Quel est l'objectif d'une lentille en physique. Lentilles

Une lentille est un composant optique fabriqué à partir d'un matériau transparent (verre optique ou plastique) et doté de deux surfaces polies réfractives (plates ou sphériques). La lentille la plus ancienne découverte par les archéologues à Nimrud a environ 3 000 ans.

Cela suggère que les gens s'intéressent à l'optique depuis des temps très anciens et ont essayé de l'utiliser pour créer divers équipements qui pourraient aider à la vie quotidienne. L'armée romaine utilisait des lentilles pour faire du feu conditions de randonnée, et l'empereur Néron a utilisé l'émeraude concave comme remède à sa myopie.

Au fil du temps, l'optique a été étroitement intégrée à la médecine, ce qui a permis de créer des dispositifs de correction de la vue tels que des oculaires, des lunettes et lentilles de contact. De plus, les lentilles elles-mêmes se sont répandues dans diverses technologies de haute précision, qui ont permis de changer radicalement les idées d’une personne sur le monde qui l’entoure.

Qu'est-ce qu'un objectif, quelles sont ses propriétés et caractéristiques ?

Toute lentille en coupe transversale peut être représentée comme deux prismes placés l'un sur l'autre. Selon le côté où ils sont en contact l'un avec l'autre, l'effet optique de la lentille sera différent, ainsi que son type (convexe ou concave).

Voyons plus en détail ce qu'est un objectif. Par exemple, si vous prenez un morceau de nourriture ordinaire verre à vitre, dont les bords sont parallèles, on obtient une distorsion totalement insignifiante image visible. C'est-à-dire qu'un rayon de lumière entrant dans le verre sera réfracté et après avoir traversé le deuxième bord et entré dans l'air, il reviendra à son angle précédent avec un léger décalage, qui dépend de l'épaisseur du verre. Mais si les plans de verre forment un angle les uns par rapport aux autres (par exemple, comme dans un prisme), alors le rayon, quel que soit son angle, après avoir frappé le corps de verre donné, sera réfracté et sortira par sa base. Cette règle, qui permet de contrôler le flux lumineux, est à la base de tous les verres. Il convient de noter que toutes les caractéristiques des objectifs et des dispositifs optiques sont basées sur ceux-ci.

Quels types de lentilles existe-t-il en physique ?

Il n’existe que deux principaux types de lentilles : concaves et convexes, également appelées divergentes et convergentes. Ils permettent de diviser un faisceau lumineux ou, à l'inverse, de le concentrer en un point à une certaine distance focale.

La lentille convexe a des bords fins et un centre épais, ce qui la rend
apparaît comme deux prismes reliés par leurs bases. Cette fonctionnalité vous permet de collecter tous les rayons de lumière provenant de différents angles vers un point central. Ce sont précisément ces appareils que les Romains utilisaient pour allumer des incendies, car les rayons focalisés soleil a permis de créer une température très élevée dans une petite zone d'un objet hautement inflammable.

Dans quels appareils et pour quoi les lentilles sont-elles utilisées ?

Depuis longtemps, les gens savaient ce qu’était un objectif. Ce détail a été utilisé dans les premiers verres apparus dans les années 1280 en Italie. Plus tard, ils ont été créés télescopes, télescopes, jumelles et de nombreux autres appareils, composés de nombreux diverses lentilles et a permis d'étendre considérablement les capacités de l'œil humain. Les microscopes ont été construits sur les mêmes principes, ce qui a eu un impact significatif sur le développement de la science dans son ensemble.

Les premiers téléviseurs étaient équipés d’objectifs géants qui agrandissaient l’image.
à partir d'écrans miniatures et a permis d'examiner l'image plus en détail. Tous les équipements vidéo et photographiques, dès les premiers appareils, sont équipés d'objectifs. Ils sont installés dans l'objectif afin que l'opérateur ou le photographe puisse faire la mise au point ou effectuer un zoom avant/arrière sur l'image dans le cadre.

Le plus moderne téléphones portables avoir des appareils photo à mise au point automatique qui utilisent des objectifs miniatures pour prendre des photographies claires d'objets situés à quelques centimètres ou plusieurs kilomètres de l'objectif de l'appareil.

