Une lentille est une pièce optique délimitée par deux surfaces réfringentes, qui sont les surfaces de corps de révolution dont l'une peut être plane. Les lentilles sont généralement de forme ronde, mais peuvent également être rectangulaires, carrées ou avoir une autre configuration. Généralement, les surfaces réfractives d'une lentille sont sphériques. Des surfaces asphériques sont également utilisées, qui peuvent prendre la forme de surfaces de révolution d'une ellipse, d'une hyperbole, d'une parabole et de courbes d'ordre supérieur. De plus, il existe des lentilles dont les surfaces font partie de la surface latérale d'un cylindre, dit cylindrique. Applicable également lentilles toriques avec des surfaces présentant des courbures différentes dans deux directions mutuellement perpendiculaires.
En tant que composants optiques individuels, les lentilles ne sont presque jamais utilisées dans les systèmes optiques, à l'exception des simples loupes et des lentilles de champ (collectives). Ils sont généralement utilisés dans diverses combinaisons complexes, telles que deux ou trois lentilles collées ensemble et des ensembles de plusieurs lentilles individuelles et collées.
Selon la forme, on distingue les lentilles collectrices (positives) et divergentes (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 distance focale, ainsi que ouverture. Pour la construction instruments optiques avec l'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 la plage optique sélectionnée.
Parfois des lentilles/lentilles systèmes optiques(réfracteurs) sont spécialement conçus pour être utilisés dans des environnements avec un indice de réfraction relativement élevé.
Types de lentilles
Collectif:
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 collective (s'épaissit vers le milieu) ou divergente (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. Propriété distinctive 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.
Éléments de base de l'objectif
NN -- axe optique principal -- 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).
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 foyer.
Si la lumière tombe sur la lentille à partir d'une source très éloignée, dont les rayons peuvent être représentés comme voyageant dans un faisceau parallèle, alors à leur sortie, les rayons se réfracteront selon un grand angle et le point F se déplacera sur l'axe optique plus près du lentille. Dans ces conditions, le point d'intersection des rayons émergeant de la lentille est appelé foyer principal F", et la distance du centre de la lentille au foyer principal est appelée 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 continuent direction inverse ainsi, comme le montre la figure en pointillé, ils convergeront en un point F, qui sera le foyer de cette lentille. Ce focus sera imaginaire.
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 selon 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 le 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 : avant et arrière. Ils sont situés sur l'axe optique des deux côtés de la lentille.
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 Vie courante. 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 du verre forment un angle l'un par rapport à l'autre (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 lumière du 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 divers objectifs et a permis d'élargir considérablement les possibilités 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 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.
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Lentilles. Instruments optiques
Lentille appelé corps transparent délimité par deux surfaces courbes.
L'objectif s'appelle mince, si son épaisseur est nettement inférieure aux rayons de courbure de ses surfaces.
La ligne droite passant par les centres de courbure des surfaces de la lentille est appelée axe optique principal de la lentille. Si l'une des surfaces de la lentille est un plan, alors l'axe optique lui est perpendiculaire (Fig. 1).
Fig. 1. |
Le point d'une lentille mince à travers lequel les rayons passent sans changer de direction s'appelle centre optique lentilles. L'axe optique principal passe par le centre optique.
Toute autre ligne droite passant par le centre optique de la lentille est appelée axe secondaire lentilles. Le point auquel convergent les rayons lumineux se propageant parallèlement à l’axe optique principal est appelé se concentrer.
Le plan passant par le foyer perpendiculaire à l'axe optique principal est appelé plan focal.
Formule de lentille fine (Fig. 2) :
Dans la formule (1) les quantités un 1 , un 2 , r 1 et r 2 sont considérés comme positifs si leurs directions de comptage à partir du centre optique de la lentille coïncident avec la direction de propagation de la lumière ; sinon, ces valeurs sont considérées comme négatives.
Les lentilles sont l'élément principal de nombreux appareils optiques.
