Линза

Двояковыпуклая линза

Линзы можно использовать для фокусировки света

Линза представляет собой пропускающий оптический прибор, фокусы или рассеивает свет луча с помощью преломления . Простая линза состоит из цельного куска прозрачного материала , в то время как соединение линза состоит из нескольких простых линз ( элементов ), как правило , расположенных вдоль общей оси . Линзы изготавливаются из таких материалов, как стекло или пластик , шлифуются и полируются или формуются для придания желаемой формы. Линза может фокусировать свет для формирования изображения , в отличие отпризма , которая преломляет свет без фокусировки. Устройства, которые аналогичным образом фокусируют или рассеивают волны и излучение, отличное от видимого света, также называются линзами, например линзами микроволнового излучения , электронными линзами , акустическими линзами или взрывными линзами .

Линзы используются в различных устройствах обработки изображений, таких как телескопы , бинокли и фотоаппараты . Они также используются в качестве наглядных пособий в очках для коррекции дефектов зрения, таких как миопия и гиперметропия .

История [ править ]

Слово линза происходит от латинского названия чечевицы lēns , потому что двояковыпуклая линза имеет форму чечевицы. Чечевица также дает название геометрической фигуре . ^[1]

Некоторые ученые утверждают, что археологические свидетельства указывают на широкое использование линз в древности на протяжении нескольких тысячелетий. ^[2] Так называемая линза Нимруда - это артефакт из горного хрусталя, датируемый 7 веком до нашей эры, который мог использоваться или не использоваться в качестве увеличительного стекла или горящего стекла. ^{[3] [4] [5]} Другие предположили, что некоторые египетские иероглифы изображают «простые стеклянные менисковые линзы». ^{[6] [ требуется проверка ]}

Самым древним упоминанием об использовании линз является пьеса Аристофана « Облака» (424 г. до н.э.), в которой упоминается горящее стекло. ^[7] Плиний Старший (I век) подтверждает, что горящие стаканы были известны в римский период. ^[8] Плиний также имеет самую раннюю известную ссылку на использование корректирующих линз, когда он упоминает, что Нерон, как говорят, наблюдал за гладиаторскими играми, используя изумруд (предположительно вогнутый для коррекции близорукости , хотя ссылка расплывчата). ^[9] И Плиний, и Сенека Младший. (3 г. до н.э. – 65 г. н.э.) описал увеличивающий эффект стеклянного шара, наполненного водой.

Птолемей (II век) написал книгу по оптике , которая, однако, сохранилась только в латинском переводе неполного и очень плохого арабского перевода. Однако книга была принята средневековыми учеными в исламском мире и прокомментирована Ибн Салом (10 век), который, в свою очередь, был улучшен Альхазеном ( Книга оптики , 11 век). Арабский перевод Оптики Птолемея стал доступен в латинском переводе в XII веке ( Евгений Палермский, 1154). Между XI и XIII веками " камни для чтения""были изобретены. Это были примитивные плоско-выпуклые линзы, первоначально сделанные путем разрезания стеклянной сферы пополам. Средневековые (11 или 12 век) линзы Visby из горного хрусталя могли или не могли быть предназначены для использования в качестве горящих очков. ^[10]

Очки были изобретены как усовершенствование «камней для чтения» периода высокого средневековья в Северной Италии во второй половине 13 века. ^[11] Это было началом оптической индустрии шлифовки и полировки линз для очков, сначала в Венеции и Флоренции в конце 13 века ^[12], а затем в центрах производства очков в Нидерландах и Германии. ^[13] Создатели очков создали улучшенные типы линз для коррекции зрения, основанные больше на эмпирических знаниях, полученных при наблюдении за эффектами линз (вероятно, без знания элементарной оптической теории того времени). ^{[14] [15]}Практическое развитие и эксперименты с линзами привели к изобретению составного оптического микроскопа около 1595 года и рефракционного телескопа в 1608 году, оба из которых появились в центрах изготовления очков в Нидерландах . ^{[16] [17]}

