Алматы қаласы ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ ҚЫЗДАР ПЕДАГОГИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ “Оптика” пәнінен №7 дәріс Геометриялық оптика негіздері. Линзалар. Линзада кескін алу
IV тарау Геометриялық оптика негіздері Сабақ жоспары:
Сәулелік оптиканың негізгі заңдары
Ферма принципі 1660 жылы Ферма геометриялық оптика заңдары үшін келесі принципті тұжырымдады: Жарық 1 нүктеден 2 нүктеге орын ауыстырғанда ең оптикалық жүйемен таралады
Жарық сәулелерінің түзу сызық бойымен таралу заңы Жарық сәулелерінің тәуелсіз таралу заңы
Жарықтың шағылу заңдары Шағылу - мөлдір емес ортада жарық сәулесінің бағытының өзгеруі С В β α О А < α = < β
Жарықтың сыну заңдары В.Снеллиус: 1621
Жарықтың сыну заңдары n = n 2 / n 1.
Заттар Ауаға қатысты сындыру көрсеткіші Су Глицерин Алмас Мұз Тұз Кварц Лағыл Қант Шыны сорттары 1.33 1,47 2,42 1,31 1,54 1.54 1,76 1,56 1,47 до 2.04 Қазіргі кезде көптеген заттардың сындыру көрсеткіштері тәжірибеде анықталып кестеге жазылған.
, Сәуленің үлкен бұрыштарында сынған сәуле өз қызметін тоқтатады, тек шағылған сәуле қалады. Бұл пайда болатын бұрышты толық ішкі шағылысу бұрышы (немесе Брюстер) деп атайды, ал құбылыстың өзін толық ішкі шағылу деп атайды. Шыны үшін толы қ ішкі шағылудың шектік бұрышы 42 °, су үшін 49 °, алмас 24 үшін Толық ішкі шағылу құбылысы
Жұқа линзалар 1. Жина ғ ыш линза 2. Шашыратқыш линза
Линзалар жинағыш және шашыратқыш болып екіге бөлінеді.
ЖИНАҒЫШ ЛИНЗА Жинағыш линзалардың ортасы жуан екі шеті жіңішке болады. F нүктесі линзаның фокусы деп аталады
ШАШЫРАТҚЫШ ЛИНЗА Шашыратқыш линзалардың ортасы жіңішке екі шеті жуан болады. Шашыратқыш линзаның фокусы жалған болады
Линзалардың негізгі қасиеті – олар дененің кескінін бере алады. Кескіндер Тура немесе кері аударылған, шын немесе жалған, үлкейтілген немесе кішірейтілген болуы мүмкін.
Жинағыш линзада кескін алу Егер АВ денесі линзаның фокусы мен екі еселенген фокусының арасында орналасқан болса:
А ' В ' – АВ денесінің кескіні. Кескіннің сипаттамасы: Нақты ; Кері аударылған; Үлкейтілген.
Егер АВ денесі линзаның екі еселенген фокусының артында орналасқан болса:
Кескіннің сипаттамасы: Нақты; Кері аударылған ; Кішірейтілген.
Дененің орны ( d ) Нақты немесе жалған Үлкейту Тура немесе кері d > 2F нақты кішірейтілген кері d = 2 F нақты Дененің өлшемімен бірдей кері 2 F< d < F нақты Үлкен кері d = F Кескін бермейді d < F жалған үлкейтілген тура
Егер АВ денесі линзаның фокусы мен линзаның арасында орналасқан болса: Кескіннің сипаттамасы: Жалған; Тура ; Үлкейтілген.
Шашыратқыш линзада кескін алу Егер АВ денесі линзаның фокусы мен екі еселенген фокусының арасында орналасқан болса: Кескіннің сипаттамасы: Жалған; Тура; Кішірейтілген.
Алматы қаласы ҚАЗАҚ МЕМЛЕКЕТТІК ҚЫЗДАР ПЕДАГОГИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ “Оптика” пәнінен №8 дәріс Оптикалық жүйелер. Оптикалық жүйелердің кемістіктері. Оптикалық құралдар.
