линзу луч SA пойдёт по пути AB.

Аналогичным образом можно построить другие лучи, например луч SPQ.

Обозначим расстояние SO от линзы до источника света через u, расстояние OD от линзы до точки фокусировки лучей через v, фокусное расстояние OF через f. Выведем формулу, связывающую эти величины.

Рассмотрим две пары подобных треугольников: 1) SOA и OFB; 2) DOA и DFB. Запишем пропорции

Разделив первую пропорцию на вторую, получим

После деления обеих частей выражения на v и перегруппировки членов, приходим к окончательной формуле

где  — фокусное расстояние тонкой линзы.

Ход лучей в системе линз

Ход лучей в системе линз строится теми же методами, что и для одиночной линзы.

Рассмотрим систему из двух линз, одна из которых имеет фокусное расстояние OF, а вторая O2F2. Строим путь SAB для первой линзы и продолжаем отрезок AB до вхождения во вторую линзу в точке C.

Lens ray tracing 02.gif

Из точки O2 строим луч O2E, параллельный AB. При пересечении с фокальной плоскостью второй линзы этот луч даст точку E. Согласно второму свойству тонкой линзы луч AB после прохождения через вторую линзу пойдёт по пути CE. Пересечение этой линии с оптической осью второй линзы даст точку D, где сфокусируются все лучи, вышедшие из источника S и прошедшие через обе линзы.

Построение изображения тонкой собирающей линзой

При изложении характеристики линз был рассмотрен принцип построения изображения светящейся точки в фокусе линзы. Лучи, падающие на линзу слева, проходят через её задний фокус, а падающие справа — через передний фокус. Следует учесть, что у рассеивающих линз, наоборот, задний фокус расположен спереди линзы, а передний позади.

Построение линзой изображения предметов, имеющих определённую форму и размеры, получается следующим образом: допустим, линия AB представляет собой объект, находящийся на некотором расстоянии от линзы, значительно превышающем её фокусное расстояние. От каждой точки предмета через линзу пройдёт бесчисленное количество лучей, из которых, для наглядности, на рисунке схематически изображён ход только трёх лучей.

Три луча, исходящие из точки A, пройдут через линзу и пересекутся в соответствующих точках схода на A1B1, образуя изображение. Полученное изображение является действительным и перевёрнутым.

В данном случае изображение получено в сопряжённом фокусе в некоторой фокальной плоскости FF, несколько удалённой от главной фокальной плоскости F’F’, проходящей параллельно ей через главный фокус.

Далее приведены различные случаи построения изображений предмета, помещённого на различных расстояниях от линзы.

Если предмет находится на бесконечно далёком от линзы расстоянии, то его изображение получается в заднем фокусе линзы F’ действительным, перевёрнутым и уменьшенным до подобия точки.

Если предмет приближён к линзе и находится на расстоянии, превышающем двойное фокусное расстояние линзы, то изображение его будет действительным, перевёрнутым и уменьшенным и расположится за главным фокусом на отрезке между ним и двойным фокусным расстоянием.

Если предмет помещён на двойном фокусном расстоянии от линзы, то полученное изображение находится по другую сторону линзы на двойном фокусном расстоянии от неё. Изображение получается действительным, перевёрнутым и равным по величине предмету.

Если предмет помещён между передним фокусом и двойным фокусным расстоянием, то изображение будет получено за двойным фокусным расстоянием и будет действительным, перевёрнутым и увеличенным.

Если предмет находится в плоскости переднего главного фокуса линзы, то лучи, пройдя через линзу, пойдут параллельно, и изображение может получиться лишь в бесконечности.

Если предмет поместить на расстоянии, меньшем главного фокусного расстояния, то лучи выйдут из линзы расходящимся пучком, нигде не пересекаясь. Изображение при этом получается мнимое, прямое и увеличенное, т. е. в данном случае линза работает как лупа.

Нетрудно заметить, что при приближении предмета из бесконечности к переднему фокусу линзы изображение удаляется от заднего фокуса и по достижении предметом плоскости переднего фокуса оказывается в бесконечности от него.

Эта закономерность имеет большое значение в практике различных видов фотографических работ, поэтому для определения зависимости между расстоянием от предмета до линзы и от линзы до плоскости изображения необходимо знать основную формулу линзы.

Формула тонкой линзы

Расстояния от точки предмета до центра линзы и от точки изображения до центра линзы называются сопряжёнными фокусными расстояниями.

Эти величины находятся в зависимости между собой и определяются формулой, называемой формулой тонкой линзы (открытой Исааком Барроу):

где — расстояние от линзы до предмета; — расстояние от линзы до изображения; — главное фокусное расстояние линзы. В случае толстой линзы формула остаётся без изменения с той лишь разницей, что расстояния отсчитываются не от центра линзы, а от главных плоскостей.

Для нахождения той или иной неизвестной величины при двух известных пользуются следующими уравнениями:

Следует отметить, что знаки величин , , выбираются исходя из следующих соображений — для действительного изображения от действительного предмета в собирающей линзе — все эти величины положительны. Если изображение мнимое — расстояние до него принимается отрицательным, если предмет мнимый — расстояние до него отрицательно, если линза рассеивающая — фокусное расстояние отрицательно.

f

Изображения чёрных букв через тонкую выпуклую линзу с фокусным расстоянием f (отображаются красным цветом). Показаны лучи для букв E, I и K (синим, зеленым и оранжевым соответственно). Размеры реального и перевернутого изображения E (2f) одинаковы. Образ I (f) — в бесконечности. К (при f/2) имеет двойной размер виртуального и прямого изображения

Линейное увеличение

Линейным увеличением (для рисунка из предыдущего раздела) называется отношение размеров изображения к соответствующим размерам предмета. Это отношение может быть также выражено дробью , где  — расстояние от линзы до изображения;  — расстояние от линзы до предмета.

Здесь есть коэффициент линейного увеличения, т. е. число, показывающее во сколько раз линейные размеры изображения меньше(больше) действительных линейных размеров предмета.

В практике вычислений гораздо удобнее это соотношение выражать в значениях или , где  — фокусное расстояние линзы.

.

Расчёт фокусного расстояния и оптической силы линзы

Значение фокусного расстояния для линзы может быть рассчитано по следующей формуле:

, где

 — коэффициент преломления материала линзы, — коэффициент преломления среды, окружающей линзу,

 — расстояние между сферическими поверхностями линзы вдоль оптической оси, также известное как толщина линзы,

— радиус кривизны поверхности, которая ближе к источнику света (дальше от фокальной плоскости),

— радиус кривизны поверхности, которая дальше от источника света (ближе к фокальной плоскости),

Для в этой формуле, знак радиуса положителен, если поверхность выпуклая, и отрицателен, если вогнутая. Для наоборот — положителен, если вогнутая, и отрицателен, если выпуклая [1]. Если пренебрежительно мало, относительно её фокусного расстояния, то такая линза называется тонкой, и её фокусное расстояние можно найти как:

(Эту формулу также называют формулой тонкой линзы.) Величина фокусного расстояния положительна для собирающих линз, и отрицательна для рассеивающих. Величина называется оптической силой линзы. Оптическая сила линзы измеряется в диоптриях, единицами измерения которых являются м−1.

