Obiectiv

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea altor semnificații, consultați Obiectiv (dezambiguizare) .
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - "Lentile" se referă aici. Dacă sunteți în căutarea altor semnificații, consultați Lentile (dezambiguizare) .
O lentilă

O lentilă este un element optic care are proprietatea de a concentra sau divergent de raze de lumină . Datorită acestei proprietăți poate forma imagini, reale sau „virtuale”, ale obiectelor.

De obicei este realizat din sticlă sau materiale plastice. Există, de asemenea, dispozitive similare, care funcționează pe alte benzi ale spectrului electromagnetic sau alte forme de radiații, oricum numite lentile.

Istorie

Obiectivul obiectivului Galileo Galilei (secolul al XVII-lea, Muzeul Galileo din Florența).

Dovezile arheologice ale lentilelor a căror utilizare poate fi urmărită până la optică, adică care nu au fost clasificate ca elemente decorative, datează din secolul al VII-lea î.Hr. Lentila plană convexă a lui Nimrud reprezintă primele dovezi arheologice ale fabricării lentilelor. A fost descoperit în Nimrud de Austen Henry Layard în sala tronului palatului Sargon II . Faptul că regele asirian a uzurpat regatul la Shalmanassar V în 721 î.Hr. permite o datare destul de precisă a obiectului. Obiectivul este acum expus la British Museum . Există o dispută academică cu privire la utilizarea sa: lupă simplă, așa cum credea Layard, monoclu pentru corectarea vederii [1] sau lentilă telescopică. [2] În 1983, în peștera muntelui Ida din Creta , au fost găsite două lupe de bună calitate, obținute prin tăierea cristalelor de rocă într-o formă convexă plană. Construcția lor bună le permite să fie utilizate ca lupe: una dintre ele cu diametrul de 8 mm are o mărire utilă de 7X. Datarea lor, deși destul de incertă, este situată în jurul secolului al VI-lea î.Hr. [3]

La Muzeul Arheologic din Rodos există o expoziție venită din Ialysus și datată între secolele al VII-lea și al VI-lea î.Hr., care constă dintr-o serie de trei lentile realizate din cristal de rocă și așezate în rame de bronz cu o mică protuberanță care le permite să fie Jack. Lentilele cu putere dioptrică diferită sunt plan -convexe și au un diametru de aproximativ 1,5 cm. Ramele din bronz au simboluri care permit identificarea măririi lentilei. Ar fi fost folosite pentru lucrări de aur și pentru gravarea sigiliilor . [4]

Primele informații scrise despre utilizarea lentilelor datează din Grecia antică, grație comediei Norii lui Aristofan ( 424 î.Hr. ), în care lentila este menționată ca un instrument de concentrare a razelor soarelui și de aprindere a focului .
Pliniu cel Bătrân raportează că lentilele pentru aprinderea focului erau cunoscute pe vremea Imperiului Roman și menționează prima lor utilizare ca instrument de corecție optică: în timpul jocurilor, Nero se uita la gladiatori printr-un smarald cu o secțiune concavă, probabil pentru a corecta o miopie .

Seneca descrie efectul de mărire al unui vas de sticlă sferic umplut cu apă. Matematicianul arab Alhazen , în jurul anului 1000, a scris primul mare tratat de optică , în care descrie cum în ochiul uman cristalul formează o imagine pe retină .

Cu toate acestea, utilizarea obișnuită a lentilelor nu a avut loc până la inventarea ochelarilor , care a apărut probabil în Italia în jurul anului 1280 .

Tipuri de lentile

Cel mai obișnuit tip este reprezentat de lentile sferice , caracterizate prin faptul că au cele două suprafețe opuse ideal constituite din porțiuni de suprafețe sferice cu raze de curbură Și .

Semnul determină forma suprafeței: dacă este pozitiv suprafața este convexă , dacă este negativă suprafața este concavă , dacă este infinită suprafața este plană.

Același lucru este valabil și pentru suprafața opusă de-a lungul căii optice, dar cu semnele inversate.
Linia care trece prin centrele sferelor ideale și care, în general, trece și prin centrul geometric al lentilei se numește axă .