Жазық айна - қисықтық радиусы шексіздікке ұмтылатын, тегіс және шағылысатын қабатпен жабылған тегіс бет. Айнадағы шағылу – бетке бірдей бұрыштармен түсетін параллель жарық сәулелерінің шағылысу құбылысы. Айнаның шағылысуы айналар сияқты тегіс беттермен жүзеге асырылады. Диффузиялық шағылу - бетке әр түрлі бұрышпен түсетін параллель сәулелердің шағылысу құбылысы. Диффузды шағылысу жолдар, қабырғалар және т.б. сияқты тегіс емес беттермен қамтамасыз етіледі.
Кескін жалған, тура, дененің өлшеміне тең; Кескін айнаның артында және объектімен бірдей қашықтықта орналасқан;
Күнделікті өмірде: бейнені көру үшін және т.б. Медицинада: мысалы, стоматологияда; Оптикалық аспаптарда: перископ, телескоп және т.б.; Өнеркәсіпте: жоғары температурада бу алу үшін
Сфералық айналар және олардың түрлері Ойыс және дөңес Ойыс және дөңес
C: сфера радиусы F: ойыс айнаның фокусы F: фокустық ара қашықтық, F = R / 2 r f • C • F Сфералық айналар және олардың түрлері Ойыс және дөңес
Оптическая ось Вогнутое зеркало. • F
Оптикалық ось Ойыс айна ( мысал ) • F 1-сәуле негізгі оптикалық оське параллель қозғалады және айнадан шағылысқаннан кейін айна фокусы арқылы өтеді. 2-сәуле айна фокусы арқылы қозғалады және айнадан шағылысудан кейін негізгі оптикалық оське параллель өтеді.И изображение получается в точке пересечения лучей.
Оптическая ось Ойыс айна ( 2 мысал ) • F
Оптикалық ось Ойыс айна ( 2 мысал ) • F 1-сәуле негізгі оптикалық оське параллель қозғалады және айнадан шағылысқаннан кейін айна фокусы арқылы өтеді. 2-сәуле айна фокусы арқылы қозғалады және айнадан шағылысудан кейін негізгі оптикалық оське параллель өтеді. Жалғанкескін түскен сәулелердің қиылысында пайда болады.
Жарық шоғы оптикалық оське параллель қозғалады және фокустан шағылысады. Оптикалық ось • F Фокус жалған, өйткені сәулелердің өзі олардың жалғасы емес.
Оптикалық ось • F 1-сәуле оптикалық оське параллель қозғалады және шағылысқаннан кейін фокус арқылы өтеді. 2-сәуле айна фокусы арқылы өтеді және шағылысқаннан кейін негізгі оптикалық оське параллель қозғалады. Сәулелер қиылыспайды, бірақ біз оларды жалғастыру үшін нүктелі сызықтарды саламыз. Жалған кескін нүктелі сызықтардың қиылысында орналасқан.
F= фокустық ара қашықтық ƒ= айнадан кескінге дейінгі ара қашықтық d = денеден айнаға дейінгі қашықтық
F= фокустық ара қашықтық ƒ= айнадан кескінге дейінгі ара қашықтық d = денеден айнаға дейінгі қашықтық
Г = сызықты ұлғайтуы h i = кескіннің өлшемі h o = дененің өлшемі Биіктігі теріс болса, сурет төңкеріледі. Егер үлкейту теріс болса, кескін төңкеріледі (төңкеріледі)
41 Оптикалық жүйелер Сындырғыш беттерден құралған система оптикалық жүйе деп аталады. Егер барлық беттердің қисықтық центрлері бір түзудің бойында жатса, ондай система центрленген система деп аталады да олардың ортақ осі системаның ұлы оптикалық осі болып табылады
42 Оптикалық прибор кескін бақылаушы Ортикалық жүйе зат
43 Оптикалық жүйелердің типтері Телескоптық жүйе: Алыстағы зат Алыстағы кескін Фотографиялық объектив: Алыстағы зат Жақындағы кескін Микроскоп: Жақындағы зат Алыстағы кескін Репродукциялы жүйе: Жаұындағы зат Жақындағы кескін
44 Оптикалық жүйелердің сипаттамалары Оптикалық жүйенің әсер етуі : сәуледен бөлінетін сәулені объектіден жинақталатын сәулеге айналдыру ұлғайту)сәуленің мөлшерін шектеу және жарық интенсивтілігін (энергия алмасу) зат сәулесінің пішінінің бұзылуына байланысты объектінің құрылымының бұрмалануы (құрылымның ауысуы)