Указанные формулы могут быть получены аккуратным рассмотрением процесса построения изображения в линзе с использованием закона Снелла, если перейти от общих тригонометрических формул к параксиальному приближению. Кроме того, для вывода формулы тонкой линзы удобно заменить её треугольной призмой и затем использовать формулу угла отклонения этой призмы[1].

Линзы симметричны, то есть они имеют одинаковое фокусное расстояние независимо от направления света — слева или справа, что, однако, не относится к другим характеристикам, например, аберрациям, величина которых зависит от того, какой стороной линза повёрнута к свету.

Комбинация нескольких линз (центрированная система)

Линзы могут комбинироваться друг с другом для построения сложных оптических систем. Оптическая сила системы из двух линз может быть найдена как простая сумма оптических сил каждой линзы (при условии, что обе линзы можно считать тонкими и они расположены вплотную друг к другу на одной оси):

.

Если линзы расположены на некотором расстоянии друг от друга и их оси совпадают (система из произвольного числа линз, обладающих таким свойством, называется центрированной системой), то их общую оптическую силу с достаточной степенью точности можно найти из следующего выражения:

,

где  — расстояние между главными плоскостями линз.

Недостатки простой линзы

В современной фотоаппаратуре к качеству изображения предъявляются высокие требования.

Изображение, даваемое простой линзой, в силу целого ряда недостатков не удовлетворяет этим требованиям. Устранение большинства недостатков достигается соответствующим подбором ряда линз в центрированную оптическую систему — объектив. Недостатки оптических систем называются аберрациями, которые делятся на следующие виды:

Линзы со специальными свойствами

Линзы из органических полимеров

Полимеры дают возможность создавать недорогие асферические линзы с помощью литья.

Линзы контактные

В области офтальмологии созданы мягкие контактные линзы. Их производство основано на применении материалов, имеющих бифазную природу, сочетающих фрагменты кремний-органического или кремний-фторорганического полимера силикона и гидрофильного полимера гидрогеля. Работа в течение более 20 лет привела к созданию в конце 90-х годов силикон-гидрогелевых линз, которые благодаря сочетанию гидрофильных свойств и высокой кислородопроницаемости могут непрерывно использоваться в течение 30 дней круглосуточно.[2]

Линзы из кварца

Кварцевое стекло — переплавленный чистый кремнезём с незначительными (около 0,01 %) добавками Al2О3, СаО и MgO. Оно отличается высокой термостойкостью и инертностью ко многим химическим реактивам за исключением плавиковой кислоты.

Прозрачное кварцевое стекло хорошо пропускает ультрафиолетовые и видимые лучи света.

Линзы из кремния

Кремний сочетает сверхвысокую дисперсию с самым большим абсолютным значением коэффициента преломления n=3,4 в диапазоне ИК-излучения и полной непрозрачностью в видимом диапазоне спектра.[3]

Кроме того, именно свойства кремния и новейшие технологии его обработки позволили создать линзы для рентгеновского диапазона электромагнитных волн.

Применение линз

Линзы являются универсальным оптическим элементом большинства оптических систем.

Традиционное применение линз — бинокли, телескопы, оптические прицелы, теодолиты, микроскопы и фотовидеотехника. Одиночные собирающие линзы используются как увеличительные стёкла.

Другая важная сфера применения линз офтальмология, где без них невозможно исправление недостатков зрения — близорукости, дальнозоркости, неправильной аккомодации, астигматизма и других заболеваний. Линзы используют в таких приспособлениях, как очки и контактные линзы.

В радиоастрономии и радарах часто используются диэлектрические линзы, собирающие поток радиоволн в приёмную антенну, либо фокусирующие на цели.

В конструкции плутониевых ядерных бомб для преобразования сферической расходящейся ударной волны от точечного источника (детонатора) в сферическую сходящуюся применялись линзовые системы, изготовленные из взрывчатки с разной скоростью детонации (то есть с разным коэффициентом преломления).

См. также

Примечания

Ссылки

Литература

  • Краткий фотографический справочник. Под общей редакцией д.т. н. Пуськова В. В., изд. 2-е, М., Искусство, 1953.
  • Оптика, Г. С. Ландсберг, изд. 5-ое, М., Наука, 1976.
  • Политехнический словарь, глав.ред. А. Ю. Ишлинский, изд. 3-е, М., Советская Энциклопедия, 1989.
  • Линза // Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.

Линза (оптика) — это… Что такое Линза (оптика)?

Плоско-выпуклая линза

Линза (нем. Linse, от лат. lens — чечевица) — обычно — диск из прозрачного однородного материала, ограниченный двумя полированными поверхностями — сферическими или плоской и сферической. В настоящее время всё чаще применяются и т. н. «асферические линзы», форма поверхности которых отличается от сферы.

Линзами называют и другие оптические приборы и явления, которые создают сходный оптический эффект, не обладая указанными внешними характеристиками. Например:

  • Плоские «линзы», изготовленные из материала с переменным коэффициентом преломления, изменяющимся в зависимости от расстояния от центра
  • линзы Френеля
  • зонная пластинка Френеля, использующая явление дифракции
  • «линзы» воздуха в атмосфере — неоднородность свойств, в частности коэффициента преломления (проявляются в виде мерцания изображения звёзд в ночном небе).
  • Гравитационная линза — наблюдаемый на межгалактических расстояниях эффект отклонения электромагнитных волн массивными объектами.
  • Электростатическая линза — электрическое поле, сформированное таким образом, чтобы фокусировать пучок электронов, например, в электронном микроскопе.
  • Изображение линзы, сформированное оптической системой или частью оптической системы. Используется при расчёте сложных оптических систем.

В качестве материала линз, чаще всего, используются оптические материалы, такие как стекло, оптическое стекло, оптически прозрачные пластмассы и другие материалы.

История

Первое упоминание о линзах можно найти в древнегреческой пьесе Аристофана «Облака» (424 до н. э.), где с помощью выпуклого стекла и солнечного света добывали огонь.

Из произведений Плиния Старшего (23 — 79) следует, что такой способ разжигания огня был известен и в Римской империи — там также описан, возможно, первый случай применения линз для коррекции зрения — известно, что Нерон смотрел гладиаторские бои через вогнутый изумруд для исправления близорукости.

Сенека (3 до н. э. — 65) описал увеличительный эффект, который даёт стеклянный шар, заполненный водой.

Арабский математик Альхазен (965—1038) написал первый значительный трактат по оптике, описывающий, как хрусталик глаза создаёт изображение на сетчатке. Линзы получили широкое использование лишь с появлением очков примерно в 1280-х годах в Италии.

Характеристики тонких линз

В зависимости от форм различают собирательные (положительные) и рассеивающие (отрицательные) линзы. К группе собирательных линз обычно относят линзы, у которых середина толще их краёв, а к группе рассеивающих — линзы, края которых толще середины. Следует отметить, что это верно только если показатель преломления у материала линзы больше, чем у окружающей среды. Если показатель преломления линзы меньше, ситуация будет обратной. Например пузырёк воздуха в воде — двояковыпуклая рассеивающая линза.

Линзы характеризуются, как правило, своей оптической силой (измеряется в диоптриях), или фокусным расстоянием.