N'oubliez pas les télescopes spatiaux modernes (comme Hubble) et les microscopes de laboratoire, qui disposent également de lentilles de haute précision. Ces appareils donnent à l’humanité la possibilité de voir ce qui était auparavant inaccessible à notre vision. Grâce à eux, nous pouvons étudier plus en détail le monde qui nous entoure.

Qu'est-ce qu'une lentille de contact et pourquoi est-elle nécessaire ?

Les lentilles de contact sont de petites lentilles transparentes fabriquées à partir de matériaux souples ou
matériaux rigides destinés à être portés directement sur les yeux à des fins de correction de la vue. Ils ont été conçus par Léonard de Vinci en 1508, mais n'ont été produits qu'en 1888. Initialement, les lentilles étaient fabriquées uniquement à partir de matériaux durs, mais au fil du temps, de nouveaux polymères ont été synthétisés, ce qui a permis de créer lentilles souples, presque imperceptible lors d'une utilisation quotidienne.

Si vous souhaitez acheter des lentilles de contact, lisez l'article pour en savoir plus sur cet appareil.

Contrairement aux diffuseurs prismatiques et autres, les lentilles des appareils d'éclairage sont presque toujours utilisées pour l'éclairage ponctuel. Généralement, les systèmes optiques utilisant des lentilles sont constitués d'un réflecteur (réflecteur) et d'une ou plusieurs lentilles.

Les lentilles convergentes dirigent la lumière d’une source située au point focal vers un faisceau de lumière parallèle. En règle générale, ils sont utilisés dans les structures d'éclairage avec un réflecteur. Le réflecteur dirige le flux lumineux sous la forme d'un faisceau dans la direction souhaitée et la lentille concentre (collecte) la lumière. La distance entre la lentille convergente et la source lumineuse varie généralement, ce qui vous permet d'ajuster l'angle que vous souhaitez obtenir.

Un système composé à la fois d'une source de lumière et d'une lentille collectrice (à gauche) et un système similaire composé d'une source et d'une lentille de Fresnel (à droite). L'angle du flux lumineux peut être modifié en modifiant la distance entre la lentille et la source lumineuse.

Les lentilles de Fresnel sont constituées de segments concentriques distincts en forme d’anneau, adjacents les uns aux autres. Ils ont reçu leur nom en l'honneur du physicien français Augustin Fresnel, qui a été le premier à proposer et à mettre en pratique une telle conception dans les luminaires des phares. Effet optique de ces lentilles est comparable à l’effet de l’utilisation de lentilles traditionnelles forme similaire ou courbure.

Cependant, les lentilles de Fresnel présentent un certain nombre d'avantages grâce auxquels on les trouve large application dans les structures d'éclairage. En particulier, elles sont beaucoup plus fines et moins chères à fabriquer que les lentilles convergentes. Les designers Francisco Gomez Paz et Paolo Rizzatto n'ont pas manqué de profiter de ces caractéristiques en travaillant sur une gamme de modèles lumineux et magiques.

Fabriquées à partir de polycarbonate léger et fin, les « feuilles » Hope, comme les appelle Gomez Paz, ne sont rien de plus que des lentilles de Fresnel fines et à grande diffusion qui créent une lueur magique, étincelante et dimensionnelle en étant recouvertes d'un film de polycarbonate texturé avec des microprismes.

Paolo Rizzatto a décrit le projet de cette façon :
« Pourquoi les lustres en cristal ont-ils perdu de leur pertinence ? Parce qu’ils sont trop chers, très difficiles à manipuler et à produire. Nous avons décomposé l’idée elle-même en ses composants et modernisé chacun d’eux.

Voici ce que son collègue a dit à ce sujet :
« Il y a plusieurs années, notre attention a été attirée sur les merveilleuses capacités des lentilles de Fresnel. Leurs caractéristiques géométriques permettent d'obtenir les mêmes propriétés optiques que lentilles régulières, mais sur une surface complètement plane des pétales.

Cependant, l'utilisation de lentilles de Fresnel pour créer de tels produits uniques, combinant un excellent projet de conception avec des solutions technologiques modernes, est encore rare.

De telles lentilles sont largement utilisées dans les scènes d'éclairage avec des projecteurs, où elles vous permettent de créer un point lumineux inégal avec des bords doux, se fondant parfaitement dans la composition lumineuse globale. De nos jours, ils se sont également répandus dans les projets d'éclairage architectural, dans les cas où un réglage individuel de l'angle d'éclairage est nécessaire, lorsque la distance entre l'objet éclairé et la lampe peut changer.