Көз оптикалық жүйе 1-склера (көз алмасының сыртқы қабықшасы); 2-қасаң қабық (роговица) - склераның алдыңғы мөлдір бөлігі; 3- түсті қабық (адамдар көзінің түсті қабығы әртүрлі болады); 4-көздің қарашығы (зрачок) – жарық өтетін саңылау. Оның диаметрі рефлективті түрде 2 мм - 8 мм-ге өзгеріп отырады; 5-көз бұршағы (хрусталик) - қос дөңес линзаға ұқсас мөлдір серпімді дене; 6-циллиарлық бұлшық еттер көз бұршағының қисықтық радиусын өзгертеді, яғни оптикалық күшін өзгертеді; 7-көз алмасының ішкі бөлігін толтырып тұратын қоймалжың сұйық шыны тәріздес дене (стекловидное тело); 8-тамырлар қабығы; 9-көз алмасының түбін тұтас жауып тұратын торлама (сетчатка). Торлама көз жүйке тамырларының тармақтарынан тұрады. Көру жүйкесі құтышалар (≈ 7 млн.) мен таяқшалар (≈130 млн.) деп аталатын талшықтардан тұрады; 10-көру жүйкесі; 11- соқыр дақ; 12-сары дақ (центральная ямка) – торламадағы жарықты ең сезгіш орын (мұнда нәрсенің түсін қабылдайтын кұтышалар топталған).
аккомодация Аккомодация – көздің әртүрлі қашықтықта орналастырылған заттарды көруге бейімделуі көз бұршағының дөңестенушінің ұлғайып кішіреюі арқылы реттеледі – ал қараңғыда көруге бейімделуі көз қарашығының диаметірінің үлкеюі арқылы орындалады
Көздің көру ұабілетін офтальмологтың кабинетінде тексеріледі. Көзге арналған тесттер бөлшектерді жақын қашықтықта және үлкен қашықтықта ажырата білу қабілетін, көру өрісін (оның ақауларын анықтау) және түстерді ажырата білуді тексеруді қамтиды. Көру айқындығы ауқымды түрде тексеріледі: қашықтықтан көру және жақын көру. Қашықтықтан көруді тексеру үшін науқасқа әріптер жиынтығы көрсетіледі немесеәр түрлі кейіпкерлерөлшемдері.
Алыстағы нүкте - кірпікшелі бұлшықет босаңсқанда көздің көретін нүктесі. Еңжақын нүкте - кірпік бұлшықетінің максималды керілуінде көрінетін нүкте.
Миопия - бұл жағдай көбіне жақыннан күргіштік деп аталады. Көздің бұл кемістігі - көзге параллель сәулелер түскен кезде, кескін көз торламасының алдында фокусталады. Айқын кескін көрінуі үшін қасаң қабықтың алдына ойыс түзеткіш линзаны қою қажет.
Гиперметропия - бұл жағдай әдетте алыстан көргіштік деп аталады. Көздің бұл кемістігі - көзге параллель сәулелер түскен кезде, кескін көз торламасының артында фокусталады. Айқын кескін көрінуі үшін қасаң қабықтың алдына дөңес түзеткіш линзаны қою қажет.
Жасы ұлғайған сайын көздер фокустау қабілетін жоғалтады. Осыған байланысты объектілерді мұқият қарауды қажет ететін әрекеттер, мысалы, оқу қиынға соғады. Көздің линзасы аз серпімді болады және жеткілікті ұлғайту қабілетін жоғалтады. Мұндай жағдайларда көздің алдына дөңес линза қою керек. Әдетте ешқашан көзілдірік кимеген адамдарға оқу үшін түзету қажет болады возрасте 45 лет.
Оптикалық жүйелердің кемістіктері Біз бұған дейін жарқырауық нүкте оптикалық система осінің бойында немесе оған өте жақын жатады деп ұйғарып келдік. Мұндай жағдайларда системаға түсетін сәулелер шоғы жіңішке болып, оны мен оптикалық ось аралығындағы бұрыш өте кішкене болады. Осындай сәулелердің көмегімен салынған кескіндердің сапасы жақсы болады. Бірақ іс жүзінде бұл шарттар орындала бермейді, системаға түскен жарық шоқтары жалпақ және олар мен ұлы оптикалық ось арасындағы бұрыш үлкен болады да кескін дәл және анық болмайды. Бұған қосымша, егер кескін түсіру үшін ақ жарық пайдаланылған болса, онда кескіннің жиектері алабажақ болады. Кескіннің осындай кемшілігі болуы оптикалық системаның сапасы нашар екендігінен. Оптикалық системаның кемістіктері системаның аберрациялары деп аталады.