Для построения оптических приборов с исправленной оптической аберрацией (прежде всего — хроматической, обусловленной дисперсией света, — ахроматы и апохроматы) важны и иные свойства линз/их материалов, например, коэффициент преломления, коффициент дисперсии, коэффициент пропускания материала в выбранном оптическом диапазоне.

Иногда линзы/линзовые оптические системы (рефракторы) специально рассчитываются на использование в средах с относительно высоким коэффициентом преломления (см. иммерсионный микроскоп, иммерсионные жидкости).

Виды линз:
Собирающие:
 1 — двояковыпуклая
 2 — плоско-выпуклая
 3 — вогнуто-выпуклая (положительный мениск)
Рассеивающие:
 4 — двояковогнутая
 5 — плоско-вогнутая
 6 — выпукло-вогнутая (отрицательный мениск)


Выпукло-вогнутая линза называется мениском и может быть собирательной (утолщается к середине) или рассеивающей (утолщается к краям). Мениск, у которого радиусы поверхностей равны, имеет оптическую силу, равную нулю (применяется для коррекции дисперсии или как покровная линза). Так, линзы очков для близоруких — как правило, отрицательные мениски.

Отличительным свойством собирательной линзы является способность собирать падающие на её поверхность лучи в одной точке, расположенной по другую сторону линзы.

Основные элементы линзы: NN — главная оптическая ось — прямая линия, проходящая через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу; O — оптический центр — точка, которая у двояковыпуклых или двояковогнутых (с одинаковыми радиусами поверхностей) линз находится на оптической оси внутри линзы (в её центре).
Примечание. Ход лучей показан, как в идеализированной (плоской) линзе, без указания на преломление на реальной границе раздела фаз. Дополнительно показан несколько утрированный образ двояковыпуклой линзы

Если на некотором расстоянии перед собирательной линзой поместить светящуюся точку S, то луч света, направленный по оси, пройдёт через линзу не преломившись, а лучи, проходящие не через центр, будут преломляться в сторону оптической оси и пересекутся на ней в некоторой точке F, которая и будет изображением точки S. Эта точка носит название сопряжённого фокуса, или просто фокуса.

Если на линзу будет падать свет от очень удалённого источника, лучи которого можно представить идущими параллельным пучком, то по выходе из неё лучи преломятся под бо́льшим углом и точка F переместится на оптической оси ближе к линзе. При данных условиях точка пересечения лучей, вышедших из линзы, называется главным фокусом F’, а расстояние от центра линзы до главного фокуса — главным фокусным расстоянием.

Лучи, падающие на рассеивающую линзу, по выходе из неё будут преломляться в сторону краёв линзы, то есть рассеиваться. Если эти лучи продолжить в обратном направлении так, как показано на рисунке пунктирной линией, то они сойдутся в одной точке F, которая и будет фокусом этой линзы. Этот фокус будет мнимым.

Мнимый фокус рассеивающей линзы

Сказанное о фокусе на главной оптической оси в равной степени относится и к тем случаям, когда изображение точки находится на побочной или наклонной оптической оси, т. е. линии, проходящей через центр линзы под углом к главной оптической оси. Плоскость, перпендикулярная главной оптической оси, расположенная в главном фокусе линзы, называется главной фокальной плоскостью, а в сопряжённом фокусе — просто фокальной плоскостью.

Собирательные линзы могут быть направлены к предмету любой стороной, вследствие чего лучи по прохождении через линзу могут собираться как с одной, так и с другой её стороны. Таким образом, линза имеет два фокуса — передний и задний. Расположены они на оптической оси по обе стороны линзы на фокусном расстоянии от центра линзы.

Построение изображения тонкой собирающей линзой

При изложении характеристики линз был рассмотрен принцип построения изображения светящейся точки в фокусе линзы. Лучи, падающие на линзу слева, проходят через её задний фокус, а падающие справа — через передний фокус. Следует учесть, что у рассеивающих линз, наоборот, задний фокус расположен спереди линзы, а передний позади.

Построение линзой изображения предметов, имеющих определённую форму и размеры, получается следующим образом: допустим, линия AB представляет собой объект, находящийся на некотором расстоянии от линзы, значительно превышающем её фокусное расстояние. От каждой точки предмета через линзу пройдёт бесчисленное количество лучей, из которых, для наглядности, на рисунке схематически изображён ход только трёх лучей.

Три луча, исходящие из точки A, пройдут через линзу и пересекутся в соответствующих точках схода на A1B1, образуя изображение. Полученное изображение является действительным и перевёрнутым.

В данном случае изображение получено в сопряжённом фокусе в некоторой фокальной плоскости FF, несколько удалённой от главной фокальной плоскости F’F’, проходящей параллельно ей через главный фокус.

Далее приведены различные случаи построения изображений предмета, помещённого на различных расстояниях от линзы.

Если предмет находится на бесконечно далёком от линзы расстоянии, то его изображение получается в заднем фокусе линзы F’ действительным, перевёрнутым и уменьшенным до подобия точки.

Если предмет приближён к линзе и находится на расстоянии, превышающем двойное фокусное расстояние линзы, то изображение его будет действительным, перевёрнутым и уменьшенным и расположится за главным фокусом на отрезке между ним и двойным фокусным расстоянием.

Если предмет помещён на двойном фокусном расстоянии от линзы, то полученное изображение находится по другую сторону линзы на двойном фокусном расстоянии от неё. Изображение получается действительным, перевёрнутым и равным по величине предмету.

Если предмет помещён между передним фокусом и двойным фокусным расстоянием, то изображение будет получено за двойным фокусным расстоянием и будет действительным, перевёрнутым и увеличенным.

Если предмет находится в плоскости переднего главного фокуса линзы, то лучи, пройдя через линзу, пойдут параллельно, и изображение может получиться лишь в бесконечности.

Если предмет поместить на расстоянии, меньшем главного фокусного расстояния, то лучи выйдут из линзы расходящимся пучком, нигде не пересекаясь. Изображение при этом получается мнимое, прямое и увеличенное, т. е. в данном случае линза работает как лупа.

Нетрудно заметить, что при приближении предмета из бесконечности к переднему фокусу линзы изображение удаляется от заднего фокуса и по достижении предметом плоскости переднего фокуса оказывается в бесконечности от него.

Эта закономерность имеет большое значение в практике различных видов фотографических работ, поэтому для определения зависимости между расстоянием от предмета до линзы и от линзы до плоскости изображения необходимо знать основную формулу линзы.

Формула тонкой линзы

Расстояния от точки предмета до центра линзы и от точки изображения до центра линзы называются сопряжёнными фокусными расстояниями.

Эти величины находятся в зависимости между собой и определяются формулой, называемой формулой тонкой линзы:

{1 \over u}+{1 \over v}={1 \over f}

где u\! — расстояние от линзы до предмета; v\! — расстояние от линзы до изображения; f\! — главное фокусное расстояние линзы. В случае толстой линзы формула остаётся без изменения с той лишь разницей, что расстояния отсчитываются не от центра линзы, а от главных плоскостей.