Les performances optiques d'une lentille de Fresnel sont limitées par ce que l'on appelle l'aberration chromatique qui se forme aux jonctions de ses segments. À cause de cela, une bordure arc-en-ciel apparaît sur les bords des images d'objets. Le fait que ce qui semble être un inconvénient d'un objectif a été transformé en un avantage dans encore une fois met en évidence la force de la pensée innovante des auteurs et leur souci du détail.

Conception d'éclairage de phare à l'aide de lentilles de Fresnel. L'image montre clairement la structure annulaire de l'objectif.

Les systèmes de projection se composent soit d'un réflecteur elliptique, soit d'une combinaison d'un réflecteur parabolique et d'un condenseur qui dirige la lumière vers un collimateur, qui peut également être équipé d'accessoires optiques. Après quoi la lumière est projetée sur l’avion.

Systèmes de projecteurs : un collimateur (1) uniformément éclairé dirige le flux lumineux à travers un système de lentilles (2). À gauche se trouve un réflecteur parabolique à haute efficacité lumineuse, à droite se trouve un condenseur qui permet une haute résolution.

La taille de l'image et l'angle de la lumière sont déterminés par les caractéristiques du collimateur. De simples rideaux ou diaphragmes à iris façonnent les rayons lumineux différentes tailles. Les masques de contour peuvent être utilisés pour créer différents contours pour un faisceau lumineux. Vous pouvez projeter des logos ou des images à l’aide d’un objectif gobo sur lequel sont imprimés des motifs.

Différents angles de lumière ou tailles d'image peuvent être sélectionnés en fonction de la distance focale des objectifs. Contrairement à luminaires Grâce à l'utilisation de lentilles de Fresnel, il est possible de créer des rayons lumineux aux contours clairs. Des contours doux peuvent être obtenus en déplaçant la mise au point.

Exemples d'accessoires optionnels (de gauche à droite) : lentille à faisceau large, lentille à faisceau sculpté forme ovale, déflecteur rainuré et « lentille en nid d'abeille » pour réduire l'éblouissement.

Les lentilles étagées transforment les rayons lumineux de manière à ce qu'ils se situent quelque part entre la lumière « plate » d'une lentille de Fresnel et la lumière « dure » d'une lentille plan-convexe. Les lentilles étagées conservent leur surface convexe, mais sur le côté de la surface plane se trouvent des évidements étagés qui forment des cercles concentriques.

Les parties avant des marches (marches) des cercles concentriques sont souvent résistantes à la lumière (soit peintes, soit présentent une surface mate ébréchée), ce qui permet de couper le rayonnement diffusé de la lampe et de former un faisceau de rayons parallèles.

Les projecteurs dotés d'une lentille de Fresnel créent un point lumineux inégal avec des bords doux et un léger halo autour du point, ce qui facilite le mélange avec d'autres sources lumineuses, créant ainsi un motif de lumière naturelle. C'est pourquoi des projecteurs à lentilles de Fresnel sont utilisés au cinéma.

Les projecteurs à lentille plan-convexe, comparés aux projecteurs à lentille de Fresnel, forment un point plus uniforme avec une transition moins prononcée sur les bords du point lumineux.

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Types de lentilles

La réflexion et la réfraction de la lumière sont utilisées pour changer la direction des rayons ou, comme on dit, pour contrôler les faisceaux lumineux. C'est la base de la création d'instruments optiques spéciaux, tels qu'une loupe, un télescope, un microscope, un appareil photo et autres. La partie principale de la plupart d’entre eux est la lentille. Par exemple, les lunettes sont des verres enfermés dans une monture. Cet exemple montre à lui seul à quel point l’utilisation de lentilles est importante pour une personne.

Par exemple, sur la première photo le flacon est tel qu'on le voit dans la vie,

et sur le second, si on le regarde à la loupe (la même lentille).

En optique, les lentilles sphériques sont le plus souvent utilisées. De telles lentilles sont des corps en optique ou verre organique, délimité par deux surfaces sphériques.