С изобретением телескопа и микроскопа в 17 и начале 18 веков было проведено множество экспериментов с формами линз теми, кто пытался исправить хроматические ошибки, наблюдаемые в линзах. Оптики пытались конструировать линзы различной формы кривизны, ошибочно полагая, что ошибки возникли из-за дефектов сферической формы их поверхностей. ^[18] Оптическая теория преломления и эксперименты показали, что ни один одноэлементный объектив не может сфокусировать все цвета. Это привело к изобретению соединения ахроматической линзы по Chester Moore Hall в Англии в 1733 году, изобретение также утверждала , поддерживающий англичанин Доллонд в 1758 патенте.

Построение простых линз [ править ]

Большинство линз представляют собой сферические линзы : их две поверхности являются частями поверхностей сфер. Каждая поверхность может быть выпуклой (выступающей наружу из линзы), вогнутой (вдавленной в линзу) или плоской (плоской). Линия, соединяющая центры сфер, составляющих поверхности линзы, называется осью линзы. Обычно ось линзы проходит через физический центр линзы из-за способа их изготовления. После изготовления линзы можно разрезать или отшлифовать, чтобы придать им другую форму или размер. В этом случае ось линзы может не проходить через физический центр линзы.

Торические или сферо-цилиндрические линзы имеют поверхности с двумя разными радиусами кривизны в двух ортогональных плоскостях. У них разная фокусная сила в разных меридианах. Это формирует астигматическую линзу. Примером могут служить линзы для очков, которые используются для коррекции астигматизма в глазу.

Типы простых линз [ править ]

Линзы классифицируются по кривизне двух оптических поверхностей. Объектив является двояковыпуклой (или двойной выпуклой , или просто выпуклой ) , если обе поверхности являются выпуклыми . Если обе поверхности имеют одинаковый радиус кривизны, линза будет равновыпуклой . Линза с двумя вогнутыми поверхностями бывает двояковогнутой (или просто вогнутой ). Если одна из поверхностей плоская, линза будет плосковыпуклой или плосковогнутой в зависимости от кривизны другой поверхности. Линза с одной выпуклой и одной вогнутой стороной бывает выпукло-вогнутой или менисковой.. Именно этот тип линз чаще всего используется в корректирующих линзах .

Если линза двояковыпуклая или плосковыпуклая, коллимированный луч света, проходящий через линзу, сходится к точке ( фокусу ) за линзой. В этом случае линза называется положительной или собирающей линзой. Для тонкой линзы в воздухе расстояние от линзы до пятна - это фокусное расстояние линзы, которое обычно обозначается буквой f на диаграммах и уравнениях. Расширен полусферическая линза представляет собой особый тип плосковыпуклой линзы, в котором криволинейная поверхность на объективе является полным полушарием и объектив намного толще , чем радиус кривизны.

Если линза двояковогнутая или плосковогнутая, коллимированный луч света, проходящий через линзу, расходится (рассеивается); линзу , таким образом , называют отрицательной или расходящимся объективом. Луч, пройдя через линзу, кажется, исходит из определенной точки на оси перед линзой. Для тонкой линзы в воздухе расстояние от этой точки до линзы является фокусным расстоянием, хотя оно отрицательно по сравнению с фокусным расстоянием собирающей линзы.

Выпукло-вогнутые (менисковые) линзы могут быть как положительными, так и отрицательными, в зависимости от относительной кривизны двух поверхностей. Отрицательный мениск линза имеет более крутую поверхность вогнутой и тоньше в центре , чем на периферии. И наоборот, линза с положительным мениском имеет более крутую выпуклую поверхность и толще в центре, чем на периферии. Идеальная тонкая линза с двумя поверхностями одинаковой кривизны имела бы нулевую оптическую силу., что означает, что он не будет ни сходиться, ни рассеивать свет. Однако все настоящие линзы имеют ненулевую толщину, что делает реальную линзу с идентичными изогнутыми поверхностями слегка положительной. Чтобы получить точно нулевую оптическую силу, менисковая линза должна иметь слегка неодинаковую кривизну, чтобы учесть влияние толщины линзы.