Для нахождения той или иной неизвестной величины при двух известных пользуются следующими уравнениями:

f={ {v \cdot u} \over {v+u} }
u={ {f \cdot v} \over {v-f} }
v={ {f \cdot u} \over {u-f} }

Следует отметить, что знаки величин u, v, f выбираются исходя из следующих соображений — для действительного изображения от действительного предмета в собирающей линзе — все эти величины положительны. Если изображение мнимое — расстояние до него принимается отрицательным, если предмет мнимый — расстояние до него отрицательно, если линза рассеивающая — фокусное расстояние отрицательно.

Масштаб изображения

Масштабом изображения (m\!) называется отношение линейных размеров изображения к соответствующим линейным размерам предмета. Это отношение может быть косвенно выражено дробью {v \over u}=m, где v\! — расстояние от линзы до изображения; u\! — расстояние от линзы до предмета.

Здесь m\! есть коэффициент уменьшения, т. е. число, показывающее во сколько раз линейные размеры изображения меньше действительных линейных размеров предмета.

В практике вычислений гораздо удобнее это соотношение выражать в значениях u\! или f\!, где f\! — фокусное расстояние линзы.

m={f \over {u-f} }; m={ {v-f} \over f}.

Расчёт фокусного расстояния и оптической силы линзы

m={f \over {u-f} }; m={ {v-f} \over f}

Значение фокусного расстояния для линзы может быть рассчитано по следующей формуле:

\frac{1}{f} = (n-1) \left\{ \frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2} \right\} + \frac{(n-1)d}{n R_1 R_2} , где

n\! — коэффициент преломления материала линзы,

d\! — расстояние между сферическими поверхностями линзы вдоль оптической оси, также известное как толщина линзы. Если d\! намного меньше, чем R1 и R2, то такая линза называется тонкой, и её фокусное расстояние можно найти как:

\frac{1}{f} = (n-1)\left\{ \frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2} \right\}.

(Эту формулу также называют формулой тонкой линзы.) Величина фокусного расстояния положительна для собирающих линз, и отрицательна для рассеивающих. Величина \frac{1}{f} называется оптической силой линзы. Оптическая сила линзы измеряется в диоптриях, единицами измерения которых являются м−1.

Указанные формулы могут быть получены аккуратным рассмотрением процесса построения изображения в линзе с использованием закона Снелла, если перейти от общих тригонометрических формул к параксиальному приближению.

Линзы симметричны, то есть они имеют одинаковое фокусное расстояние независимо от направления света — слева или справа, что, однако, не относится к другим характеристикам, например, аберрациям, величина которых зависит от того, какой стороной линза повёрнута к свету.

Комбинация нескольких линз (центрированная система)

Линзы могут комбинироваться друг с другом для построения сложных оптических систем. Оптическая сила системы из двух линз может быть найдена как простая сумма оптических сил каждой линзы (при условии, что обе линзы можно считать тонкими и они расположены вплотную друг к другу на одной оси):

\frac{1}{F} = \frac{1}{f_1} + \frac{1}{f_2}.

Если линзы расположены на некотором расстоянии друг от друга и их оси совпадают (система из произвольного числа линз, обладающих таким свойством, называется центрированной системой), то их общую оптическую силу с достаточной степенью точности можно найти из следующего выражения:

\frac{1}{F} = \frac{1}{f_1} + \frac{1}{f_2} - \frac{L}{f_1f_2},

где L\! — расстояние между главными плоскостями линз.

Недостатки простой линзы

В современной фотоаппаратуре к качеству изображения предъявляются высокие требования.

Изображение, даваемое простой линзой, в силу целого ряда недостатков не удовлетворяет этим требованиям. Устранение большинства недостатков достигается соответствующим подбором ряда линз в центрированную оптическую систему — объектив. Изображения, полученные при помощи простых линз, имеют различные недостатки. Недостатки оптических систем называются аберрациями, которые делятся на следующие виды:

Линзы со специальными свойствами

Линзы из органических полимеров

Полимеры дают возможность создавать недорогие асферические линзы с помощью литья.

Линзы контактные

В области офтальмологии созданы мягкие контактные линзы. Их производство основано на применении материалов, имеющих бифазную природу, сочетающих фрагменты кремний-органического или кремний-фторорганического полимера силикона и гидрофильного полимера гидрогеля. Работа в течении более 20 лет привела к созданию в конце 90-х годов силикон-гидрогелевых линз, которые благодаря сочетанию гидрофильных свойств и высокой кислородопроницаемости могут непрерывно использоваться в течение 30 дней круглосуточно. [1]

Линзы из кварца

Кварцевое стекло — переплавленный чистый кремнезём с незначительными (около 0,01 %) добавками Al2О3, СаО и MgO. Оно отличается высокой термостойкостью и инертностью ко многим химическим реактивам за исключением плавиковой кислоты.

Прозрачное кварцевое стекло хорошо пропускает ультрафиолетовые и видимые лучи света.

Линзы из кремния

Кремний сочетает сверхвысокую дисперсию с самым большим абсолютным значением коэффициента преломления n=3,4 в диапазоне ИК-излучения и полной непрозрачностью в видимом диапазоне спектра.[2]

Кроме того, именно свойства кремния и новейшие технологии его обработки позволили создать линзы для рентгеновского диапазона электромагнитных волн.

Применение линз

Линзы являются универсальным оптическим элементом большинства оптических систем.

Традиционное применение линз — бинокли, телескопы, оптические прицелы, теодолиты, микроскопы и фотовидеотехника. Одиночные собирающие линзы используются как увеличительные стёкла.

Другая важная сфера применения линз офтальмология, где без них невозможно исправление недостатков зрения — близорукости, дальнозоркости, неправильной аккомодации, астигматизма и других заболеваний. Линзы используют в таких приспособлениях, как очки и контактные линзы.

В радиоастрономии и радарах часто используются диэлектрические линзы, собирающие поток радиоволн в приёмную антенну, либо фокусирующие на цели.

В конструкции плутониевых ядерных бомб для преобразования сферической расходящейся ударной волны от точечного источника (детонатора) в сферическую сходящуюся применялись линзовые системы, изготовленные из взрывчатки с разной скоростью детонации (то есть с разным коэффициентом преломления).

См. также

Примечания

Ссылки

Литература

  • Краткий фотографический справочник. Под общей редакцией д.т. н. Пуськова В. В., изд. 2-е, М., Искусство, 1953.
  • Оптика, Г. С. Ландсберг, изд. 5-ое, М., Наука, 1976.
  • Политехнический словарь, глав.ред. А. Ю. Ишлинский, изд. 3-е, М., Советская Энциклопедия, 1989.
  • Линза // Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.

Wikimedia Foundation. 2010.

ЛИНЗА — это… Что такое ЛИНЗА?