Les lentilles sont des corps transparents délimités des deux côtés par des surfaces courbes (convexes ou concaves). La droite AB passant par les centres C1 et C2 des surfaces sphériques limitant la lentille est appelée axe optique.

Cette figure montre des coupes transversales de deux lentilles dont les centres sont au point O. La première lentille représentée sur la figure est dite convexe, la seconde est dite concave. Point O allongé axe optique au centre de ces lentilles est appelé le centre optique de la lentille.

L'une des deux surfaces de délimitation peut être plane.

A gauche les lentilles sont convexes,

à droite - concave.

Nous ne considérerons que les lentilles sphériques, c'est-à-dire les lentilles délimitées par deux surfaces sphériques.
Les lentilles délimitées par deux surfaces convexes sont dites biconvexes ; les lentilles délimitées par deux surfaces concaves sont dites biconcaves.

En dirigeant un faisceau de rayons parallèlement à l'axe optique principal de la lentille vers une lentille convexe, nous verrons qu'après réfraction dans la lentille, ces rayons sont collectés en un point appelé foyer principal de la lentille.

- point F. La lentille présente deux foyers principaux, de part et d'autre à la même distance du centre optique. Si la source lumineuse est focalisée, après réfraction dans la lentille, les rayons seront parallèles à l'axe optique principal. Chaque objectif possède deux foyers, un de chaque côté de l'objectif. La distance entre un objectif et son foyer est appelée la distance focale de l'objectif.
Dirigons un faisceau de rayons divergents depuis une source ponctuelle située sur l'axe optique vers une lentille convexe. Si la distance entre la source et la lentille est supérieure à la distance focale, alors les rayons, après réfraction dans la lentille, couperont l'axe optique de la lentille en un point. Par conséquent, une lentille convexe capte les rayons provenant de sources situées de la lentille à une distance supérieure à sa focale. Par conséquent, une lentille convexe est également appelée lentille convergente.
Lorsque les rayons traversent une lentille concave, une image différente est observée.
Envoyons un faisceau de rayons parallèles à l'axe optique sur une lentille biconcave. On remarquera que les rayons sortiront de la lentille sous la forme d'un faisceau divergent. Si ce faisceau de rayons divergent pénètre dans l'œil, alors il semblera à l'observateur que les rayons sortent du point F. Ce point est appelé le foyer imaginaire d'une lentille biconcave. Une telle lentille peut être qualifiée de divergente.

La figure 63 explique l'action des lentilles convergentes et divergentes. Les lentilles peuvent être représentées par un grand nombre de prismes. Étant donné que les prismes dévient les rayons, comme le montrent les figures, il est clair que les lentilles épaissies au milieu collectent les rayons et que les lentilles épaissies sur les bords les diffusent. Le milieu de la lentille agit comme une plaque plane parallèle : il ne dévie les rayons ni dans la lentille collectrice ni dans la lentille divergente.

Dans les dessins, les lentilles convergentes sont désignées comme indiqué sur la figure de gauche et les lentilles divergentes - sur la figure de droite.

Parmi les lentilles convexes, on distingue : biconvexes, plano-convexes et concaves-convexes (respectivement sur la figure). Toutes les lentilles convexes ont une coupe médiane plus large que les bords. Ces lentilles sont appelées lentilles convergentes. Parmi lentilles concaves Il existe des biconcaves, des plano-concaves et des convexes-concaves (respectivement sur la figure). Toutes les lentilles concaves ont une section centrale plus étroite que les bords. Ces lentilles sont appelées lentilles divergentes.

La lumière est rayonnement électromagnétique, perçu par l'œil par sensation visuelle.

• Loi de propagation rectiligne de la lumière : la lumière se propage de manière rectiligne dans un milieu homogène
• Une source lumineuse dont les dimensions sont petites par rapport à la distance à l’écran est appelée source lumineuse ponctuelle.

• Le faisceau incident et le faisceau réfléchi se trouvent dans le même plan avec la perpendiculaire restituée à la surface réfléchissante au point d'incidence. L'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion.
• Si un objet ponctuel et son reflet sont inversés, la trajectoire des rayons ne changera pas, seule leur direction changera.

Une surface réfléchissante béante est appelée miroir plan si un faisceau de rayons parallèles incident sur elle reste parallèle après réflexion.