Уравнение Lensmaker [ править ]

Фокусное расстояние линзы в воздухе можно рассчитать по уравнению производителя линз : ^[19]

${\displaystyle {\frac {1}{f}}=(n-1)\left[{\frac {1}{R_{1}}}-{\frac {1}{R_{2}}}+{\frac {(n-1)d}{nR_{1}R_{2}}}\right],}$

куда

${\displaystyle f}$ - фокусное расстояние объектива,

${\displaystyle n}$- показатель преломления материала линзы,

${\displaystyle R_{1}}$- радиус кривизны (со знаком, см. ниже) поверхности линзы ближе к источнику света,

${\displaystyle R_{2}}$ - радиус кривизны поверхности линзы дальше от источника света, а

${\displaystyle d}$- толщина линзы (расстояние по оси линзы между двумя вершинами поверхности ).

Фокусное расстояние f положительно для собирающих линз и отрицательно для расходящихся линз. Величина, обратная фокусному расстоянию, 1 / f , представляет собой оптическую силу линзы. Если фокусное расстояние указано в метрах, это дает оптическую силу в диоптриях (обратных метрах).

Объективы имеют такое же фокусное расстояние, когда свет движется от задней части к передней, как и когда свет идет от передней части к задней. Другие свойства линзы, такие как аберрации , не одинаковы в обоих направлениях.

Соглашение о знаках для радиусов кривизны R ₁ и R ₂ [ править ]

Знаки радиусов кривизны линзы указывают, являются ли соответствующие поверхности выпуклыми или вогнутыми. Знак конвенция используется для представления это зависит, но в этой статье дается положительный R обозначает центр поверхности по кривизны дальше в направлении луча перемещения (справа, на прилагаемые диаграммах), в то время как отрицательный R означает , что лучи , идущие к поверхности уже прошли центр кривизны. Следовательно, для внешних поверхностей линз, как показано выше, R ₁ > 0 и R ₂ <0 обозначают выпуклые поверхности (используемые для сведения света в положительной линзе), а R ₁<0 и R ₂ > 0 обозначают вогнутые поверхности. Величина, обратная радиусу кривизны, называется кривизной . Плоская поверхность имеет нулевую кривизну, а ее радиус кривизны бесконечен .

Аппроксимация тонкой линзы [ править ]

Если d мало по сравнению с R ₁ и R ₂ , то можно сделать приближение тонкой линзы . Для линзы, находящейся в воздухе, тогда f определяется как

${\displaystyle {\frac {1}{f}}\approx \left(n-1\right)\left[{\frac {1}{R_{1}}}-{\frac {1}{R_{2}}}\right].}$^[20]

Свойства изображения [ править ]

Как упоминалось выше, положительная или собирающая линза в воздухе фокусирует коллимированный луч, идущий вдоль оси линзы, в точку (известную как фокусная точка ) на расстоянии f от линзы. И наоборот, точечный источник света, помещенный в точку фокусировки, преобразуется линзой в коллимированный луч. Эти два случая являются примерами формирования изображения в линзах. В первом случае объект на бесконечном расстоянии (представленный коллимированным пучком волн) фокусируется на изображение в фокусной точке линзы. В последнем случае объект на фокусном расстоянии от линзы отображается на бесконечности. Плоскость, перпендикулярная оси линзы, расположенная на расстоянии f от линзы, называется фокальной плоскостью..