Оптикалық жүйенің аберрациясы - бұл оптикалық жүйенің жетілмеуінен болатын кескіннің бұрмалануы, яғни. егер сурет анық емес болса, онда ол тақырыпқа дәл сәйкес келмейді немесе боялған. Аберрация түрлері Хроматикалық Сфералық Кома Астигматизм Дисторсия
Оптикалық жүйелердің кемістіктері Сфералық аберрация Жинағыш линзаға оның оптикалық осінде тұрған жарқырауық нүктеден бытырай таралған жалпақ жарық шоғы түссе, линзаның оптикалық осіне таяу жарық шоқтары осьпен нүктеде ал, линзаның осінен қашық жарық шоқтары осьпен нүктеде қиылысады. Демек оптикалық осьпен түрліше бұрыш жасап түскен жарық шоқтары линзадан өткенде сынып, оның оптикалық осінің бірнеше нүктелерінде қиылысады. Сондықтан нүктесінің кескіні дәл нүкте болмай, көмескі дөңгелекше болады. Линзаның (жалпы оптикалық системаның) осындай кемістігі сфералық абберация деп аталады. Сонда пен нүктелерінің арақашықтығы линзаның сфералық абберациясының өлшеуі болады. Сфералық абберацияның шамасы линза беттерінің қисықтығына, сыну көрсеткіштеріне және жарық көзіне оның қандай беті қарап тұрғанына байланысты болады.
Хроматикалық аберрация Линзаға түскен жарықтың құрамына толқынының ұзындығы әр түрлі жарық сәулелері енетін болса, сонда линзадан өткенде олардың әрқайсысы әр түрлі сынады. Мысалы, ақ жарықтың құрамына енетін қысқа толқынды күлгін сәуле, ұзын толқынды қызыл сәуледен күштірек сынады, күлгін сәуленің линзаның оптикалық осімен қиылысу нүктесі қызыл сәуленің қиылысу нүктесінен гөрі линзаға жақын болады. Мысалы, дөңес линзадан өткен ақ жарықтың жолына алғаш қызыл шыны, одан соң күлгін шыны қойылса, сонда жылжымалы экран бетінде өткен қызыл жарық сәулелері нүктеде, күлгін жарық сәулелері нүктеде тоғысады. Егер экранды айқын күлгін кескін пайда болатын жерге орнатып, қызыл жарық түсірсек, онда экранның бетінде көмескі қызыл дақ пайда болады. Егер экран және нүктелерінің аралығына орнатылып, ақ жарық пайдаланылса, онда линзаның беретін кескіні көмескі дөңгелек пішінді болып, жиегі түрлі түсті болады. Бұл құбылыс хроматикалық абберация деп аталады
Кома Изображение Линза Жарқырауық нүкте оптикалық системаның осінде жатпаған жағдайда оның системадағы кескіні сопақ дақ болады, ол аздап «құйрықты» жұлдызға да ұқсайды. Сондықтан осьтен тыс жалпақ жарық шоқтары пайдаланылғанда байқалатын абберацияны кома (грекше кома – тұлым) деп атайды. Системаның бөліктерін дұрыс сайлап алып, бұл кемістікті де жөндеуге болады.
Астигматизм Егер жарқырауық нүкте системаның оптикалық осімен едәуір қашық болып, одан таралған жіңішке жарық шрғы системаға көлбей түссе, сонда системадан өткенде сынған жарық шоқтары бір нүктеде қиылыспайды, екінші сөзбен айтқанда нүктенің кескіні нүкте түрінде болмай, көмескі дақ, немесе түзу кесінді тәрізді болады. Осындай кемістік астигматизм деп аталады.