• Une lentille dont l'épaisseur est bien inférieure aux rayons de courbure de ses surfaces est appelée lentille mince.
• Une lentille qui convertit un faisceau de rayons parallèles en un faisceau convergent et le collecte en un seul point est appelée lentille convergente.
• Une lentille qui convertit un faisceau de rayons parallèles en un faisceau divergent - divergent.

Pour une lentille collectrice

Pour une lentille divergente :

Dans toutes les positions de l'objet, l'objectif donne une image réduite, virtuelle et directe située du même côté de l'objectif que l'objet.

Propriétés de l'œil :

• hébergement (obtenu en changeant la forme des lentilles);
• adaptation (adaptation à conditions différenteséclairage);
• acuité visuelle (capacité de distinguer séparément deux points proches) ;
• champ visuel (l'espace observé lorsque les yeux bougent mais que la tête reste immobile)

Déficiences visuelles

myopie (correction - lentille divergente) ;

hypermétropie (correction - lentille convergente).

La lentille fine représente le plus simple système optique. Simple lentilles fines Ils sont principalement utilisés sous forme de verres pour lunettes. De plus, l'utilisation d'une lentille comme loupe est bien connue.

L'action de nombreux instruments optiques - une lampe de projection, un appareil photo et d'autres appareils - peut être schématiquement comparée à l'action de lentilles minces. Cependant, une lentille fine ne donne une bonne image que dans la mesure où elle est relativement dans un cas rare, lorsque vous pouvez vous limiter à un faisceau étroit d'une seule couleur provenant de la source le long de l'axe optique principal ou sous grand angleà elle. Dans la plupart des problèmes pratiques, où ces conditions ne sont pas remplies, l’image produite par une lentille mince est plutôt imparfaite.
Par conséquent, dans la plupart des cas, ils recourent à la construction de systèmes optiques plus complexes, dotés de grand nombre surfaces réfractives et non limitées par l'exigence de proximité de ces surfaces (exigence à laquelle satisfait une lentille mince). [4]

4.2 Appareil photographique. Instruments optiques.

Tous les instruments optiques peuvent être divisés en deux groupes :

1) appareils avec lesquels des images optiques sont obtenues sur un écran. Il s'agit notamment des appareils de projection, des caméras, des caméras de cinéma, etc.

2) les appareils qui fonctionnent uniquement en conjonction avec à travers les yeux humains et ne forment pas d'images sur l'écran. Ceux-ci comprennent une loupe, un microscope et divers instruments du système de télescope. De tels appareils sont appelés visuels.

Caméra.

Les caméras modernes ont une structure complexe et variée, mais nous examinerons de quels éléments de base se compose une caméra et comment ils fonctionnent.

Lentille est un corps transparent délimité par deux surfaces sphériques. Si l'épaisseur de la lentille elle-même est petite par rapport aux rayons de courbure des surfaces sphériques, alors la lentille est appelée mince .

Les lentilles font partie de presque tous les instruments optiques. Il y a des lentilles collecte Et diffusion . La lentille convergente au milieu est plus épaisse que sur les bords, la lentille divergente, au contraire, est plus fine au milieu (Fig. 3.3.1).

Une ligne droite passant par les centres de courbure Ô 1 et Ô 2 surfaces sphériques, appelées axe optique principal lentilles. Dans le cas de lentilles minces, on peut approximativement supposer que l'axe optique principal coupe la lentille en un point, ce que l'on appelle habituellement centre optique lentilles Ô. Le faisceau lumineux traverse le centre optique de la lentille sans s'écarter de sa direction d'origine. Toutes les droites passant par le centre optique sont appelées axes optiques secondaires .

Si un faisceau de rayons parallèle à l'axe optique principal est dirigé vers une lentille, alors après avoir traversé la lentille, les rayons (ou leur continuation) convergeront en un point. F, qui s'appelle objectif principal lentilles. Une lentille mince possède deux foyers principaux, situés symétriquement sur l'axe optique principal par rapport à la lentille. Les lentilles convergentes ont des foyers réels, tandis que les lentilles divergentes ont des foyers imaginaires. Les faisceaux de rayons parallèles à l'un des axes optiques secondaires, après avoir traversé la lentille, sont également focalisés en un point F", qui est situé à l'intersection de l'axe secondaire avec plan focal F, c'est-à-dire un plan perpendiculaire à l'axe optique principal et passant par le foyer principal (Fig. 3.3.2). Distance entre le centre optique de la lentille Ô et objectif principal F appelée distance focale. Il est désigné par la même lettre F.