Если расстояния от объекта до линзы и от линзы до изображения равны S ₁ и S ₂ соответственно, для линзы незначительной толщины ( тонкая линза ) в воздухе, расстояния связаны формулой тонкой линзы : ^{[21 ] [22] [23]}

${\displaystyle {\frac {1}{S_{1}}}+{\frac {1}{S_{2}}}={\frac {1}{f}}.}$

Это также можно представить в «ньютоновской» форме:

${\displaystyle x_{1}x_{2}=f^{2},\!}$^[24]

где и .${\displaystyle x_{1}=S_{1}-f}$${\displaystyle x_{2}=S_{2}-f}$

Следовательно, если объект расположен на расстоянии S ₁ > f от положительной линзы с фокусным расстоянием f , мы найдем расстояние S _{2 изображения в} соответствии с этой формулой. Если разместить экран на расстоянии S ₂ с противоположной стороны линзы, на нем формируется изображение. Такое изображение, которое можно проецировать на экран или датчик изображения , называется реальным изображением . В качестве альтернативы, это реальное изображение также можно увидеть человеческими глазами , как показано на рисунке ниже (с надписью «Выпуклая линза ( f ≪ S ₁ ), формирующая реальное перевернутое изображение ...»).

Это принцип камеры и человеческого глаза . Регулировка фокусировки камеры регулирует S ₂ , так как использование расстояния изображения, отличного от требуемого этой формулой, дает расфокусированное (нечеткое) изображение для объекта на расстоянии S ₁ от камеры. Другими словами, изменение S ₂ приводит к тому, что объекты на другом S ₁ будут идеально сфокусированы.

В некоторых случаях S ₂ является отрицательным, что указывает на то, что изображение формируется на стороне линзы, противоположной той, где учитываются эти лучи. Поскольку расходящиеся световые лучи, исходящие из линзы, никогда не попадают в фокус, и эти лучи физически не присутствуют в той точке, где они кажутся формирующими изображение, это называется виртуальным изображением . В отличие от реальных изображений, виртуальное изображение не может быть спроецировано на экран, но для наблюдателя, смотрящего через линзу, оно кажется реальным объектом в месте расположения этого виртуального изображения. Аналогичным образом, последующему объективу кажется, что это объект в этом месте, так что второй объектив может снова сфокусировать этот свет на реальное изображение, S ₁затем измеряется от местоположения виртуального изображения за первой линзой до второй линзы. Именно это и делает глаз, смотрящий через увеличительное стекло . Увеличительное стекло создает (увеличенное) виртуальное изображение за увеличительным стеклом, но эти лучи затем повторно отображаются линзой глаза, чтобы создать реальное изображение на сетчатке .

При использовании положительной линзы с фокусным расстоянием f виртуальное изображение получается, когда S ₁ < f , линза, таким образом, используется как увеличительное стекло (а не если S ₁ >> f, как для камеры). Использование отрицательной линзы ( f <0 ) с реальным объектом ( S ₁ > 0 ) может создать только виртуальное изображение ( S ₂ <0 ) в соответствии с приведенной выше формулой. Также возможно, что расстояние до объекта S ₁ будет отрицательным, и в этом случае линза видит так называемый виртуальный объект.. Это происходит, когда линза вставляется в сходящийся луч (фокусируется предыдущей линзой) до того места, где находится ее реальное изображение. В этом случае даже негативная линза может проецировать реальное изображение, как это делает линза Барлоу .

Для тонкой линзы расстояния S ₁ и S ₂ измеряются от объекта и изображения до положения линзы, как описано выше. Когда толщина линзы не намного меньше, чем S ₁ и S _2, или имеется несколько линзовых элементов ( составная линза ), вместо этого необходимо проводить измерения от объекта и изображения до главных плоскостей линзы. Если расстояния S ₁ или S ₂ проходят через среду, отличную от воздуха или вакуума, требуется более сложный анализ.