Tipuri de lentile

Lentilele sunt clasificate în funcție de curbura celor două suprafețe (numite dioptrii ):

  • biconvex sau pur și simplu convex dacă ambele sunt convexe,
  • biconcave sau concav dacă ambele sunt concav,
  • plan-convex dacă unul este plat și celălalt convex,
  • plan-concav dacă unul este plat, celălalt este concav,
  • concav-convex dacă sunt concav și convex.

În acest din urmă caz, dacă suprafețele au aceeași rază, obiectivul este definit ca menisc , deși termenul este folosit și pentru a indica o lentilă generică concavă-convexă.

Dacă obiectivul este biconvex sau plan-convex, un fascicul de raze paralele cu axa care trece prin lentilă este „focalizat” (adică este făcut să convergă) pe un punct al axei la o anumită distanță dincolo de lentilă, cunoscut sub numele de distanța focală . Acest tip de lentilă se numește pozitiv .

Lens1.svg

Dacă obiectivul este biconcav sau plan-concav, un fascicul colimat este divizat și, prin urmare, obiectivul este numit negativ .

Raza care iese din obiectiv pare să provină dintr-un punct de pe axa care precede obiectivul. Această distanță se mai numește distanță focală , dar valoarea ei este negativă.

Lens1b.svg

Determinarea punctelor și a planurilor cardinale într-o lentilă groasă.

În cristalinul concav-convex, convergența sau divergența este determinată de diferența de curbură a celor două suprafețe. Dacă razele sunt aceleași, în mod ideal, fasciculul de lumină nici nu converge, nici nu diverg.

Valoarea distanței focale poate fi calculată cu ecuația:

unde este:

  • este indicele de refracție al materialului din care este fabricat obiectivul,
  • este indicele de refracție al mediului în care este scufundat obiectivul,
  • este distanța dintre cele două suprafețe sau grosimea lentilei.

De sine este mic comparativ cu Și , aveți starea lentilei subțiri e cu o bună aproximare dată de:

Valoarea a este pozitiv pentru lentilele convergente, negativ pentru lentilele divergente și „infinit” pentru lentilele menisc.

Reciprocitatea distanței focale se numește putere dioptrică , se exprimă în dioptrii cu dimensiuni −1 metri .

Lentilele sunt reversibile, adică distanțele focale sunt aceleași indiferent dacă lumina trece prin ele într-o direcție sau prin ele în cealaltă (unele proprietăți particulare, cum ar fi aberațiile , nu sunt reversibile).

Formarea imaginii

După cum sa menționat, un obiectiv pozitiv sau convergent focalizează un fascicul colimat paralel cu axa într-un punct focal , la distanță din obiectiv. În schimb, o sursă de lumină plasată la punctul focal va produce un fascicul de lumină colimat prin lentilă.

Aceste două cazuri sunt exemple de imagini formate de obiectiv. În primul caz, un obiect plasat la o distanță infinită este focalizat într-o imagine pe un plan situat la distanța focală, numit plan focal . În al doilea caz, un obiect plasat în punctul focal formează o imagine la infinit.

Lens3.svg

Având în vedere distanțele între obiectiv și obiect e între obiectiv și imagine, pentru un obiectiv cu grosime neglijabilă se aplică următoarea formulă:

din care derivă faptul că dacă un obiect este plasat la distanță pe axa lentilei focale pozitive , pe un ecran la distanță se va forma imaginea obiectului.

Acest caz, care se aplică la este baza fotografiei . Imaginea astfel formată se numește imaginea reală .

Lens3b.svg

Rețineți că dacă , asa de devine negativ, iar imaginea aparent se formează pe aceeași parte a obiectului cu obiectivul. Acest tip de imagine, numită imagine virtuală , nu poate fi proiectată pe un ecran, dar un observator ar vedea o imagine în acea poziție prin obiectiv.

O lupă generează acest tip de imagine și factorul de mărire (numită și mărire ) este dată de:

de sine imaginea este mai mare decât obiectul. Rețineți că semnul negativ, așa cum este întotdeauna pentru imaginile reale, indică faptul că imaginea este cu susul în jos față de obiect. Pentru imagini virtuale este pozitiv și imaginea este dreaptă.
În cazul special în care , primesti Și

Aceasta corespunde unui fascicul colimat focalizat pe un punct la distanța focală. Dimensiunea punctului nu este de fapt nimic chiar și pentru obiectivele perfecte și fără aberații , deoarece difracția impune un diametru minim al punctului, care limitează rezoluția imaginii în conformitate cu criteriul Rayleigh .