  • Линза — Линза: а собирающая; б рассеивающая. ЛИНЗА (от латинского lens чечевица), прозрачное тело, ограниченное выпуклыми и вогнутыми поверхностями (одна поверхность может быть плоской) и преобразующее форму светового пучка. Линзы бывают собирающие… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • ЛИНЗА — (нем. Linse чечевица). Оптическое стекло, ограничен. сферическими поверхностями; чечевица. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЛИНЗА оптическое стекло, ограниченное шаровыми поверхностями, употребляется …   Словарь иностранных слов русского языка

  • ЛИНЗА — (от латинского lens чечевица), прозрачное тело, ограниченное выпуклыми и вогнутыми поверхностями (одна поверхность может быть плоской) и преобразующее форму светового пучка. Линзы бывают собирающие (положительные) и рассеивающие (отрицательные).… …   Современная энциклопедия

  • Линза — геол. тело чечевицеобразной формы, быстро выклинивающееся по всем направлениям. Мощн. Л. невелика сравнительно с ее протяженностью. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 …   Геологическая энциклопедия

  • ЛИНЗА — ЛИНЗА, линзы, жен. (нем. Linse). 1. Хрусталик глаза (анат.). 2. Оптическое круглое стекло в форме чечевицы (напр. в биноклях, микроскопах и т.п.; физ.). Выпуклая, вогнутая линза. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

  • ЛИНЗА — (нем. Linse, от лат. lens чечевица), прозрачное тело, ограниченное двумя поверхностями, преломляющими световые лучи, способное формировать оптич. изображения предметов, светящихся собственным или отражённым светом. Л. явл. одним из осн. элементов …   Физическая энциклопедия

  • линза — лупа, монокль, стекло, кабошон, мениск, линзочка, конденсор Словарь русских синонимов. линза сущ., кол во синонимов: 12 • кабошон (3) • …   Словарь синонимов

  • ЛИНЗА — в геологии чечевицеобразная форма залегания горных пород и полезных ископаемых; округлое или овальное тело с уменьшением мощности к краям …   Большой Энциклопедический словарь

  • ЛИНЗА — (нем. Linse от лат. lens чечевица), в оптике прозрачное тело, ограниченное выпуклыми или вогнутыми поверхностями (одна из поверхностей может быть плоской) и преобразующее форму светового пучка. Линзы бывают собирающие (положительные) и… …   Большой Энциклопедический словарь

  • ЛИНЗА — ЛИНЗА, ы, жен. 1. Тело, ограниченное двумя сферическими (или одной сферической и одной плоской) поверхностями (спец.). 2. Оптическое стекло такой формы. Очковые линзы. Контактные линзы (накладывающиеся непосредственно на поверхность глазного… …   Толковый словарь Ожегова

  • ЛИНЗА — это… Что такое ЛИНЗА?

  • ЛИНЗА — ЛИНЗА, кусок прозрачного стекла, пластика, кварца или органического вещества, ограниченный двумя поверхностями, которые обычно имеют сферическую форму, что изменяет направление светового луча из за РЕФРАКЦИИ и создает ИЗОБРАЖЕНИЕ. Собирательная… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • Линза — Линза: а собирающая; б рассеивающая. ЛИНЗА (от латинского lens чечевица), прозрачное тело, ограниченное выпуклыми и вогнутыми поверхностями (одна поверхность может быть плоской) и преобразующее форму светового пучка. Линзы бывают собирающие… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • ЛИНЗА — (нем. Linse чечевица). Оптическое стекло, ограничен. сферическими поверхностями; чечевица. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЛИНЗА оптическое стекло, ограниченное шаровыми поверхностями, употребляется …   Словарь иностранных слов русского языка

  • ЛИНЗА — (от латинского lens чечевица), прозрачное тело, ограниченное выпуклыми и вогнутыми поверхностями (одна поверхность может быть плоской) и преобразующее форму светового пучка. Линзы бывают собирающие (положительные) и рассеивающие (отрицательные).… …   Современная энциклопедия

  • Линза — геол. тело чечевицеобразной формы, быстро выклинивающееся по всем направлениям. Мощн. Л. невелика сравнительно с ее протяженностью. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 …   Геологическая энциклопедия

  • ЛИНЗА — ЛИНЗА, линзы, жен. (нем. Linse). 1. Хрусталик глаза (анат.). 2. Оптическое круглое стекло в форме чечевицы (напр. в биноклях, микроскопах и т.п.; физ.). Выпуклая, вогнутая линза. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

  • ЛИНЗА — (нем. Linse, от лат. lens чечевица), прозрачное тело, ограниченное двумя поверхностями, преломляющими световые лучи, способное формировать оптич. изображения предметов, светящихся собственным или отражённым светом. Л. явл. одним из осн. элементов …   Физическая энциклопедия

  • линза — лупа, монокль, стекло, кабошон, мениск, линзочка, конденсор Словарь русских синонимов. линза сущ., кол во синонимов: 12 • кабошон (3) • …   Словарь синонимов

  • ЛИНЗА — в геологии чечевицеобразная форма залегания горных пород и полезных ископаемых; округлое или овальное тело с уменьшением мощности к краям …   Большой Энциклопедический словарь

  • ЛИНЗА — (нем. Linse от лат. lens чечевица), в оптике прозрачное тело, ограниченное выпуклыми или вогнутыми поверхностями (одна из поверхностей может быть плоской) и преобразующее форму светового пучка. Линзы бывают собирающие (положительные) и… …   Большой Энциклопедический словарь

  • ЛИНЗА — ЛИНЗА, ы, жен. 1. Тело, ограниченное двумя сферическими (или одной сферической и одной плоской) поверхностями (спец.). 2. Оптическое стекло такой формы. Очковые линзы. Контактные линзы (накладывающиеся непосредственно на поверхность глазного… …   Толковый словарь Ожегова

  • ЛИНЗА — это… Что такое ЛИНЗА?

  • ЛИНЗА — ЛИНЗА, кусок прозрачного стекла, пластика, кварца или органического вещества, ограниченный двумя поверхностями, которые обычно имеют сферическую форму, что изменяет направление светового луча из за РЕФРАКЦИИ и создает ИЗОБРАЖЕНИЕ. Собирательная… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • Линза — Линза: а собирающая; б рассеивающая. ЛИНЗА (от латинского lens чечевица), прозрачное тело, ограниченное выпуклыми и вогнутыми поверхностями (одна поверхность может быть плоской) и преобразующее форму светового пучка. Линзы бывают собирающие… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • ЛИНЗА — (от латинского lens чечевица), прозрачное тело, ограниченное выпуклыми и вогнутыми поверхностями (одна поверхность может быть плоской) и преобразующее форму светового пучка. Линзы бывают собирающие (положительные) и рассеивающие (отрицательные).… …   Современная энциклопедия

  • Линза — геол. тело чечевицеобразной формы, быстро выклинивающееся по всем направлениям. Мощн. Л. невелика сравнительно с ее протяженностью. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 …   Геологическая энциклопедия

  • ЛИНЗА — ЛИНЗА, линзы, жен. (нем. Linse). 1. Хрусталик глаза (анат.). 2. Оптическое круглое стекло в форме чечевицы (напр. в биноклях, микроскопах и т.п.; физ.). Выпуклая, вогнутая линза. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

  • ЛИНЗА — (нем. Linse, от лат. lens чечевица), прозрачное тело, ограниченное двумя поверхностями, преломляющими световые лучи, способное формировать оптич. изображения предметов, светящихся собственным или отражённым светом. Л. явл. одним из осн. элементов …   Физическая энциклопедия

  • линза — лупа, монокль, стекло, кабошон, мениск, линзочка, конденсор Словарь русских синонимов. линза сущ., кол во синонимов: 12 • кабошон (3) • …   Словарь синонимов

  • ЛИНЗА — в геологии чечевицеобразная форма залегания горных пород и полезных ископаемых; округлое или овальное тело с уменьшением мощности к краям …   Большой Энциклопедический словарь

  • ЛИНЗА — (нем. Linse от лат. lens чечевица), в оптике прозрачное тело, ограниченное выпуклыми или вогнутыми поверхностями (одна из поверхностей может быть плоской) и преобразующее форму светового пучка. Линзы бывают собирающие (положительные) и… …   Большой Энциклопедический словарь

  • ЛИНЗА — ЛИНЗА, ы, жен. 1. Тело, ограниченное двумя сферическими (или одной сферической и одной плоской) поверхностями (спец.). 2. Оптическое стекло такой формы. Очковые линзы. Контактные линзы (накладывающиеся непосредственно на поверхность глазного… …   Толковый словарь Ожегова

  • Линза что это? Значение слова Линза

    Значение слова Линза по Ефремовой:

    Линза — Разновидность оптического стекла с криволинейными — обычно сферическими — поверхностями.