Увеличение [ править ]

Линейное увеличение системы визуализации с использованием одной линзы определяется выражением

${\displaystyle M=-{\frac {S_{2}}{S_{1}}}={\frac {f}{f-S_{1}}},}$

где M - коэффициент увеличения, определяемый как отношение размера изображения к размеру объекта. Знаковое соглашение здесь гласит, что если M отрицательно, как для реальных изображений, изображение перевернуто по отношению к объекту. Для виртуальных изображений M положительно, поэтому изображение находится в вертикальном положении.

Эта формула увеличения обеспечивает два простых способа различить собирающуюся ( f> 0 ) и расходящуюся ( f <0 ) линзы: для объекта, очень близкого к линзе ( 0 < S ₁ <| f | ), собирающая линза будет образовывать увеличенную (большее) виртуальное изображение, тогда как расходящаяся линза будет формировать уменьшенное (меньшее) изображение; Для объекта, находящегося очень далеко от линзы ( S ₁ > | f |> 0 ), собирающая линза будет формировать перевернутое изображение, тогда как расходящаяся линза будет формировать прямое изображение.

Линейное увеличение M не всегда является самым полезным показателем увеличения. Например, при описании визуального телескопа или бинокля, которые производят только виртуальное изображение, можно будет больше интересоваться угловым увеличением, которое выражает, насколько более далекий объект кажется через телескоп по сравнению с невооруженным глазом. В случае камеры можно процитировать пластинчатую шкалу , которая сравнивает видимый (угловой) размер удаленного объекта с размером реального изображения, полученного в фокусе. Масштаб пластинки - это величина, обратная фокусному расстоянию объектива камеры; Линзы делятся на длиннофокусные или широкоугольные линзы в зависимости от их фокусного расстояния.

Использование несоответствующего измерения увеличения может быть формально правильным, но дать бессмысленное число. Например, при использовании увеличительного стекла с фокусным расстоянием 5 см, расположенного на расстоянии 20 см от глаза и 5 см от объекта, создается виртуальное изображение бесконечного линейного размера на бесконечности: M = ∞ . Но угловое увеличение составляет 5, что означает, что объект кажется глазу в 5 раз больше, чем без линзы. При съемке Луны фотоаппаратом с объективом 50 мм линейное увеличение M ≈ не заботит.−50 мм /380 000  км =−1,3 × 10 ⁻¹⁰ . Скорее, масштаб пластины камеры составляет примерно 1 ° / мм, из чего можно сделать вывод, что изображение 0,5 мм на пленке соответствует угловому размеру Луны, наблюдаемому с Земли, примерно 0,5 °.

В крайнем случае, когда объект находится на бесконечном расстоянии, S ₁ = ∞ , S ₂ = f и M = - f / ∞ = 0 , что указывает на то, что объект будет отображен в одной точке в фокальной плоскости. Фактически, диаметр проецируемого пятна на самом деле не равен нулю, поскольку дифракция накладывает нижний предел на размер функции рассеяния точки . Это называется дифракционным пределом .

Аберрации [ править ]

Линзы не формируют идеальное изображение, а линза всегда вносит некоторую степень искажения или аберрации, которая делает изображение несовершенной копией объекта. Тщательная конструкция системы линз для конкретного применения сводит к минимуму аберрации. На качество изображения влияют несколько типов аберраций, включая сферическую аберрацию, кому и хроматическую аберрацию.

Сферическая аберрация [ править ]

Сферическая аберрация возникает из-за того, что сферические поверхности не являются идеальной формой для линз, но на сегодняшний день являются самой простой формой, до которой стекло можно шлифовать и полировать , и поэтому они часто используются. Сферическая аберрация приводит к тому, что лучи, параллельные оси линзы, но удаленные от нее, фокусируются в несколько ином месте, чем лучи, расположенные близко к оси. Это проявляется в размытии изображения. Сферическую аберрацию можно минимизировать с помощью линз нормальной формы, тщательно выбирая кривизну поверхности для конкретного применения. Например, плоско-выпуклая линза, которая используется для фокусировки коллимированного луча, создает более резкое фокусное пятно, когда используется выпуклой стороной к источнику луча.