La principale propriété des lentilles est leur capacité à fournir images d'objets . Les images viennent droit Et à l'envers , valide Et imaginaire , à exagéré Et réduit .

La position de l'image et son caractère peuvent être déterminés à l'aide de constructions géométriques. Pour ce faire, utilisez les propriétés de certains rayons standards dont le parcours est connu. Il s'agit de rayons passant par le centre optique ou l'un des foyers de la lentille, ainsi que de rayons parallèles à l'axe optique principal ou à l'un des axes optiques secondaires. Des exemples de telles constructions sont présentés sur la Fig. 3.3.3 et 3.3.4.

Il convient de noter que certains des rayons standards utilisés dans la Fig. 3.3.3 et 3.3.4 pour l'imagerie ne traversent pas la lentille. Ces rayons ne participent pas réellement à la formation de l’image, mais ils peuvent être utilisés pour des constructions.

La position de l'image et sa nature (réelle ou imaginaire) peuvent également être calculées à l'aide de formules de lentilles fines . Si la distance entre l'objet et l'objectif est indiquée par d, et la distance entre l'objectif et l'image à travers f, alors la formule de la lentille mince peut s'écrire :

Taille D, l'inverse de la distance focale. appelé puissance optique lentilles. L'unité de mesure de la puissance optique est dioptrie (doptère). Dioptrie - puissance optique d'un objectif de focale 1 m :

1 dioptrie = m -1.

La formule d’une lentille fine est similaire à celle d’un miroir sphérique. Il peut être obtenu pour les rayons paraxiaux à partir de la similarité des triangles de la Fig. 3.3.3 ou 3.3.4.

Les distances focales des objectifs sont généralement attribuées certains signes: pour lentille convergente F> 0, pour la diffusion F < 0.

Quantités d Et f obéis aussi une certaine règle signes :

d> 0 et f> 0 - pour les objets réels (c'est-à-dire les sources lumineuses réelles, et non les extensions de rayons convergeant derrière l'objectif) et les images ;

d < 0 и f < 0 - для мнимых источников и изображений.

Pour le cas représenté sur la Fig. 3.3.3, nous avons : F> 0 (lentille convergente), d = 3F> 0 (sujet réel).

En utilisant la formule des lentilles fines, nous obtenons : , donc l’image est réelle.

Dans le cas représenté sur la Fig. 3.3.4, F < 0 (линза рассеивающая), d = 2|F| > 0 (sujet réel), , c'est-à-dire que l'image est imaginaire.

En fonction de la position de l'objet par rapport à l'objectif, les dimensions linéaires de l'image changent. Augmentation linéaire lentilles Γ est le rapport des dimensions linéaires de l'image h" et sujet h. Taille h", comme dans le cas d'un miroir sphérique, il convient d'attribuer des signes plus ou moins selon que l'image est verticale ou inversée. Ampleur h est toujours considéré comme positif. Donc, pour les images directes Γ > 0, pour les images inversées Γ< 0. Из подобия треугольников на рис. 3.3.3 и 3.3.4 легко получить формулу для линейного увеличения тонкой линзы:

Dans l'exemple considéré avec une lentille convergente (Fig. 3.3.3) : d = 3F > 0, , ainsi, - l'image est inversée et réduite de 2 fois.

Dans l'exemple avec une lentille divergente (Fig. 3.3.4) : d = 2|F| > 0, ; par conséquent, l'image est verticale et réduite de 3 fois.

Puissance optique D les lentilles dépendent à la fois des rayons de courbure R. 1 et R. 2 de ses surfaces sphériques, et sur l'indice de réfraction n le matériau à partir duquel la lentille est fabriquée. Dans les cours d'optique, la formule suivante est prouvée :

Le rayon de courbure d’une surface convexe est considéré comme positif, tandis que celui d’une surface concave est considéré comme négatif. Cette formule est utilisée dans la fabrication de lentilles ayant une puissance optique donnée.