L’œil, par exemple, est un appareil optique dans lequel la cornée et le cristallin agissent comme des lentilles et l’image d’un objet est obtenue sur la rétine.
Angle de vue est l'angle formé par les rayons qui passent des points extrêmes d'un objet ou de son image à travers le centre optique du cristallin de l'œil.
De nombreux instruments optiques sont conçus pour produire des images d'objets sur des écrans, sur des films photosensibles ou dans les yeux.
Grossissement apparent du dispositif optique :
La lentille d'un instrument optique qui fait face à l'objet (objet) est appelée lentille d'objectif ; la lentille faisant face à l’œil s’appelle l’oculaire. Dans les instruments techniques, la lentille et l'oculaire sont constitués de plusieurs lentilles. Cela élimine partiellement les erreurs dans les images.
Loupe (Fig. 3) :
L’inverse de la distance focale s’appelle puissance optique lentilles : DANS = 1/F. L'unité de puissance optique d'une lentille est la dioptrie ( D), égale à la puissance optique d'un objectif de distance focale de 1 m.
La puissance optique de deux lentilles minces placées ensemble est égale à la somme de leurs puissances optiques.
Instruments optiques- dispositifs dans lesquels le rayonnement de n'importe quelle région du spectre(ultraviolet, visible, infrarouge) se transforme(transmis, réfléchi, réfracté, polarisé).
Rendant hommage à la tradition historique, Les appareils optiques sont généralement appelés appareils fonctionnant à la lumière visible..
Lors de l'évaluation initiale de la qualité de l'appareil, seul basique son caractéristiques:
- ouverture- capacité à concentrer le rayonnement ;
- pouvoir de résolution- la capacité de distinguer les détails de l'image adjacents ;
- augmenter- le rapport entre la taille d'un objet et son image.
- Pour de nombreux appareils, la caractéristique déterminante s'avère être ligne de mire- l'angle sous lequel les points extrêmes de l'objet sont visibles depuis le centre de l'appareil.
Pouvoir de résolution (capacité)- caractérise la capacité des instruments optiques à produire des images séparées de deux points d'un objet proches l'un de l'autre.
La plus petite distance linéaire ou angulaire entre deux points, à partir de laquelle leurs images fusionnent, est appeléelimite de résolution linéaire ou angulaire.
La capacité de l’appareil à distinguer deux points ou lignes proches est due à la nature ondulatoire de la lumière. La valeur numérique du pouvoir de résolution d'un système de lentilles, par exemple, dépend de la capacité du concepteur à gérer les aberrations des lentilles et à centrer soigneusement ces lentilles sur le même axe optique. La limite théorique de résolution de deux points imagés adjacents est définie comme l'égalité de la distance entre leurs centres au rayon du premier anneau sombre de leur diagramme de diffraction.
Augmenter. Si un objet de longueur H est perpendiculaire à l'axe optique du système et que la longueur de son image est h, alors le grossissement m est déterminé par la formule :
m = h/H .
Le grossissement dépend des distances focales et position relative lentilles; Il existe des formules correspondantes pour exprimer cette dépendance.
Une caractéristique importante des dispositifs d'observation visuelle est augmentation apparente M. Il est déterminé à partir du rapport entre la taille des images d'un objet qui se forment sur la rétine de l'œil lors de l'observation directe de l'objet et de sa visualisation à travers un appareil. Habituellement, l'augmentation apparente de M est exprimée sous la forme du rapport M = tgb/tga, où a est l'angle sous lequel l'observateur voit l'objet à l'œil nu, et b est l'angle sous lequel l'œil de l'observateur voit l'objet à travers l'appareil.
La partie principale de tout système optique est la lentille. Les lentilles font partie de presque tous les instruments optiques.
Lentille – un corps optiquement 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 dite mince.
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.
