Iсторiя

Перше згадування про лінзи можна знайти в давньогрецькій п'єсі Арістофана "Хмари" (424 до н. е.), де за допомогою опуклого скла і сонячного світла добували вогонь.

З творів Плінія Старшого (23 – 79) випливає, що такий спосіб розпалювання вогню був відомий і в Римській імперії - там також описаний, можливо, перший випадок застосування лінз для корекції зору - відомо, що Нерон дивився гладіаторські бої через увігнутий смарагд для виправлення короткозорості.

Сенека (3 до н. е. - 65) описав збільшувальний ефект, який дає скляна куля, заповнена водою.

Арабський математик Альхазен (965-1038) написав перший значний трактат з оптики, який описує, як кришталик ока створює зображення на сітчатці. Лінзи отримали широке використання лише з появою окуляр приблизно в 1280-х роках в Італії.

Характеристики простих лінз

Залежно від форм розрізняють збиральнi (додатні) і розсіюючі (від’ємнi) лінзи. До групи збиральних лінз зазвичай відносять лінзи, у яких середина товща їх країв, а до групи розсіюючих - лінзи, краї яких товщі середини. Слід зазначити, що це вірно тільки якщо показник заломлення у матеріалу лінзи більше, ніж у навколишнього середовища. Якщо показник заломлення лінзи менше, ситуація буде зворотньою. Наприклад бульбашка повітря у воді - двоопукла розсіююча лінза.

Рис. 2. Крізь краплі дощу, що діють як лінзи, видно Золоті Ворота

Рис. 3. Рослина, видимa через двоопуклу лінзу

Лінзи характеризуються, як правило, своєю оптичною силою (вимірюється в діоптріях), або фокусною відстанню.

Для побудови оптичних приладів з виправленою оптичною аберацією (насамперед - хроматичною, зумовленою дисперсією світла, - ахромати і апохромати) важливі й інші властивості лінз і їх матеріалів, наприклад, коефіцієнт заломлення, коефіцієнт дисперсії, коефіцієнт пропускання матеріалу в обраному оптичному діапазоні.

Іноді лінзи / лінзові оптичні системи (рефрактори) спеціально розраховуються на використання в середовищах з відносно високим коефіцієнтом заломлення.

Рис.4. Види лінз

Види лінз:

збиральнi:

1 - двоопукла

2 - плоско-опукла

3 - увігнуто-опукла (додатнiй (опуклий) меніск)

розсіюючі:

4 - двоякоувiгнута

5 - плоско-увігнута

6 - опукло-увігнута (від'ємний (увігнутий) меніск)

Опукло-увігнута лінза називається меніском і може бути збиральною (потовщується до середини), розсіюючою (потовщується до країв) або телескопічною (фокусна відстань дорівнює нескінченності). Так, наприклад лінзи окулярів для короткозорих - як правило, від'ємні меніски.

Всупереч поширеній помилці, оптична сила меніска з однаковими радіусами не дорівнює нулю, а додатня, і залежить від показника заломлення скла і від товщини лінзи. Меніск, центри кривизни поверхонь якого знаходяться в одній точці називається концентричній лінзою (оптична сила завжди від'ємна).

Якщо на скляну лінзу, що знаходиться в повітрі, направити параксіальний пучок світла паралельно головній оптичній осі, то в опуклій лінзі пучок збереться у точці F (Рис. 5), яку називають головним фокусом. Такі лінзи відносять до збиральних. Якщо такий пучок направити на увігнуту лінзу (Рис. 6), то пучок розсіюється так, що проміні ніби то виходять з точки F, яку називають уявним головним фокусом лінзи.

Рис. 5. Дійсний фокус збиральної лінзи

Основні елементи лінзи:

• NN – головна оптична вісь - пряма лінія, що проходить через центри сферичних поверхонь, що обмежують лінзу;

• т.O - оптичний центр - точка, яка у двоопуклих або двоввігнутих (з однаковими радіусами поверхонь) лінз знаходиться на оптичній осі всередині лінзи (в її центрі ).

Примітка. Хід променів показаний, для ідеалізованої (тонкої) лінзі, без вказівки на заломлення на реальній межі розділу середовищ.

Рис. 6. Уявний фокус розсіюючої лінзи