Кома [ править ]

Кома , или коматическая аберрация , получила свое название от кометоподобного вида аберрированного изображения. Кома возникает, когда объект отображается за пределами оптической оси линзы, когда лучи проходят через линзу под углом к ​​оси θ. Лучи, проходящие через центр линзы с фокусным расстоянием f , фокусируются в точке на расстоянии f tan θ от оси. Лучи, проходящие через внешние края линзы, фокусируются в разных точках, либо дальше от оси (положительная кома), либо ближе к оси (отрицательная кома). Как правило, пучок параллельных лучей, проходящих через линзу на фиксированном расстоянии от центра линзы, фокусируется на кольцеобразное изображение в фокальной плоскости, известное каккоматический круг . Сумма всех этих кругов дает V-образную или кометоподобную вспышку. Как и в случае со сферической аберрацией, кома может быть минимизирована (а в некоторых случаях устранена) путем выбора кривизны двух поверхностей линз в соответствии с приложением. Линзы, в которых минимизированы как сферическая аберрация, так и кома, называются линзами Bestform .

Хроматическая аберрация [ править ]

Хроматической аберрации обусловлено дисперсией линзового материала-изменения его показателя преломления , п , с длиной волны света. Поскольку из приведенных выше формул f зависит от n , следует, что свет с разной длиной волны фокусируется в разные положения. Хроматическая аберрация объектива видна как цветные полосы вокруг изображения. Его можно минимизировать, используя ахроматический дублет (или ахроматический дублет).), в котором два материала с разной дисперсией связаны вместе, образуя единую линзу. Это уменьшает количество хроматических аберраций в определенном диапазоне длин волн, хотя и не дает идеальной коррекции. Использование ахроматов было важным шагом в развитии оптического микроскопа. Apochromat представляет собой линзу или линзу системы с еще лучше хроматической коррекцией аберрации, в сочетании с улучшенной коррекцией сферической аберрации. Апохроматы намного дороже ахроматов.

Для минимизации хроматической аберрации также могут использоваться различные материалы линз, такие как специальные покрытия или линзы из кристаллического флюорита . Это встречающееся в природе вещество имеет наивысшее из известных чисел Аббе , что указывает на низкую дисперсность материала.

Другие типы аберрации [ править ]

Другие виды аберраций включают кривизну поля , ствол и искажение подушкообразного и астигматизм .

Апертурная дифракция [ править ]

Даже если линза сконструирована так, чтобы минимизировать или устранить аберрации, описанные выше, качество изображения по-прежнему ограничено дифракцией света, проходящего через конечную апертуру линзы . Дифракционной линзы, в которой аберрации были уменьшены до точки , где качество изображения в основном ограничивается дифракцией в условиях проектирования.

Составные линзы [ править ]

Простые линзы подвержены описанным выше оптическим аберрациям . Во многих случаях эти аберрации можно в значительной степени компенсировать, используя комбинацию простых линз с дополнительными аберрациями. Соединение линза представляет собой набор простых линз различной формы и изготовлены из материалов различных показателей преломления, расположенных друг за другом с общей осью.

В простейшем случае линзы находятся в контакте: если линзы с фокусными расстояниями f ₁ и f ₂ « тонкие », комбинированное фокусное расстояние f линз определяется выражением

${\displaystyle {\frac {1}{f}}={\frac {1}{f_{1}}}+{\frac {1}{f_{2}}}.}$

Поскольку 1 / f - это оптическая сила линзы, можно видеть, что оптическая сила тонких контактных линз складывается.