Types de lentilles :
- convexe:
- biconvexe (1)
- plan-convexe (2)
- concave-convexe (3)
- concave:
- biconcave (4)
- plat-concave (5)
- convexe-concave (6)
Désignations de base dans l'objectif :
Une droite passant par les centres de courbure O 1 et O 2 des surfaces sphériques est appelée axe optique principal de la lentille.
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 de la lentille O. Le faisceau lumineux traverse le centre optique de la lentille sans s'écarter de sa direction d'origine.
Centre optique de la lentille- le point par lequel Rayons de lumière passer sans être réfracté dans la lentille.
Axe optique principal– une droite passant par le centre optique de la lentille, perpendiculaire à la lentille.
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, appelé le foyer principal de l’objectif. 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 au point F", qui est situé à l'intersection de l'axe secondaire avec le plan focal Ф, c'est-à-dire le plan perpendiculaire au axe optique principal et passant par le foyer principal.
Plan focal– une ligne droite, perpendiculaire à l’axe optique principal de la lentille et passant par le foyer de la lentille.
La distance entre le centre optique de la lentille O et le foyer principal F est appelée distance focale. Il est désigné par la même lettre F.
Réfraction d'un faisceau parallèle de rayons dans une lentille collectrice.
Réfraction d'un faisceau de rayons parallèles dans une lentille divergente.
Les points O 1 et O 2 sont les centres des surfaces sphériques, O 1 O 2 est l'axe optique principal, O est le centre optique, F est le foyer principal, F" est le foyer secondaire, OF" est l'axe optique secondaire, Ф est le plan focal.
Sur les dessins lentilles fines représenté par un segment de ligne avec des flèches :
collecter : 
diffusion: 
La principale propriété des lentilles– capacité à donner des images d'objets. Les images viennent droit Et à l'envers, valide Et imaginaire, agrandi 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. Pour construire une image dans une lentille, deux rayons sur trois sont utilisés :
Un rayon incident sur une lentille parallèle à l’axe optique traverse le foyer de la lentille après réfraction.
Le rayon passant par le centre optique de la lentille n'est pas réfracté.
Le rayon, passant par le foyer de la lentille après réfraction, est parallèle à l'axe optique.
La position de l'image et sa nature (réelle ou imaginaire) peuvent également être calculées grâce à la formule des lentilles fines. Si la distance de l'objet à la lentille est notée d et la distance de la lentille à l'image par f, alors la formule pour une lentille mince peut s'écrire :
La valeur de D, l’inverse de la distance focale, est appelée puissance optique de la lentille.
L'unité de mesure de la puissance optique est dioptrie (doptre). Dioptrie – puissance optique lentilles d'une focale de 1 m : 1 dioptrie = m –1
Il est d'usage d'attribuer certains signes aux focales des lentilles : pour une lentille convergente F > 0, pour une lentille divergente F< 0.
Les quantités d et f obéissent également une certaine règle panneaux:
d > 0 et f > 0 – pour les objets réels (c'est-à-dire sources réelles lumière, et non des suites de rayons convergeant derrière l'objectif) et des images ;
d< 0 и f < 0 – для мнимых источников и изображений.
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 principales sont les aberrations sphériques et chromatiques.
Abération 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.
Aberration chromatique est dû au fait que l'indice de réfraction du matériau de la lentille dépend de la longueur d'onde de la lumière λ. Cette propriété des milieux transparents est 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.
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.
Si vous souhaitez créer un dispositif optique de haute qualité, vous devez optimiser un ensemble de ses principales caractéristiques : rapport d'ouverture, résolution et grossissement. Par exemple, vous ne pouvez pas fabriquer un bon télescope en obtenant uniquement un grossissement apparent élevé et en laissant le rapport d'ouverture (ouverture) petit. Il aura mauvaise résolution, puisque cela dépend directement de l'ouverture. Les conceptions de dispositifs optiques sont très diverses et leurs caractéristiques sont dictées par la fonction de dispositifs spécifiques. Mais lors de la mise en œuvre d'un système optique conçu dans un dispositif optique-mécanique fini, il est nécessaire de disposer tous les éléments optiques en stricte conformité avec le schéma adopté, de les fixer solidement, d'assurer un réglage précis de la position des pièces mobiles et de placer des diaphragmes pour éliminer rayonnement dispersé de fond indésirable. Il faut souvent résister définir des valeurs la température et l'humidité à l'intérieur de l'appareil, minimisent les vibrations, normalisent la répartition du poids, assurent l'évacuation de la chaleur des lampes et autres équipements électriques auxiliaires. La valeur est donnée apparence dispositif et facilité de manipulation.