    Форма залегания горных пород и руд в виде чечевицы с уменьшающейся к краям мощностью (в геологии).

    Значение слова Линза по Ожегову:

    Линза — Оптическое стекло такой формы


    Линза Тело, ограниченное двумя сферическими (или одной сферической и одной плоской ) поверхностями Spec

    Линза в Энциклопедическом словаре:

    Линза — (нем. Linse — от лат. lens — чечевица), в оптике — прозрачное тело,ограниченное выпуклыми или вогнутыми поверхностями (одна из поверхностейможет быть плоской) и преобразующее форму светового пучка. Линзы бываютсобирающие (положительные) и рассеивающие (отрицательные) (рисунок). Линзыдля видимого света обычно изготовляют из стекла. для ультрафиолетовогоизлучения — из кварца, флюорита, фторида лития и др.. для инфракрасногоизлучения — из кремния, германия, флюорита, фторида лития и др.


    в геологии — чечевицеобразная форма залегания горных пород иполезных ископаемых. округлое или овальное тело с уменьшением мощности ккраям.

    Значение слова Линза по словарю медицинских терминов:

    линза (нем. Linse) — прозрачное тело, ограниченное двумя полированными поверхностями, из которых по крайней мере одна не является плоской. различные Л. применяются для изменения хода световых лучей в оптических приборах, для коррекции зрения и др.

    Значение слова Линза по словарю Ушакова:

    ЛИНЗА
    линзы, ж. (нем. Linse). 1. Хрусталик глаза (анат.). 2. Оптическое круглое стекло в форме чечевицы (напр. в биноклях, микроскопах и т. п.. физ.). Выпуклая, вогнутая линза.

    Значение слова Линза по словарю Брокгауза и Ефрона:

    Линза (по-нем. Linse — чечевица) или оптическая чечевица — сферическое выпуклое или вогнутое стекло. См. Оптические стекла

    Определение слова «Линза» по БСЭ:

    Линза — Линза (нем. Linse, от лат. lens — чечевица)
    прозрачное тело, ограниченное двумя поверхностями, преломляющими световые лучи. является одним из основных элементов оптических систем. Наиболее употребительны Л., обе поверхности которых обладают общей осью симметрии, а из них — Л. со сферическими поверхностями, изготовление которых наиболее просто. Менее распространены Л. с двумя взаимно перпендикулярными плоскостями симметрии. их поверхности цилиндрические или тороидальные. Таковы Л. в очках, предписываемых при астигматизме глаза, Л. для анаморфотных насадок и т. д.
    Материалом для Л. чаще всего служит оптическое и органическое стекло. Специальные Л., предназначенные для работы в ультрафиолетовой области спектра, изготовляют из кристаллов кварца, флюорита, фтористого лития и др., в инфракрасной — из особых сортов стекла, кремния, германия, флюорита, фтористого лития, йодистого цезия и др.
    Описывая оптические свойства осесимметричной Л., обычно рассматривают лучи, падающие на неё под малым углом к оси, составляющие т. н. Параксиальный пучок лучей. Действие Л. на эти лучи определяется положением её кардинальных точек — т. н. главных точек Н и H, в которых пересекаются с осью главные плоскости Л., а также переднего и заднего главных фокусов F и F (рис. 1). Отрезки HF = &fnof. и HF = f наз. фокусными расстояниями Л. (в случае, когда среды, с которыми граничит Л., обладают одинаковыми показателями преломления, &fnof. всегда равно — f &rsquo.).
    точки О пересечения поверхностей Л. с осью называются её вершинами, расстояние между вершинами — толщиной Л.
    Геометрические величины, характеризующие отдельные Л. и системы Л., принято считать положительными, если направления соответствующих отрезков совпадают с направлением лучей света На рис. 1 лучи проходят через Л. слева направо, и так же ориентирован отрезок HF. Поэтому здесь f &rsquo.
    > 0, a &fnof. Преломления на поверхностях Л. изменяют направления падающих на неё лучей. Если Л. преобразует параллельный пучок в сходящийся, её называют собирающей. после прохождения рассеивающей Л. параллельный пучок превращается в расходящийся. В главном фокусе F собирающей Л. пересекаются лучи, которые до преломления были параллельны её оси. Для такой Л. f
    &rsquo. всегда положительно. В рассеивающей Л. F — точка пересечения не самих лучей, а их воображаемых продолжений в сторону, противоположную направлению распространения света. Поэтому для них всегда &fnof. внешнее отличие собирающих и рассеивающих Л. заключается в том, что у первых толщина краев меньше толщины в центре Л., у вторых — наоборот.
    Мерой преломляющего действия Л. служит её оптическая сила Ф — величина, обратная фокусному расстоянию (Ф = 1/f&rsquo.) и измеряемая в диоптриях (м&minus.1). У собирающих Л. Ф > 0, поэтому их ещё именуют положительными. Рассеивающие Л. (Ф бесконечности). Они не собирают и не рассеивают лучей, но создают аберрации (см. Аберрации оптических систем) и применяются в зеркально-линзовых (а иногда и в линзовых) Объективах как компенсаторы аберраций.
    Л., ограниченная сферическими поверхностями. Все параметры, определяющие оптические свойства такой Л., могут быть выражены через радиусы кривизны r1 и r2 её поверхностей, толщину Л. по оси d и показатель преломления её материала n. Например, оптическая сила и фокусное расстояние Л. задаются соотношением
    14/14031049.tif (1)
    Радиусы r1 и r2 считаются положительными, если направление от вершины Л. до центра соответствующей поверхности совпадает с направлением лучей (на рис. 1 r1 > 0, r2 оговорить, что формула (1) верна лишь применительно к параксиальным лучам. При одной и той же оптической силе и том же материале форма Л. может быть различной. На рис. 2 показано несколько Л. одинаковой оптической силы и различной формы. Первые три — положительны, последние три — отрицательны. Л. называется тонкой, если её толщина d мала по сравнению с r1 и r2. Достаточно точное выражение для оптической силы такой Л. получают, отбрасывая второй член в (1).
    Положение главных плоскостей Л. относительно её вершин тоже можно определить, зная r1, r2, n и d. Расстояние между главными плоскостями мало зависит от формы и оптической силы Л. и приблизительно равно 14/14031050.tif. В случае тонкой Л. это расстояние мало и практически можно считать, что главные плоскости совпадают.
    Когда положение кардинальных точек известно, положение изображения оптического точки, даваемого Л. (см. рис. 1), определяется формулами:
    x·x&rsquo. = f·f&rsquo. = -f&rsquo.І,
    14/14031051.tif, (2)
    где V — линейное увеличение Л. (см. Увеличение оптическое), l и l — расстояния от точки и её изображения до оси (положительные, если они расположены выше оси), x — расстояние от переднего фокуса до точки, x — расстояние от заднего фокуса до изображения. Если t и t — расстояния от главных точек до плоскостей предмета и изображения соответственно, то (т. к. х = t — f, x = t &rsquo. — f&rsquo.)
    :
    f&rsquo./t&rsquo. + f/t = 1 (3)
    или
    1/t&rsquo. — 1/t = 1/f&rsquo..
    В тонких Л. t и &fnof. можно отсчитывать от соответствующих поверхностей Л.
    Из (2) и (3) следует, что по мере приближения изображаемой точки (действительного источника) к фокусу Л. расстояние от изображения до Л. увеличивается. собирающая Л. даёт действительное изображение точки в тех случаях, когда эта точка расположена перед фокусом. если точка расположена между фокусом и Л., её изображение будет мнимым. рассеивающая Л. всегда даёт мнимое изображение действительной светящейся точки (подробнее см. в ст. Изображение оптическое).
    Лит.: Элементарный учебник физики, под ред. Г. С. Ландсберга, 6 изд., т. 3, М., 1970. Тудоровский А. И., Теория оптических приборов, 2 изд., т. 1, М. — Л., 1949.
    Г. Г. Слюсарев.
    Рис. 1 к ст. Линза.
    Рис. 2 к ст. Линза.


