Définition de lentille convexe. Lentille concave-convexe

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 nous prenons un morceau de vitre ordinaire dont les bords sont parallèles, nous obtiendrons 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 instruments optiques basé sur eux.

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 sont utilisés les objectifs ?

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 divers objectifs et a permis d'élargir considérablement les possibilités oeil 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 claires 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.

La plupart application importante La réfraction de la lumière consiste à utiliser des lentilles, généralement en verre. Sur la photo tu vois coupes transversales diverses lentilles. Lentille appelé corps transparent délimité par des surfaces sphériques ou plates-sphériques. Toute lentille plus fine au milieu que sur les bords sera lentille divergente. Et vice versa : toute lentille plus épaisse au milieu que sur les bords lentille collectrice.

Pour plus de précisions, veuillez vous référer aux dessins. Sur la gauche, il est montré que les rayons parallèles au corps principal axe optique lentille convergente, après quoi ils « convergent », passant par le point F – valide objectif principal lentille collectrice. A droite est représenté le passage des rayons lumineux à travers une lentille divergente parallèle à son axe optique principal. Les rayons situés après la lentille « divergent » et semblent émaner du point F’, appelé imaginaire objectif principal lentille divergente. Elle n'est pas réelle, mais imaginaire car les rayons de lumière ne la traversent pas : seules leurs suites imaginaires (imaginaires) s'y croisent.

En physique scolaire, seul ce qu'on appelle lentilles fines, qui, quelle que soit leur symétrie « en section » ont toujours deux foyers principaux situés à égales distances de l'objectif. Si les rayons sont dirigés selon un angle par rapport à l’axe optique principal, nous trouverons alors de nombreux autres foyers au niveau de la lentille convergente et/ou divergente. Ces, astuces secondaires, seront situés à l'écart de l'axe optique principal, mais toujours par paires à égale distance de la lentille.

Une lentille ne peut pas seulement collecter ou diffuser des rayons. À l'aide d'objectifs, vous pouvez obtenir des images agrandies et réduites d'objets. Par exemple, grâce à une lentille convergente, une image agrandie et inversée d'une figurine dorée est obtenue sur l'écran (voir figure).

Les expériences montrent : une image claire apparaît, si l'objet, l'objectif et l'écran sont situés à certaines distances les uns des autres. Selon elles, les images peuvent être inversées ou redressées, agrandies ou réduites, réelles ou imaginaires.

La situation où la distance d de l'objet à la lentille est supérieure à sa distance focale F, mais inférieure au double de la distance focale 2F, est décrite dans la deuxième rangée du tableau. C'est exactement ce que l'on voit avec la figurine : son image est réelle, inversée et agrandie.

Si l'image est valide, elle peut être projetée sur un écran. Dans ce cas, l’image sera visible depuis n’importe quel endroit de la pièce depuis lequel l’écran est visible. Si l'image est virtuelle, alors elle ne peut pas être projetée sur un écran, mais ne peut être vue qu'avec l'œil, en la positionnant d'une certaine manière par rapport à l'objectif (il faut regarder « dedans »).

Les expériences montrent que les lentilles divergentes donnent une lumière directe réduite image virtuelle à n'importe quelle distance de l'objet à la lentille.

Nous savons que la lumière, tombant d'un milieu transparent à un autre, est réfractée - c'est le phénomène de réfraction de la lumière. De plus, l’angle de réfraction est inférieur à l’angle d’incidence lorsque la lumière pénètre dans un milieu optique plus dense. Qu’est-ce que cela signifie et comment peut-il être utilisé ?

Si nous prenons par exemple un morceau de verre aux bords parallèles, verre à vitre, on obtient alors un léger décalage dans l'image visible à travers la fenêtre. C'est-à-dire qu'en entrant dans le verre, les rayons de lumière seront réfractés et, en entrant à nouveau dans l'air, ils se réfracteront à nouveau aux valeurs précédentes de l'angle d'incidence, mais en même temps ils se déplaceront légèrement, et l'ampleur du déplacement dépendra de l'épaisseur du verre.

Évidemment, d'un tel phénomène avantage pratique Un peu. Mais si nous prenons du verre dont les plans sont inclinés les uns par rapport aux autres, par exemple un prisme, alors l'effet sera complètement différent. Les rayons traversant un prisme sont toujours réfractés vers sa base. C'est facile à vérifier.