Lens4.svg

Formula anterioară poate fi aplicată și lentilelor divergente prin indicarea distanței focale cu semn negativ, dar aceste lentile pot oferi doar imagini virtuale.

Centrul optic al unui obiectiv este, prin definiție, punctul de pe axa principală în care o rază de lumină, care trece prin el, nu suferă nicio abatere.

de fabricație

Primul pas în proiectarea fiecărui obiectiv este alegerea materialului, care poate fi sticlă (normală, sticlă Flint , sticlă coroană etc.), un cristal mineral precum cuarț sau beril sau în prezent un material plastic. Alegerea depinde de utilizarea intenționată, de spectrul electromagnetic tratat, de rezistența și deformabilitatea mecanică, de reducerea aberațiilor și mai ales de costul final. Costul unei lentile crește considerabil odată cu creșterea calității optice, datorită purității materialelor și procesării speciale a suprafeței.

Lentilele din plastic ieftine pot fi simplu turnate , în timp ce lentilele destinate instrumentelor optice de calitate sunt produse prin pași succesivi de șlefuire și lustruire până când se atinge curbura necesară. Lustruirea se efectuează cu pulberi abrazive într-o baie de apă sau balsam . Pentru a atinge grade foarte mari de lustruire, se utilizează, de asemenea, pulbere de diamant și oxid de ceriu .

La final, obiectivul poate fi acoperit cu un material metalic sau nemetalic ( acoperire ) pentru a obține unele caracteristici particulare, cum ar fi anti-reflexie, anti-zgârieturi, anti-ceață, filtru UV , fundal reflectorizant pentru oglinzi, etc.

Materialele utilizate în acoperirile antireflex au un indice de refracție intermediar între sticlă și aer pentru a ușura tranziția de la un indice la altul.

Aberații

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: aberație optică .

Formarea imaginilor de către lentile nu este perfectă, dar există întotdeauna un anumit nivel de distorsiune, numit mai corect aberații optice . Soluțiile de proiectare speciale și utilizarea materialelor speciale permit minimizarea acestor efecte negative. Aberațiile sunt împărțite în 5 tipuri:

Sisteme cu lentile multiple

Pentru a reduce efectele aberațiilor și pentru a obține caracteristici mai bune, mai multe lentile individuale pot fi combinate pentru a forma un sistem optic complex. Cel mai simplu caz este când lentilele sunt aduse în contact: li se oferă două lentile subțiri cu distanțe focale Și , distanța focală combinată este dată de:

.

Se poate observa că puterea dioptrică al lentilelor de contact subțiri este aditiv.

Angajamente

Una dintre principalele utilizări ale obiectivului este în optică pentru corectarea, prin intermediul ochelarilor și lentilelor de contact , a defectelor vizuale precum miopia , hipermetropia , astigmatismul și presbiopia .

O altă utilizare este în instrumentele optice precum telescopul , binoclul , microscopul , teodolitul etc. Este un obiect fundamental în fotografie .

Un singur obiectiv montat pe un mâner sau alt suport este folosit pentru a mări imaginea obiectelor și a scrierilor (lupă).

Notă

  1. ^ Koot Van Wyk „Lentile și telescoapele în Orientul Apropiat Antic și Biblia”, Universitatea Națională Kyungpook Sangju Campus Coreea de Sud, 8 iulie 2010 Lentile și Telescoapele în Orientul Apropiat Antic și Biblia , la egw.org . Adus 15.09.2013 .
  2. ^ David Whitehouse, (1 iulie 1999). „Cel mai vechi telescop din lume?”, BBC News, Sci / Tech Cel mai vechi telescop din lume? , la news.bbc.co.uk. Adus 15.09.2013 .
  3. ^ George Sines and Yannis A Sakellarakis "Lenses in Antiquity", American Journal of Archaeology, 91: 191, 1987
  4. ^ Panou ilustrativ al descoperirii, în limba engleză, de Muzeul Arheologic din Rodos. Descoperirea este expusă într-o cameră deschisă în 2011

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tesauro BNCF 5987 · LCCN (EN) sh85075999 · GND (DE) 4167776-6 · BNF (FR) cb11978540v (dată) · NDL (EN, JA) 00.569.413