    Линза — Линза (геол.)
    форма залегания горных пород и руд в виде чечевицы с уменьшающейся к краям мощностью. Размеры Л. различны и колеблются от нескольких м длины и нескольких см мощности до 1 км и более длины и нескольких десятков м мощности. См. также Залегание горных пород.


    Линза — акустическая, устройство для изменения сходимости звукового пучка (фокусировки звука (См. Фокусировка звука)). Подобно оптическим линзам, акустическая Л. ограничены двумя рабочими поверхностями и выполняются из материала, скорость звука в котором отлична от скорости звука в окружающей среде, с тем, чтобы показатель преломления n отличался от единицы. Для достижения наибольшей прозрачности Волновое сопротивление этого материала должно быть близко к волновому сопротивлению среды, а вязкие потери в нём — минимальны.
    Акустические Л. могут быть твёрдыми, жидкими и газообразными, в последних двух случаях твёрдая оболочка Л. должна обладать наибольшей прозрачностью. Для работы в жидких средах материалом Л. являются пластмассы (n = 0,5-0,8), хлороформ, четырёххлористый углерод (n = 1,3-1,4). Для работы в газах, например в воздухе, наряду с линзами, наполненными водородом или углекислым газом, применяются т. н. неоднородные акустические Л., объём которых заполнен шариками, сетками и т. п. Неоднородные рассеивающие воздушные Л. применяются для улучшения характеристик направленности громкоговорителей. Твёрдые и жидкие Л. служат для получения звуковых изображений, для целей дефектоскопии, медицинской диагностики, а также для концентрации ультразвука при различных его технологических и биологических применениях.
    Лит.: Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., 2 изд., М., 1957.



    Что такое бликовая линза? (И как использовать его для творческих фотографий!)

    Вспышка линзы может звучать как неясный термин фотографии. Но нет никаких сомнений в том, что вы видели это раньше, особенно во многих голливудских фильмах за последнее десятилетие, включая J.J. Серия «Звездный путь» Абрамса.

    Итак, что такое блики на объективе и что их вызывает? Мы ответим на все это в этой статье и дадим вам несколько причин, по которым они могут улучшить ваши изображения.

    A photo of a man working in an office, with a creative lens flare effects coming from the window above his head

    [ Примечание: ExpertPhotography поддерживается читателями.Ссылки на продукты на ExpertPhotography являются реферальными ссылками. Если вы используете один из них и покупаете что-то, мы зарабатываем немного денег. Нужна дополнительная информация? Посмотрите, как все это работает здесь. ]

    Что такое блики на объективе?

    Вспышка линзы происходит, когда солнечный свет попадает на ваш объектив. Положение объектива относительно источника света существенно влияет на размер и вид блика.

    Чем точнее вы направите объектив на свет, тем ярче будут блики. И чем больше вы наклоняете объектив, тем меньше и менее заметным он становится.

    Так что же вызывает классический вид бликов? Когда прямой свет попадает на оптические элементы в линзе, он создает внутренние отражения. Маленькие кружочки, которые вы видите в своей оправе, на самом деле, от всего стекла внутри оправы объектива.

    Если вы присмотритесь, вы также заметите, что вспышки часто выглядят как крошечные многоугольники вместо кругов. Причиной этого является отверстие внутри объектива.

    Диафрагма состоит из маленьких лезвий, которые становятся шире или уже в зависимости от выбранного размера диафрагмы.Большинство линз имеют от 5 до 7 лезвий, в то время как другие имеют от 9 до 14.

    Апертурный механизм с меньшими лопастями часто имеет более многоугольную форму. Между тем объектив с апертурой 9 или 14 лезвий выглядит более круглым. Теперь, почему эта информация актуальна? Потому что эти формы появляются на ваших линзах бликов.

    Итак, вы хотите увидеть, как выглядит механизм? Снимите ствол с камеры и загляните внутрь. Тогда вы увидите, откуда взялись очертания ослепительных шаров!

    А как насчет вспышек в Star Trek? Они вообще не оглядываются! Кинопроизводители часто используют анаморфотные линзы, чтобы создать эффект бликов, который вы видите в кино.Этот тип специального оборудования камеры создает полосы света вместо круглых шаров, потому что они имеют оптику, которая кардинально отличается от обычных объективов.

    photo of a lighthouse with lens flare

    Являются ли блики на объективе плохими?

    В начале Голливуда блики на объективе считались безобразными. Кинопроизводители и производители линз даже пошли на многое, чтобы не допустить их.

    Одна из причин, по которой людям не нравятся вспышки, это призраки.

    Так что же такое на фотографии? Он может проявляться разными способами, но обычно он проявляется в виде ореола, когда свет попадает на элементы линзы.Как правило, он шире, чем четкие сферы, которые вы видите на классическом объективе с бликами, и вызывает помутнение на вашем изображении.

    Помимо обработки линз специальным антибликовым покрытием, кинематографисты также тщательно размещают все свои светильники, чтобы избежать бликов. У большинства кинокамер даже был большой бленда или двери сарая, чтобы предотвратить случайное попадание лучей в стекло.

    По мере того, как в 60-х годах началось все больше экспериментального кинопроизводства, взгляды на блики линз начали меняться. Впервые широко использовавшиеся в фильме «Крутая рука Люка», другие режиссеры вскоре избавились от бленды и сняли свет для творческих целей.В наши дни, почти каждый голливудский фильм имеет эффект бликов из-за его резкого внешнего вида.