Ол объективте пайда болады және сурет пен объект арасындағы ұқсастықтың бұзылуынан тұрады. Негізгі оптикалық осьтен өтетін түзу сызықтар түзу түрінде көрсетіледі, ал басқалары бұрмаланған. Мысалы, квадрат торды анимацияда көрсетілгендей екі жақты дөңес оң линзада көрсетуге болады (қысқыштың бұрмалануы деп аталады). Бұл жағдайда параллель сызықтар орталыққа қарай неғұрлым көп иілсе, олар центрден соғұрлым алыс болады. Теріс (вогнуты) линзаларда баррельдің бұрмалануы сызықтар орталықтан бүгілген кезде пайда болады Изображение квадрата при дисторсии. Дисторсия на фотографии
Сфералық аберрацияны фокустық ара қашықтықтары әртүрлі жинағыш және шашыратқыш линзалардан жүйе құру немесе радиустары іртүрлі диафрагмаларды қолдану арқылы ретке келтіреді. Хроматикалық аберрация ны шынының іртүрлі сорттарынан жасалған линзалар комбинациясын құру арқылы ретке келтіреді. Кома ны ретке келтіру үшін линзаларды дұрыс таңдап алу қажет.. Күрделі оптикалық жүйелерде команы сфералық аберрациямен бірге ретке келтіреді. Астигматизм ды сындырғыш линзадардық қисықтық радиустары мен олардың фокустық ара қашықтықтарын дұрыс таңдау арқылы ретке келтіреді. Дисторсиюны сипаттамалары дисторсияға қарама қарсы бірнеше линзалардан тұратын жүйені таңдау арқылы ретке келтіреді.
Визуаль оптикалық құралдар Негізгі бөлімінің бірі оптикалық система болып келген приборлар оптикалық приборлар деп аталады. Кейбір оптикалық приборлар (мысалы, фотоаппарат, проекциялық аппарат т.т.) нәрсенің кескінін арнап орнатылған экран бетіне түсіреді. Ал кейбіреулері, (мысалы, лупа, микроскоп, телескоп, дүрбі т.б.) көзбен қосылып біртұтас оптикалвық система түзеді, осындай күрделі система беретін нәрсенің кескіні көздің тор қабықшасына түседі. Мұндай приборлар көзге ұсталатын приборлар немесе визуаль приборлар деп аталады.
Визуаль оптикалық құралдар Лупа Ұсақ нәрсені үлкейтіп көру үшін қолданылатын жинағыш линза лупа деп аталады. Бақыланатын нәрсе линза мент оның фокус жазықтығы аралығына қойылады. Лупаның бұрыштық γ ұлғайтуы шамамен анық көру аралығының линзаның алдыңғы фокус аралығы қатынасына тең болады: Қалыпты көз үшін, лупа ретінде қолданылатын линзалардың фокус аралығы болады. Сонда лупаның ұлғайтуы 2,5 еседен 25 есеге дейін болады. Лупа абберацияларын жөндеу үшін көбінесе ол екі линзадан жасалады.
Лупа
Визуаль оптикалық құралдар Микроскоп Жақындағы ұсақ нәрселерді өте үлкейтіп көру үшін түрліше микроскоптар қолданылады. Әрбір микроскоптың оптикалық системасы объектив және окуляр делінетін екі бөліктен құралады. Қарапайым микроскптардың бұл бөліктері жеке линзалардан жасалады, ал осы күнгі микроскоптардың объективтері мен окулярлары центрленген күрделі оптикалық системалар болып келеді. Микроскоптың ұлғайтуы оның объективінің сызықтық ұлғайтуы мен окулярының бұрыштық ұлғайтуы көбейтіндісіне тең болады – объективтің алдыңғы фокус аралығы – окулярдың алдыңғы фокус аралығы
Микроскоп
Көру трубалары Өте алыстағы нәрселерді бақылау үшін көру трубалары (телескоптар) қолданылады. Көру трубасының оптикасы да, микроскоптікі сияқты, объектив пен окуляр делінетін күрделі системалардан құралады. Бірақ мұнда объективтің фокусы қашық, окулярдың фокусы жақын болады. Сонымен қатар көру трубаларының окуляры жинағыш немесе шашыратқыш системалар болуы да мүмкін. Көру трубасының бұрыштық ұлғайтуы жуықтап алғанда мынаған тең болады: Мұндағы объективтің артқы, – окулярдың алдыңғы фокус арақашықтықтары. Сөйтіп, көру трубасының бұрыштық ұлғайтуы оның объективі мен окулярының фокус қашықтықтарының қатынасына тең.
Телескоп