Dans de nombreux instruments optiques, la lumière traverse successivement deux ou plusieurs lentilles. L'image de l'objet donnée par la première lentille sert d'objet (réel ou imaginaire) à la deuxième lentille, qui construit la deuxième image de l'objet. Cette seconde image peut également être réelle ou imaginaire. Le calcul d'un système optique composé de deux lentilles fines revient à appliquer deux fois la formule de la lentille, tandis que la distance d 2 de la première image au deuxième objectif doit être réglé égal à la valeur je - f 1 où je- distance entre les lentilles. La valeur calculée à l'aide de la formule de la lentille f 2 détermine la position de la deuxième image et son caractère ( f 2 > 0 - image réelle, f 2 < 0 - мнимое). Общее линейное увеличение Γ системы из двух линз равно произведению линейных увеличений обеих линз: Γ = Γ 1 · Γ 2 . Если предмет или его изображение находятся в бесконечности, то линейное увеличение утрачивает смысл, изменяются только угловые расстояния.

Un cas particulier est le trajet télescopique des rayons dans un système de deux lentilles, lorsque l'objet et la deuxième image sont à des distances infiniment grandes. Le trajet télescopique des rayons est réalisé dans des lunettes d'observation - Tube astronomique Kepler Et Le tuyau de terre de Galilée .

Les lentilles minces présentent un certain nombre d'inconvénients qui ne permettent pas d'obtenir des images de haute qualité. Les distorsions qui se produisent lors de la formation de l'image sont appelées aberrations . Les principaux sont sphérique Et chromatique aberrations. Aberration sphérique se manifeste par le fait que dans le cas de faisceaux lumineux larges, les rayons éloignés de l'axe optique le traversent de manière floue. La formule des lentilles fines n'est valable que pour les rayons proches de l'axe optique. L'image d'une source ponctuelle lointaine, créée par un large faisceau de rayons réfractés par une lentille, s'avère floue.

L'aberration chromatique se produit parce que l'indice de réfraction du matériau de la lentille dépend de la longueur d'onde de la lumière λ. Cette propriété média transparent appelée dispersion. La distance focale de l'objectif s'avère différente pour la lumière avec différentes longueurs ondes, ce qui conduit à un flou de l’image lors de l’utilisation d’une lumière non monochromatique.

Les instruments optiques modernes n'utilisent pas de lentilles fines, mais des systèmes multi-lentilles complexes dans lesquels diverses aberrations peuvent être approximativement éliminées.

La formation d'une image réelle d'un objet par une lentille convergente est utilisée dans de nombreux instruments optiques, comme une caméra, un projecteur, etc.

Caméra C'est une chambre fermée et étanche à la lumière. L'image des objets photographiés est créée sur un film photographique par un système de lentilles appelé lentille . Un obturateur spécial permet d'ouvrir l'objectif pendant toute la durée de l'exposition.

Une particularité de l'appareil photo est que le film plat doit produire des images assez nettes d'objets situés à différentes distances.

Dans le plan du film, seules les images d'objets situés à une certaine distance sont nettes. La mise au point est obtenue en déplaçant l'objectif par rapport au film. Les images de points qui ne se trouvent pas dans le plan de pointage net apparaissent floues sous la forme de cercles de diffusion. Taille d Ces cercles peuvent être réduits en arrêtant l'objectif, c'est-à-dire diminuer trou relatifun / F(Fig. 3.3.5). Cela se traduit par une augmentation de la profondeur de champ.

Graphique 3.3.5. Caméra

Appareil de projection conçu pour obtenir des images à grande échelle. Lentille Ô Le projecteur focalise l'image d'un objet plat (diapositive D) sur l'écran distant E (Fig. 3.3.6). Système de lentilles K, appelé condenseur , conçu pour concentrer la lumière de la source S sur la diapositive. Sur l'écran E, une véritable image inversée agrandie est créée. Le grossissement de l'appareil de projection peut être modifié en rapprochant ou en éloignant l'écran E tout en modifiant simultanément la distance entre la diapositive D et lentille Ô.

La figure montre les éléments lentille biconvexe. C1 et C2 sont les centres des surfaces sphériques délimitantes, appelées centres de courbure; R1 et R2 sont les rayons des surfaces sphériques, appelés rayons de courbure. La droite reliant les centres de courbure C1 et C2 s'appelle axe optique principal. Pour une lentille plan-convexe ou plan-concave, l'axe optique principal est une droite passant par le centre de courbure perpendiculaire à la surface plane de la lentille. Les points d'intersection de l'axe optique principal avec les surfaces A et B sont appelés les sommets de la lentille. La distance entre les sommets AB est appelée épaisseur axiale.