Microscope, loupe, loupe.
Si un objet situé derrière l'objectif pas plus loin que son foyer est observé à travers une lentille positive (convergente), alors une image virtuelle agrandie de l'objet est visible. Une telle lentille est un simple microscope et est appelée loupe ou loupe.
La taille de l'image agrandie peut être déterminée à partir de la conception optique.
Lorsque l'œil est réglé sur un faisceau de lumière parallèle (l'image de l'objet est à une distance indéfiniment grande, ce qui signifie que l'objet est situé dans le plan focal de la lentille), le grossissement apparent M peut être déterminé à partir de la relation : M = tgb /tga = (H/f)/( H/v) = v/f, où f est la distance focale de l'objectif, v est la distance meilleure vision, c'est à dire. la distance la plus courte à laquelle l'œil voit bien avec une accommodation normale. M augmente de un lorsque l'œil est ajusté pour que l'image virtuelle de l'objet soit à la distance de meilleure vision. Les capacités d’adaptation sont différentes pour chacun et s’aggravent avec l’âge ; 25 cm est considérée comme la distance de meilleure vision oeil normal. Dans le champ de vision d'un seul objectif positif, à mesure que l'on s'éloigne de son axe, la netteté de l'image se détériore rapidement en raison des aberrations transversales. Bien qu'il existe des loupes avec un grossissement de 20x, leur grossissement typique est de 5 à 10. Le grossissement d'un microscope composé, généralement appelé simplement microscope, atteint jusqu'à 2000x.
Télescope.
Un télescope augmente la taille apparente des objets distants. Le circuit de télescope le plus simple comprend deux lentilles positives.
Les rayons d'un objet distant, parallèles à l'axe du télescope (rayons a et c sur le schéma), sont collectés au foyer arrière de la première lentille (objectif). La deuxième lentille (oculaire) est retirée du plan focal de la lentille à sa distance focale, et les rayons a et c en émergent à nouveau parallèlement à l'axe du système. Un rayon b, émanant de points autres que ceux de l'objet d'où proviennent les rayons a et c, tombe sous un angle a par rapport à l'axe du télescope, passe par le foyer avant de la lentille et est ensuite parallèle à l'axe de le système. L'oculaire le dirige vers son foyer arrière selon un angle b. Puisque la distance entre le foyer avant de la lentille et l'œil de l'observateur est négligeable par rapport à la distance à l'objet, à partir du diagramme, nous pouvons obtenir une expression pour le grossissement apparent M du télescope : M = -tgb /tga = -F /f" (ou F/f). Signe négatif montre que l'image est à l'envers. Dans les télescopes astronomiques, cela reste ainsi ; Les télescopes permettant d'observer des objets terrestres utilisent un système d'inversion pour visualiser des images normales plutôt qu'inversées. Le système enveloppant peut inclure des lentilles supplémentaires ou, comme dans les jumelles, des prismes.
Jumelles.
Un télescope binoculaire, communément appelé jumelles, est un instrument compact permettant d'observer avec les deux yeux en même temps ; son augmentation est généralement de 6 à 10 fois. Les jumelles utilisent une paire de systèmes enveloppants (le plus souvent Porro), dont chacun comprend deux prismes rectangulaires (avec une base à 45°), orientés l'un vers l'autre avec des bords rectangulaires.