Если две тонкие линзы разделены в воздухе на некоторое расстояние d , фокусное расстояние для комбинированной системы определяется выражением

${\displaystyle {\frac {1}{f}}={\frac {1}{f_{1}}}+{\frac {1}{f_{2}}}-{\frac {d}{f_{1}f_{2}}}.}$

Расстояние от передней фокусной точки комбинированных линз до первой линзы называется передним фокусным расстоянием (FFL):

${\displaystyle {\text{FFL}}={\frac {f_{1}(f_{2}-d)}{(f_{1}+f_{2})-d}}.}$^[26]

Точно так же расстояние от второй линзы до задней фокальной точки комбинированной системы является задним фокусным расстоянием (BFL):

${\displaystyle {\text{BFL}}={\frac {f_{2}(d-f_{1})}{d-(f_{1}+f_{2})}}.}$

Поскольку d стремится к нулю, фокусные расстояния стремятся к значению f, заданному для тонких линз, находящихся в контакте.

Если расстояние разделения равно сумме фокусных расстояний ( d  =  f ₁  +  f ₂ ), FFL и BFL бесконечны. Это соответствует паре линз, которые преобразуют параллельный (коллимированный) пучок в другой коллимированный пучок. Этот тип системы называется афокальной системой , так как она не дает чистой конвергенции или расходимости луча. Две линзы на таком расстоянии образуют простейший тип оптического телескопа . Хотя система не изменяет расходимость коллимированного луча, она меняет ширину луча. Увеличение такого телескопа равно

${\displaystyle M=-{\frac {f_{2}}{f_{1}}},}$

который представляет собой отношение ширины выходного луча к ширине входного луча. Обратите внимание на соглашение о знаках: телескоп с двумя выпуклыми линзами ( f ₁ > 0, f ₂ > 0) дает отрицательное увеличение, указывая на перевернутое изображение. Выпуклая и вогнутая линзы ( f ₁ > 0> f ₂ ) дают положительное увеличение, и изображение получается вертикальным. Для получения дополнительной информации о простых оптических телескопах см. Рефракционный телескоп § Конструкции преломляющих телескопов .

Несферические типы [ править ]

Цилиндрические линзы имеют кривизну только по одной оси. Они используются для фокусировки света в линию или для преобразования эллиптического света от лазерного диода в круглый луч. Они также используются в кинематографических анаморфных линзах .

У асферических линз есть по крайней мере одна поверхность, которая не является ни сферической, ни цилиндрической. Более сложные формы позволяют таким линзам формировать изображения с меньшими аберрациями, чем стандартные простые линзы, но их производство сложнее и дороже. Раньше их было сложно производить и часто было очень дорого, но достижения в области технологий значительно снизили стоимость производства таких линз.

Линзы Френеля имеет свою оптическую поверхность разбивается на узкие кольца, что позволяет объектив быть намного тоньше и легче , чем обычные объективы. Прочные линзы Френеля могут быть отлиты из пластика и стоят недорого.

Лентикулярные линзы представляют собой массивы микролинз , которые используются при лентикулярной печати для создания изображений, которые имеют иллюзию глубины или которые меняются при просмотре под разными углами.

Бифокальная линза имеет два или более или градуированных фокусных расстояния, встроенных в линзу.

Индекс градиента линза имеет плоские оптические поверхности, но имеет радиальное или осевое изменение показателя преломления , который вызывает свет , проходящие через линзу , чтобы быть сфокусирован.

Аксикон имеет коническую оптическую поверхность. Она изображения А точечный источник в линию вдоль по оптической оси , или преобразует лазерный луч в кольцо. ^[27]

Дифракционные оптические элементы могут выполнять функции линз.

Суперлинзы сделаны из метаматериалов с отрицательным показателем преломления и утверждают, что позволяют получать изображения с пространственным разрешением, превышающим дифракционный предел . ^[28] Первые суперлинзы были сделаны в 2004 году с использованием такого метаматериала для микроволн. ^[28] Улучшенные версии были сделаны другими исследователями. ^{[29] [30]} По состоянию на 2014 год ^[update]суперлинза еще не была продемонстрирована в видимом или ближнем инфракрасном диапазоне длин волн. ^[31]

Разработан прототип плоской сверхтонкой линзы без кривизны. ^[32]

Использует [ редактировать ]

Одиночная выпуклая линза, закрепленная в оправе с ручкой или стойкой, представляет собой увеличительное стекло .