Propriétés des lentilles

La caractéristique la plus importante des lentilles positives est leur capacité à imager des objets. L'effet des lentilles positives est qu'elles captent les rayons incidents, c'est pourquoi on les appelle collectif.

Cette propriété s'explique par le fait qu'une lentille collectrice est un ensemble de nombreux prismes trièdres situés dans un cercle et faisant face au centre du cercle avec leurs bases. Puisque de tels prismes dévient les rayons qui les frappent vers leurs bases, un faisceau de rayons incident sur toute la surface de la lentille collectrice est collecté en direction de l'axe du cercle, c'est-à-dire à l’axe optique.

Si un faisceau de rayons lumineux divergents est dirigé à partir d'un point lumineux S situé sur l'axe optique d'une lentille collectrice, alors le faisceau divergent se transformera en un faisceau convergent, et au point de convergence des rayons une image réelle S' du point lumineux S se forme. En plaçant n'importe quel écran au point S', on peut voir dessus l'image d'un point lumineux S. C'est ce qu'on appelle une image réelle.

Formation d'une image réelle d'un point lumineux. S` - image réelle du point S

Les lentilles négatives, contrairement aux lentilles positives, diffusent les rayons qui tombent sur elles. C'est pourquoi on les appelle diffusion.



Si le même faisceau de rayons divergents est dirigé vers une lentille divergente, alors, après l'avoir traversée, les rayons sont déviés vers les côtés de l'axe optique. En conséquence, les lentilles divergentes ne produisent pas une image fidèle. Dans les systèmes optiques produisant une image réelle, et en particulier dans les objectifs photographiques, les objectifs divergents ne sont utilisés qu'en association avec des objectifs collectifs.

Mise au point et distance focale

Si un faisceau de lumière est dirigé vers la lentille à partir d'un point situé à l'infini sur l'axe optique principal (de tels rayons peuvent être considérés comme pratiquement parallèles), alors les rayons convergeront en un point F, qui se trouve également sur l'axe optique principal. Ce point est appelé objectif principal, la distance f de la lentille à ce point est focale principale, et le plan MN passant par le foyer principal perpendiculaire à l'axe optique de la lentille est plan focal principal.

Foyer principal F et focale principale f de l'objectif

La distance focale d'une lentille dépend de la courbure de ses surfaces convexes. Plus les rayons de courbure sont petits, c'est-à-dire Plus le verre est convexe, plus sa distance focale est courte.

Puissance de l'objectif

La puissance optique d'une lentille s'appelle sa pouvoir réfringent(la capacité de dévier plus ou moins les rayons lumineux). Plus la distance focale est longue, plus le pouvoir réfractif est faible. La puissance optique d'un objectif est inversement proportionnelle à la distance focale.

L'unité de mesure de la puissance optique est dioptrie, désigné par la lettre D. L'expression de la puissance optique en dioptries est pratique car, d'une part, elle permet de déterminer par le signe de quelle lentille (collective ou divergente) on a affaire et, d'autre part, parce qu'elle permet de déterminer facilement puissance optique systèmes de deux et plus lentilles

Photos d'éducation

En tombant sur un objet, les rayons de lumière sont réfléchis depuis tous les points de sa surface dans toutes les directions. directions possibles. Si une lentille collectrice est placée devant un objet éclairé, alors un faisceau conique de rayons tombera sur la lentille depuis chaque point de l'objet.



Après avoir traversé la lentille, les rayons se rassembleront à nouveau en un point, et au point de convergence des rayons, une image réelle du point pris de l'objet apparaîtra, et la totalité des images de tous les points de l'objet se forme une image de l’objet entier. Le dessin permet également de comprendre facilement la raison pour laquelle l'image des objets se révèle toujours à l'envers.

De la même manière, une image d'objets apparaît dans un appareil photo à l'aide d'un objectif photographique, qui est un système optique collectif et agit comme un objectif positif.

L'espace qui se trouve devant l'objectif et dans lequel se trouvent les objets photographiés est appelé espace sujet, et l'espace situé derrière l'objectif dans lequel les objets sont visualisés est appelé espace image.