Obtenir fort grossissement dans un champ de vision large, exempt d'aberrations de lentille, et donc un angle de vision important (6-9°), les jumelles nécessitent un oculaire de très haute qualité, plus perfectionné qu'un télescope à angle de vision étroit. L'oculaire des jumelles assure la mise au point de l'image et la correction de la vision - son échelle est marquée en dioptries. De plus, dans les jumelles, la position de l’oculaire est ajustée à la distance entre les yeux de l’observateur. Généralement, les jumelles sont étiquetées en fonction de leur grossissement (en multiples) et du diamètre de leur lentille (en millimètres), par exemple 8*40 ou 7*50.
Viseur optique.
Tout télescope destiné aux observations au sol peut être utilisé comme viseur optique si des marques claires (grilles, marques) correspondant à un objectif donné sont appliquées dans n'importe quel plan de son espace image. La conception typique de nombreuses installations optiques militaires est telle que la lentille du télescope regarde ouvertement la cible et que l'oculaire se trouve dans un abri. Ce schéma nécessite une courbure de l'axe optique du viseur et l'utilisation de prismes pour le déplacer ; ces mêmes prismes convertissent l'image inversée en image directe. Les systèmes avec déplacement de l'axe optique sont appelés périscopiques. Habituellement, un viseur optique est conçu de manière à ce que la pupille de sa sortie soit située à une distance suffisante de la dernière surface de l'oculaire pour protéger l'œil du tireur de heurter le bord du télescope lors du recul de l'arme.
Télémètre.
Les télémètres optiques, qui mesurent les distances aux objets, sont de deux types : monoculaires et stéréoscopiques. Bien qu'ils diffèrent dans les détails de conception, la partie principale de la conception optique est la même et le principe de fonctionnement est le même : en utilisant le côté connu (base) et deux angles connus du triangle, son côté inconnu est déterminé. Deux télescopes orientés parallèlement, séparés par une distance b (base), construisent des images du même objet distant de manière à ce qu'il semble être observé depuis eux dans des directions différentes (la taille de la cible peut également servir de base). Si, à l'aide d'un dispositif optique approprié, les champs d'images des deux télescopes sont combinés de manière à pouvoir être visualisés simultanément, il s'avère que les images correspondantes de l'objet sont spatialement séparées. Il existe des télémètres non seulement avec chevauchement complet du champ, mais aussi avec chevauchement à moitié : la moitié supérieure de l'espace image d'un télescope est combinée avec la moitié inférieure de l'espace image de l'autre. Dans de tels dispositifs, à l'aide d'un élément optique approprié, des images spatialement séparées sont combinées et la valeur mesurée est déterminée à partir du décalage relatif des images. Souvent, l'élément de cisaillement est un prisme ou une combinaison de prismes.
TÉLÉMÈTRE MONOCULAIRE. A - prisme rectangulaire ; B - pentaprismes ; C - objectifs de lentilles ; D - oculaire ; E - œil ; P1 et P2 sont des prismes fixes ; P3 - prisme mobile ; I 1 et I 2 - images des moitiés du champ de vision
Dans le circuit télémétrique monoculaire représenté sur la figure, cette fonction est assurée par le prisme P3 ; il est associé à une échelle graduée en distances mesurées à l'objet. Les pentaprismes B sont utilisés comme réflecteurs de lumière à angle droit, car de tels prismes dévient toujours le faisceau lumineux incident de 90°, quelle que soit la précision de leur installation dans le plan horizontal de l'appareil. Dans un télémètre stéréoscopique, l'observateur voit les images créées par deux télescopes avec les deux yeux à la fois. La base d'un tel télémètre permet à l'observateur de percevoir la position d'un objet en trois dimensions, à une certaine profondeur dans l'espace. Chaque télescope possède un réticule avec des repères correspondant aux valeurs de portée. L'observateur voit une échelle de distance s'enfonçant profondément dans l'espace représenté et l'utilise pour déterminer la distance de l'objet.