Линзы используются в качестве протезов для коррекции аномалий рефракции, таких как миопия , гиперметропия , пресбиопия и астигматизм . (См. Корректирующие линзы , контактные линзы , очки .) Большинство линз, используемых для других целей, имеют строгую осевую симметрию ; линзы очков только приблизительно симметричны. Обычно они имеют форму, чтобы поместиться в примерно овальную, а не круглую рамку; оптические центры расположены над глазными яблоками ; их кривизна может не быть осесимметричной для коррекции астигматизма . Линзы солнцезащитных очковпредназначены для ослабления света; Линзы для солнцезащитных очков, которые также корректируют нарушения зрения, могут быть изготовлены на заказ.

Другое использование - в системах формирования изображений, таких как монокуляры , бинокли , телескопы , микроскопы , камеры и проекторы . Некоторые из этих инструментов создают виртуальное изображение при приложении к человеческому глазу; другие создают реальное изображение, которое можно зафиксировать на фотопленке или оптическом датчике или просмотреть на экране. В этих устройствах линзы иногда объединяются с изогнутыми зеркалами для создания катадиоптрической системы, в которой сферическая аберрация линзы корректирует противоположную аберрацию в зеркале (например, Шмидта).и корректоры мениска ).

Выпуклые линзы создают в фокусе изображение объекта на бесконечности; если изображение солнца , большая часть видимого и инфракрасного света, падающего на линзу, концентрируется в небольшом изображении. Большая линза создает достаточно яркости, чтобы сжечь воспламеняющийся объект в точке фокусировки. Поскольку воспламенение может быть достигнуто даже с помощью плохо сделанной линзы, линзы использовались в качестве горящих очков не менее 2400 лет. ^[7] Современное применение - использование относительно больших линз для концентрации солнечной энергии на относительно небольших фотоэлектрических элементах , собирая больше энергии без необходимости использования более крупных и дорогих элементов.

В радиоастрономических и радиолокационных системах часто используются диэлектрические линзы , обычно называемые линзовой антенной, для преломления электромагнитного излучения в коллекторную антенну.

Линзы могут поцарапаться и поцарапаться. Чтобы это контролировать, доступны стойкие к истиранию покрытия. ^[33]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Библиография [ править ]

• Хехт, Юджин (1987). Оптика (2-е изд.). Эддисон Уэсли. ISBN 978-0-201-11609-0. Главы 5 и 6.
• Хехт, Юджин (2002). Оптика (4-е изд.). Эддисон Уэсли. ISBN 978-0-321-18878-6.
• Грейвенкамп, Джон Э. (2004). Полевое руководство по геометрической оптике . SPIE Field Guides vol. FG01 . ШПИОН. ISBN 978-0-8194-5294-8.

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме линз .

• глава из онлайн-учебника по преломлению и линзам
• Тонкие сферические линзы (.pdf) в проекте PHYSNET .
• Статья об объективах на digitalartform.com
• Статья о древнеегипетских линзах
• FDTD Анимация распространения электромагнитного излучения через выпуклую линзу (на и вне оси) Видео на YouTube
• Использование увеличительных линз в классическом мире
• Хенкер, Отто (1911). «Линза»  . Британская энциклопедия . 16 (11-е изд.). С. 421–427. (с 21 схемой)

Моделирование [ править ]

• Обучение с помощью моделирования - вогнутые и выпуклые линзы
• OpticalRayTracer - имитатор линз с открытым исходным кодом (загружаемый java)
• Видео с имитацией света при прохождении выпуклой линзы Видео на YouTube
• Анимация, демонстрирующая объектив QED