Pour ce faire, dessinez un triangle et tracez un rayon entrant dans l'un de ses côtés. En utilisant la loi de la réfraction de la lumière, nous traçons chemin supplémentaire faisceau. Après avoir effectué cette procédure plusieurs fois sous différentes significations angle d'incidence, nous découvrirons que quel que soit l'angle sous lequel le faisceau entre dans le prisme, compte tenu de la double réfraction en sortie, il s'écartera toujours vers la base du prisme.

Lentille et ses propriétés

Cette propriété du prisme est utilisée très appareil simple, vous permettant de contrôler la direction des flux lumineux - la lentille. Une lentille est un corps transparent délimité des deux côtés par des surfaces incurvées du corps. Ils examinent la structure et le principe de fonctionnement des lentilles dans un cours de physique de huitième année.

En fait, une section transversale d’une lentille peut être représentée par deux prismes placés l’un sur l’autre. L'effet optique de la lentille dépend des parties de ces prismes qui sont situées les unes par rapport aux autres.

Types de lentilles en physique

Malgré l'énorme diversité, il n'existe que deux types de lentilles en physique : respectivement convexes et concaves, ou convergentes et divergentes.

Une lentille convexe, c’est-à-dire une lentille convergente, a des bords beaucoup plus fins que le milieu. Une lentille convergente en section est constituée de deux prismes reliés par des bases, de sorte que tous les rayons qui la traversent convergent vers le centre de la lentille.

U lentille concave les bords, au contraire, sont toujours plus épais que le milieu. Une lentille divergente peut être représentée par deux prismes reliés par leurs sommets et, par conséquent, les rayons traversant une telle lentille divergent du centre.

Les gens ont découvert les propriétés similaires des lentilles il y a longtemps. L'utilisation de lentilles a permis à l'homme de concevoir une grande variété d'instruments et de dispositifs optiques qui facilitent la vie et facilitent la vie quotidienne et la production.

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).

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. U lentille mince il y a 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 similitude 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. Calcul système optique 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 objectifs 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 appareils optiques modernes n'utilisent pas de lentilles fines, mais des systèmes multi-lentilles complexes dans lesquels diverses aberrations peuvent être approximativement éliminées.

Formation par une lentille collectrice image réelle L'article est utilisé dans de nombreux instruments optiques tels que caméra, projecteur, etc.

Caméra 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.

Lentille concave-convexe

Lentille plan-convexe

Caractéristiques des lentilles fines

Selon les formulaires, il existe collectif(positif) et diffusion lentilles (négatives). Le groupe des lentilles collectrices comprend généralement des lentilles dont le milieu est plus épais que leurs bords, et le groupe des lentilles divergentes comprend des lentilles dont les bords sont plus épais que le milieu. Il convient de noter que cela n'est vrai que si l'indice de réfraction du matériau de la lentille est supérieur à celui de environnement. Si l’indice de réfraction de la lentille est inférieur, la situation sera inversée. Par exemple, une bulle d’air dans l’eau est une lentille divergente biconvexe.

Les lentilles sont généralement caractérisées par leur puissance optique (mesurée en dioptries) ou leur distance focale.

Pour construire des dispositifs optiques avec une aberration optique corrigée (principalement chromatique, causée par la dispersion de la lumière - achromates et apochromates), d'autres propriétés des lentilles/de leurs matériaux sont également importantes, par exemple l'indice de réfraction, le coefficient de dispersion, la transmission du matériau dans l'optique sélectionnée. gamme.

Parfois, les lentilles/systèmes optiques à lentilles (réfracteurs) sont spécialement conçus pour être utilisés dans des environnements avec un indice de réfraction relativement élevé (voir microscope à immersion, liquides d'immersion).

Types de lentilles :
Collecte:
1 - biconvexe
2 - plat-convexe
3 - concave-convexe (ménisque positif)
Diffusion:
4 - biconcave
5 - plat-concave
6 - convexe-concave (ménisque négatif)

Une lentille convexe-concave est appelée ménisque et peut être collectif (s'épaissit vers le milieu) ou dispersé (s'épaissit vers les bords). Un ménisque dont les rayons de surface sont égaux a une puissance optique égale à zéro (utilisé pour corriger la dispersion ou comme lentille de couverture). Ainsi, les verres des lunettes pour myopes sont généralement des ménisques négatifs.

Une propriété distinctive d'une lentille collectrice est la capacité de collecter les rayons incidents sur sa surface en un point situé de l'autre côté de la lentille.

Les principaux éléments de la lentille : NN - l'axe optique principal - une ligne droite passant par les centres des surfaces sphériques délimitant la lentille ; O - centre optique - le point qui, pour les lentilles biconvexes ou biconcaves (avec les mêmes rayons de surface), est situé sur l'axe optique à l'intérieur de la lentille (en son centre).
Note. Le trajet des rayons est représenté comme dans une lentille idéalisée (plate), sans indiquer la réfraction à la limite de phase réelle. De plus, une image quelque peu exagérée d'une lentille biconvexe est affichée

Si un point lumineux S est placé à une certaine distance devant la lentille collectrice, alors un rayon lumineux dirigé le long de l'axe traversera la lentille sans être réfracté, et les rayons qui ne passent pas par le centre seront réfractés vers le axe optique et se croisent sur lui en un certain point F, qui sera l'image du point S. Ce point est appelé foyer conjugué, ou simplement se concentrer.

Si la lumière tombe sur la lentille à partir d'une source très éloignée, dont les rayons peuvent être représentés comme venant dans un faisceau parallèle, alors en sortant, les rayons se réfracteront selon un angle plus grand et le point F se déplacera sur l'axe optique plus près du lentille. Dans ces conditions, le point d'intersection des rayons sortant de la lentille est appelé objectif principal F’, et la distance entre le centre de l’objectif et le foyer principal est la distance focale principale.

Les rayons incidents sur une lentille divergente seront réfractés vers les bords de la lentille à sa sortie, c'est-à-dire diffusés. Si ces rayons se poursuivent dans la direction opposée comme le montre la figure en pointillé, alors ils convergeront en un point F, qui sera se concentrer cet objectif. Cette astuce va imaginaire.

Foyer imaginaire d'une lentille divergente

Ce qui a été dit à propos de la focalisation sur l'axe optique principal s'applique également aux cas où l'image d'un point est sur un axe optique secondaire ou incliné, c'est-à-dire une ligne passant par le centre de la lentille formant un angle par rapport à l'axe optique principal. axe. Le plan perpendiculaire à l'axe optique principal, situé au foyer principal de la lentille, est appelé plan focal principal, et au foyer conjugué - simplement plan focal.

Les lentilles collectives peuvent être dirigées vers un objet de chaque côté, ce qui permet de collecter les rayons traversant la lentille à la fois d'un côté et de l'autre. Ainsi, l'objectif a deux foyers - devant Et arrière. Ils sont situés sur l'axe optique des deux côtés de la lentille à la distance focale du centre de la lentille.

Construire une image avec une lentille convergente fine

Lors de la présentation des caractéristiques des lentilles, le principe de construction d'une image d'un point lumineux au foyer d'une lentille a été considéré. Les rayons incidents sur la lentille depuis la gauche passent par son foyer arrière, et les rayons incidents vers la droite passent par son foyer avant. Il est à noter qu'avec les lentilles divergentes, au contraire, la mise au point arrière est située devant la lentille, et la mise au point avant est derrière.

La construction d'une image d'objets ayant une certaine forme et taille par une lentille est obtenue comme suit: disons que la ligne AB représente un objet situé à une certaine distance de l'objectif, nettement supérieure à lui distance focale. De chaque point de l'objet, un nombre incalculable de rayons traverseront la lentille, dont, pour plus de clarté, la figure montre schématiquement le trajet de trois rayons seulement.

Trois rayons émanant du point A traverseront la lentille et se croiseront à leurs points de fuite respectifs en A 1 B 1 pour former une image. L'image résultante est valide Et à l'envers.

DANS dans ce cas l'image a été obtenue au niveau d'un foyer conjugué dans un certain plan focal FF, quelque peu éloigné du plan focal principal F'F', qui lui est parallèle à travers le foyer principal.

Si un objet est à une distance infinie de l'objectif, alors son image est obtenue au foyer arrière de l'objectif F' valide, à l'envers Et réduit jusqu'à ce que cela ressemble à un point.

Si un objet est proche de l'objectif et se trouve à une distance supérieure à deux fois la distance focale de l'objectif, alors son image sera valide, à l'envers Et réduit et sera situé derrière le foyer principal dans le segment situé entre celui-ci et la double focale.

Si un objet est placé à deux fois la distance focale de l’objectif, alors l’image résultante se trouve de l’autre côté de l’objectif à deux fois la distance focale de celle-ci. L'image est obtenue valide, à l'envers Et taille égale sujet.

Si un objet est placé entre la mise au point avant et la double focale, alors l'image sera obtenue derrière la double focale et sera valide, à l'envers Et agrandi.

Si l'objet se trouve dans le plan du foyer principal avant de l'objectif, alors les rayons traversant l'objectif seront parallèles et l'image ne pourra être obtenue qu'à l'infini.

Si un objet est placé à une distance inférieure à la distance focale principale, alors les rayons sortiront de la lentille dans un faisceau divergent, sans se croiser nulle part. L'image est alors imaginaire, direct Et agrandi, c'est-à-dire que dans ce cas la lentille fonctionne comme une loupe.

Il est facile de remarquer que lorsqu'un objet s'approche du foyer avant de l'objectif depuis l'infini, l'image s'éloigne du foyer arrière et, lorsque l'objet atteint le plan de foyer avant, il apparaît à l'infini de celui-ci.

Ce modèle a grande valeur en pratique différents types travail photographique, par conséquent, pour déterminer la relation entre la distance de l'objet à l'objectif et de l'objectif au plan de l'image, vous devez connaître les bases formule de lentille.

Formule pour lentilles fines

Les distances du point objet au centre de la lentille et du point image au centre de la lentille sont appelées focales conjuguées.

Ces quantités sont interdépendantes et sont déterminées par une formule appelée formule pour lentilles fines:

où est la distance entre la lentille et l'objet ; - distance de l'objectif à l'image ; - la focale principale de l'objectif. Dans le cas d'une lentille épaisse, la formule reste inchangée à la seule différence que les distances ne sont pas mesurées à partir du centre de la lentille, mais à partir des plans principaux.

Pour trouver l'une ou l'autre quantité inconnue avec deux inconnues connues, utilisez les équations suivantes :

Il est à noter que les signes des quantités toi , v , f sont sélectionnées sur la base des considérations suivantes - pour une image réelle d'un objet réel dans une lentille convergente - toutes ces quantités sont positives. Si l'image est imaginaire, la distance à elle est considérée comme négative ; si l'objet est imaginaire, la distance à lui est négative ; si la lentille est divergente, la distance focale est négative ;

Échelle de l'image

L'échelle de l'image () est le rapport des dimensions linéaires de l'image aux dimensions linéaires correspondantes de l'objet. Cette relation peut être indirectement exprimée par la fraction , où est la distance de l'objectif à l'image ; - distance de l'objectif à l'objet.

Il existe ici un facteur de réduction, c'est-à-dire un nombre indiquant combien de fois les dimensions linéaires de l'image sont plus petites que les dimensions linéaires réelles de l'objet.

Dans la pratique des calculs, il est beaucoup plus pratique d'exprimer cette relation en valeurs ou , où est la distance focale de l'objectif.

.

Calcul de la distance focale et de la puissance optique d'un objectif

Les lentilles sont symétriques, c'est-à-dire qu'elles ont la même distance focale quelle que soit la direction de la lumière - gauche ou droite, ce qui ne s'applique toutefois pas à d'autres caractéristiques, par exemple les aberrations, dont l'ampleur dépend de quel côté de la lentille est face à la lumière.

Combinaison de plusieurs objectifs (système centré)

Les lentilles peuvent être combinées entre elles pour créer des systèmes optiques complexes. La puissance optique d'un système de deux lentilles peut être trouvée comme la simple somme des puissances optiques de chaque lentille (en supposant que les deux lentilles peuvent être considérées comme minces et qu'elles sont situées proches l'une de l'autre sur le même axe) :

.

Si les lentilles sont situées à une certaine distance les unes des autres et que leurs axes coïncident (un système d'un nombre arbitraire de lentilles ayant cette propriété est appelé système centré), alors leur puissance optique totale peut être trouvée avec un degré de précision suffisant à partir de l'expression suivante :

,

où est la distance entre les plans principaux des lentilles.

Inconvénients d'un objectif simple

Les équipements photographiques modernes imposent des exigences élevées en matière de qualité d'image.

L'image produite par un objectif simple, en raison d'un certain nombre de défauts, ne satisfait pas à ces exigences. L'élimination de la plupart des défauts est obtenue par la sélection appropriée d'un certain nombre de lentilles dans un système optique centré - la lentille. Les images obtenues avec des objectifs simples ont divers inconvénients. Les inconvénients des systèmes optiques sont appelés aberrations, qui sont divisées en les types suivants :

• Aberrations géométriques
• Aberration de diffraction (cette aberration est causée par d'autres éléments du système optique et n'a rien à voir avec la lentille elle-même).

Lentilles aux propriétés particulières

Lentilles en polymère organique

Lentilles de contact

Lentilles à quartz

Lentilles en silicone

Le silicium combine une dispersion ultra-élevée avec la plus grande valeur absolue indice de réfraction n=3,4 dans la gamme IR et opacité complète dans la gamme visible du spectre.