Теория работы

Линза - это прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями. Линзы входят в состав разнообразных оптических приборов, широко используемых в биологической и медицинской практике, таких как микроскопы, лупы, эндоскопы, бронхоскопы, гастроскопы, цитоскопы и др. Линзы являются основным элементом многих оптических приборов для лабораторного анализа, кино- и фотоаппаратов и т.д.

Линзы подразделяются на собирающие (выпуклые) и рассеивающие (вогнутые). Собирающая линза - это линза, в которой световые лучи (Рис.16.1.а), падающие на линзу параллельно главной оптической оси линзы ОО₁, преломляясь в линзе, собираются в её фокусе F.

Фокусное расстояние собирающей линзы - расстояние от оптического центра линзы до точки фокуса, и обозначаемое также F, считается у собирающей линзы положительным, т.е. F >0.

Рассеивающая линза - это линза в которой световые лучи (Рис.16.1.б), падающие на линзу параллельно главной оптической оси линзы ОО₁, преломляясь в линзе, расходятся. Для нахождения её точки фокуса, выходящие из линзы лучи продляют в обратную сторону до пересечения с главной оптической осью ОО₁. Фокусное расстояние рассеивающей линзы считается отрицательным, т.е. F <0, а сам фокус - мнимым.

Величина D , обратная фокусному расстоянию линзы, называется оптической силой линзы и измеряется в диоптриях (дптр):

, . (16.1)

Оптическая сила собирающей линзы, также как и фокус, положительна D_соб.>0, а оптическая сила рассеивающей линзы отрицательна, т.е. D_расс.<0.

Оптическая сила системы линз D_сист. численно равна алгебраической сумме оптических сил линз, входящих в её состав, т.е. D_сист.= D₁+D₂+... (16.2)

Изображения, получаемые с помощью собирающих линз, не всегда получаются идеальными. Это связано с не идеальностью сферической поверхности линзы. Такие недостатки линз называются аберрациями. Возможно возникновение четырех видов аберраций.

1) Сферическая аберрация, при которой все световые лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси, собираются не в фокусе линзы. Лучи, идущие ближе к оптическому центру – собираются в фокусе, а лучи, идущие от краев линзы – собираются немного дальше. В результате изображение точечного источника света будет выглядеть как световое пятно.

Для устранения сферической аберрации используют диафрагму, которая отсекает из светового пучка лучи, идущие от краев линзы. Диафрагма – это регулируемое отверстие. Диафрагму, например, можно увидеть в объективе фотоаппарата; зрачок глаза также является своеобразной диафрагмой, регулирующей поток света, поступающего в глаз.

2) Хроматическая аберрация, при которой белый свет, проходя через стеклянную линзу, разлагается на составляющие его цвета (греч. «хромос» - цвет). Это происходит за счет явления дисперсии света – зависимости показателя преломления вещества от длины световой волны. В результате изображение точечного источника белого света на экране принимает вид радужно окрашенного светового пятна. Для устранения хроматической аберрации используют вторую рассеивающую линзу, называемую ахроматор.

3) Дисторсия, при которой световые лучи, падающие на линзу под разными углами к главной оптической оси, собираются в разных точках на фокальной плоскости. В результате, изображение предмета становится искаженным (выпуклым или вогнутым). Для устранения дисторсии также используют диафрагму, которая отсекает световые лучи, падающие на линзу не параллельно главной оптической оси.

4) Астигматизм, при котором сама линза в результате неидеальной сферической поверхности, имеет различное увеличение во взаимно перпендикулярных направлениях. В результате изображение предмета становится непропорционально увеличенным – вытянутым в одном из направлений. Такой недостаток встречается у такой линзы как хрусталик глаза. Тогда, например, изображение квадрата воспринимается человеком с астигматизмом, как прямоугольник. Для устранения астигматизма используют цилиндрическую линзу (очки с цилиндрической линзой), которая увеличивает предмет только в одном направлении, восстанавливая пропорции в изображении предмета.