Appareils d'éclairage et de projection. Projecteurs.
Dans la conception optique du projecteur, la source lumineuse, par exemple le cratère d'une décharge d'arc électrique, est située au foyer d'un réflecteur parabolique. Les rayons émanant de tous les points de l'arc sont réfléchis par un miroir parabolique presque parallèle les uns aux autres. Le faisceau de rayons diverge légèrement car la source n'est pas un point lumineux, mais un volume de taille finie.
Diascope.
La conception optique de cet appareil, conçue pour visualiser des transparents et des cadres de couleur transparents, comprend deux systèmes de lentilles : un condenseur et une lentille de projection. Le condenseur illumine uniformément l'original transparent, dirigeant les rayons vers la lentille de projection, qui crée une image de l'original sur l'écran. L'objectif de projection assure la mise au point et le remplacement de ses objectifs, ce qui permet de modifier la distance par rapport à l'écran et la taille de l'image qui s'y trouve. La conception optique du projecteur de film est la même.
DIAGRAMME DIASCOPIQUE. Une diapositive; B - condenseur de lentille ; C - lentilles d'objectif de projection ; D - écran ; S - source de lumière
Appareils spectraux.
L'élément principal d'un dispositif spectral peut être un prisme de dispersion ou un réseau de diffraction. Dans un tel dispositif, la lumière est d'abord collimatée, c'est-à-dire est formé en un faisceau de rayons parallèles, puis décomposé en un spectre, et enfin, l'image de la fente d'entrée du dispositif est focalisée sur sa fente de sortie à chaque longueur d'onde du spectre.
Spectromètre.
Dans cet appareil de laboratoire plus ou moins universel, les systèmes de collimation et de focalisation peuvent être tournés par rapport au centre de la scène sur laquelle se trouve l'élément qui décompose la lumière en un spectre. L'appareil dispose d'échelles pour lire les angles de rotation, par exemple un prisme de dispersion, et les angles de déviation après celui-ci des différentes composantes de couleur du spectre. Sur la base des résultats de ces lectures, par exemple, les indices de réfraction de solides transparents sont mesurés.
Spectrographe.
C'est le nom d'un appareil dans lequel le spectre résultant ou une partie de celui-ci est enregistré sur du matériel photographique. Vous pouvez obtenir un spectre à partir d'un prisme en quartz (plage 210-800 nm), en verre (360-2500 nm) ou sel gemme(2500-16000 nm). Dans les plages spectrales où les prismes absorbent faiblement la lumière, les images des raies spectrales dans le spectrographe sont lumineuses. Dans les spectrographes à réseaux de diffraction, ces derniers remplissent deux fonctions : ils décomposent le rayonnement en un spectre et focalisent les composantes de couleur sur le matériau photographique ; De tels dispositifs sont également utilisés dans le domaine ultraviolet.
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 photographique plat doit produire suffisamment des images nettes objets situés à des distances différentes.
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. La taille d de ces cercles peut être réduite en arrêtant la lentille, c'est-à-dire réduire l'ouverture relative a/F. Cela entraîne une augmentation de la profondeur de champ.
L'objectif d'un appareil photo moderne se compose de plusieurs objectifs combinés en systèmes optiques (par exemple, la conception optique Tessar). Le nombre d'objectifs dans les objectifs des appareils photo les plus simples est de un à trois, et dans les appareils photo modernes et coûteux, il y en a jusqu'à dix, voire dix-huit.
Conception optique de Tessar
Il peut y avoir de deux à cinq systèmes optiques dans la lentille. Presque tous les circuits optiques sont conçus et fonctionnent de la même manière : ils concentrent les rayons lumineux traversant les lentilles sur une matrice photosensible.
La qualité de l'image sur la photo dépend uniquement de l'objectif, si la photo sera nette, si les formes et les lignes de la photo seront déformées, si elle transmettra bien les couleurs - tout cela dépend des propriétés de l'objectif, c'est pourquoi l'objectif est l'un des plus éléments importants appareil photo moderne.
Les lentilles d'objectif sont fabriquées à partir de types spéciaux de verre optique ou de plastique optique. La création d'objectifs est l'une des parties les plus coûteuses de la création d'un appareil photo. Lorsque l’on compare les lentilles en verre et en plastique, il convient de noter que les lentilles en plastique sont moins chères et plus légères. Actuellement, la plupart des objectifs des appareils photo compacts amateurs bon marché sont en plastique. Mais ces objectifs sont sensibles aux rayures et ne sont pas aussi durables : après environ deux à trois ans, ils deviennent troubles et la qualité des photographies laisse beaucoup à désirer. Les optiques des appareils photo plus chers sont en verre optique.
De nos jours, la plupart des objectifs d’appareils photo compacts sont en plastique.
Les lentilles d'objectif sont collées ou reliées entre elles à l'aide de montures métalliques calculées très précisément. On trouve beaucoup plus souvent des verres collés que des montures métalliques.
Appareil de projection conçu pour obtenir des images à grande échelle. L'objectif du projecteur O focalise l'image d'un objet plat (diapositive D) sur un écran distant E. Un système de lentilles K, appelé condenseur, est 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 l'objectif O.
Objectifs simples Il en existe deux types différents : positifs et négatifs. Ces deux types sont également appelés convergents et divergents car les lentilles positives collectent la lumière et forment une image de la source, tandis que les lentilles négatives diffusent la lumière.
Caractéristiques des lentilles simples
Selon les formulaires, il existe collecte(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 du milieu environnant. 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 et 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 - plan-convexe 3 - concave-convexe (ménisque positif (convexe)) Diffusion: 4 - biconcave 5 - plat-concave 6 - convexe-concave (ménisque négatif (concave))
Utiliser une lentille pour modifier la forme du front d’onde. Ici, un front d'onde plan devient sphérique lorsqu'il traverse la lentille
Une lentille convexe-concave est appelée ménisque et peut être collectif (s'épaissit vers le milieu), diffus (s'épaissit vers les bords) ou télescopique (la focale est l'infini). Ainsi, par exemple, les verres des lunettes pour la myopie sont généralement des ménisques négatifs.
Contrairement à une idée reçue, la puissance optique d'un ménisque à rayons égaux n'est pas nulle, mais positive, et dépend de l'indice de réfraction du verre et de l'épaisseur de la lentille. Un ménisque dont les centres de courbure des surfaces sont situés en un point est appelé lentille concentrique (la puissance optique est toujours négative).
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 - axe optique - 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 (mince), sans indiquer la réfraction à l'interface 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 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 se concentrer F’, et la distance entre le centre de l’objectif et le foyer est la distance focale.
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 s'applique également aux cas où l'image d'un point se trouve sur une ligne inclinée passant par le centre de la lentille selon un angle par rapport à l'axe optique. Le plan perpendiculaire à l'axe optique, situé au foyer de la lentille, est appelé 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 des points principaux de la lentille.
a) Types de lentilles.
Les lentilles optiques plus épaisses au milieu qu’au bord sont appelées lentilles convergentes ; au contraire, si le bord est plus épais que le milieu, alors les lentilles agissent comme
diffusion. Selon la forme coupe transversale distinguer : lentilles collectrices biconvexes, plano-convexes, concaves-convexes ; Lentilles divergentes biconcave, plate-concave, convexe-concave.
Les lentilles minces, en première approximation, peuvent être considérées comme deux prismes minces repliés (Fig. 217, 218). Le parcours des rayons peut être retracé sur la rondelle Hartl.
Lentilles convergentes concentre les rayons parallèles en un point derrière la lentille, au foyer (Fig. 219)
lentille divergente transforme un faisceau de rayons parallèle en un faisceau divergent, qui semble devenir flou (Fig. 220).