    Когда дело доходит до эстетики, кино часто оказывает сильное влияние на фотографию и наоборот. Таким образом, имеет смысл только то, что в конечном итоге и внешний вид вспышки будет воспринят фотографами.

    Использование факелов — это вопрос предпочтений. Некоторые люди любят это, в то время как другие думают, что это отвлекает. Но в надлежащих ситуациях их использование добавляет к фотографиям характер и изюминку, которые в противном случае выглядели бы мягкими.

    photo of a mountain range with lens flare

    Как избавиться от бликов?

    Как мы упоминали ранее, вам не нужно добавлять блики на каждом снимке. А что если вы окажетесь в ситуации, когда вам не нужны блики на объективе, но вы не можете избежать их в своем снимке?

    Одной из областей, которые могут помочь сократить блики на объективе, является использование линз камеры с антибликовым покрытием. К счастью, большинство объективов теперь имеют эту функцию. Но это полезно только для устранения или уменьшения незначительных вспышек.

    Когда речь идет о ярких непрямых вспышках, лучше всего использовать бленду объектива. Поскольку он покрывает боковые стороны объектива камеры, он исключает возможность попадания на стекло источников яркого света.

    Однако даже бленда объектива полезна только для предотвращения бликов под определенными углами. Итак, если вы оказались в ситуации, когда вы вообще не можете от нее избавиться, то редактирование программ может помочь уменьшить или удалить ее. Просто знайте, что вы должны использовать программное обеспечение только в крайнем случае.Тем более что он может не вернуть некоторые детали изображения, если источник света слишком яркий.

    Теперь лучший способ избавиться от вспышки — это избежать ее. Просто снимайте подальше от солнца, и вы исключите любые шансы поймать блики в объективе камеры. И если вам нужна дополнительная безопасность, не стесняйтесь держать бленду объектива на месте.

    A palm tree with lens flare entering from behind

    Как создать блики?

    Понимание того, как происходят различные типы бликов, является ключом к его копированию для творческого использования.

    Ниже приведен список нескольких способов добавить этот эффект освещения к вашей фотографии.

    стрелять в солнце

    Это один из самых простых способов достижения бликов от объектива. Все, что вам нужно сделать, это выстрелить прямо на солнце, и свет будет создавать прекрасные шары, проходя через объектив.

    Однако, вы должны заметить, что эта техника не так проста, как кажется. Иногда солнце оказывалось слишком ярким, чтобы вы вообще не видели своего объекта.Поэтому было бы лучше, если бы вы снимали во время восхода или заката, когда свет не такой резкий.

    Так как вы подсвечиваете свою модель, есть большой шанс, что вы получите силуэт, если не будете осторожны. Лучше всего установить камеру в ручной режим и отрегулировать экспозицию самостоятельно. Это также поможет использовать отражатель или вспышку для освещения вашей модели.

    Кроме того, вы должны использовать режим точечного замера, чтобы вы могли измерять свет на объекте, а не на солнце.

    photo of a girl on top of a building with lens flare

    Угол Света

    Если вы хотите, чтобы свет создавал прекрасные блики, то он должен появляться на вашей фотографии.

    Хорошая засветка объектива зависит от угла света, который коррелирует со временем суток.

    Снимайте во время восхода или заката с бликами от объектива, сбоку от вашей рамки. Не забудьте использовать

    .
    Инженеры разрабатывают компьютеризированную камеру без оптики, которая вместо объектива использует обычное окно — ScienceDaily

    В будущем ветровое стекло вашего автомобиля может превратиться в гигантскую камеру, воспринимающую объекты на дороге. Или каждое окно в доме может быть превращено в камеру безопасности.

    Инженеры-электрики и компьютерные инженеры Университета Юты нашли способ создать безоптическую камеру, в которой обычным стеклом или любым прозрачным окном может стать объектив.

    Об их нововведениях было подробно рассказано в исследовательской работе «Компьютерная обработка изображений с помощью прозрачной камеры без линз», опубликованной в новейшем выпуске Optics Express .Копию статьи, соавтором которой является выпускник Университета штата Юта по электротехнике и вычислительной технике Ганхун Ким, можно скачать здесь.

    Доцент Университета Юты по электротехнике и вычислительной технике Раджеш Менон утверждает, что все камеры были разработаны с идеей, что люди смотрят и дешифруют снимки. Но что, если, по его словам, вы могли бы разработать камеру, которая может интерпретироваться компьютером, на котором работает алгоритм?

    «Почему бы нам не подумать с нуля о разработке камер, оптимизированных для машин, а не людей.Это моя философская мысль «, — говорит он.

    Если обычный датчик цифровой камеры, например датчик для мобильного телефона или зеркальной камеры, направлен на объект без объектива, это приводит к изображению, которое выглядит как пиксельная капля. Но внутри этого сгустка все еще достаточно цифровой информации, чтобы обнаружить объект, если компьютерная программа обучена правильно его идентифицировать. Вы просто создаете алгоритм для декодирования изображения.

    В ходе серии экспериментов Менон и его команда исследователей сфотографировали логотип U-университета Университета Юты, а также видео с анимированной фигуркой, обе из которых были отображены на светодиодном световом табло.Недорогой готовый датчик камеры был подключен к боковой стороне окна из плексигласа, но был направлен в окно, в то время как световая панель была расположена перед панелью под углом 90 градусов от передней части датчика. Результирующее изображение с датчика камеры, с помощью компьютерного процессора, работающего по алгоритму, представляет собой изображение с низким разрешением, но однозначно узнаваемое. По словам Менона, этот метод также позволяет получать как полноценное видео, так и цветные изображения.

    Процесс включает в себя наматывание светоотражающей ленты по краю окна.Большая часть света, исходящего от объекта на изображении, проходит через стекло, но достаточно — около 1% — рассеивается через окно и в датчик камеры для компьютерного алгоритма декодирования изображения.

    Хотя полученной фотографии недостаточно для получения Пулитцеровской премии, этого вполне достаточно для таких приложений, как датчики обхода препятствий для автономных автомобилей. Но Менон говорит, что более мощные сенсоры камеры могут создавать изображения с более высоким разрешением.

    Приложения для камеры без объектива могут быть практически неограниченными.Камеры безопасности могут быть встроены в дом во время строительства с использованием окон в качестве линз. Это может быть использовано в очках дополненной реальности, чтобы уменьшить их объем. В современных AR-очках камеры должны быть направлены на глаза пользователя, чтобы отслеживать их положение, но с помощью этой технологии они могут быть расположены по бокам объектива, чтобы уменьшить размер. Лобовое стекло автомобиля может иметь несколько камер по краям для сбора дополнительной информации. И эта технология также может быть использована в сетчатке или других биометрических сканерах, которые обычно имеют камеры, направленные на глаз.

    «Это не универсальное решение, но оно открывает интересный подход к системам визуализации», — говорит Менон.

    Отсюда Менон и его команда продолжат разработку системы, включая 3-D изображения, более высокое цветное разрешение и фотографирование объектов в обычном домашнем освещении. Его текущие эксперименты включали в себя фотографирование самосветящихся изображений с светового табло.

    История Источник:

    Материалы предоставлены Университетом Юты . Примечание: содержимое может быть отредактировано по стилю и длине.

    ,

    Write a Comment

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *