Оптическая сила линзы — формулы и примеры

​ ​

Покажем, как применять знание физики в жизни

Начать учиться

Думаем, каждому знаком такой предмет, как увеличительная лупа. С ее помощью детективы исследуют места преступлений, а бабушки и дедушки читают газеты или журналы. Также лупа способна собирать в одну точку солнечные лучи, чем пользуются хулиганы, когда поджигают тополиный пух или сухую траву. Эти развлечения опасны, так делать не нужно! Но изучить свойства линз, их секретные способности, ход лучей — дело хорошее, даже очень.

Этим сегодня и займемся:

• узнаем, что такое линза в физике и какие бывают линзы;

• поговорим о том, что такое оптическая сила линзы, на что она влияет и в каких единицах ее измеряют;

• свяжем физику с математикой и посмотрим, как с помощью формул можно рассчитать оптическую силу.

А еще мы немного порисуем: даже самые серьезные физики любят иллюстрировать свои объяснения забавными рисунками. 🙂

Что такое линзы

Вспомните, в каких ситуациях вы сталкивались со словом «линза». Верно, есть линзы для зрения, линзы в объективе фотоаппарата. Теперь пришло время разобраться, что такое линза в мире физики.

Ли́нза — прозрачное тело, ограниченное либо двумя сферическими поверхностями, либо одной сферической и одной плоской.

Действие линз основано на законах преломления света. Параллельные пучки световых лучей, проходя через линзу, преломляются и меняют свое направление: они могут сходиться в одной точке или же рассеиваться в разные стороны.

Виды линз

Линзы делятся на две группы: рассеивающие и собирающие, чье назначение понятно из названия. В свою очередь, и рассеивающие, и собирающие линзы бывают различных видов по своему строению. Давайте внимательно рассмотрим рисунок.

Запомните и еще одно отличие: в собирающих линзах середина толще краев, а в рассеивающих — края толще середины.

Хорошая новость: при решении физических задач мы не будем прописывать строение линзы или определять: это вогнуто-выпуклая или выпукло-вогнутая. Мы будем использовать схематичное изображение для собирающей и рассеивающей линзы, где сразу будет понятно, с чем мы имеем дело.

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова

Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

Что такое оптическая сила линзы

Тема нашей статьи — «Оптическая сила линзы», но чтобы детально разобраться в этом понятии, нам необходимо вспомнить еще несколько моментов, связанных с основными точками и линиями линзы для построения хода лучей. Эти точки будут одинаковыми и для собирающей, и для рассеивающей линз.

Главная оптическая ось (далее — ГОО) — воображаемая линия, которая проходит через центр линзы и перпендикулярна плоскости линзы. Точка О — оптический центр линзы. Лучи света, которые проходят через эту точку, не будут преломляться.

Фокус линзы — точка, в которой пересекутся лучи, которые проходят параллельно ГОО.

Обратите внимание, что точка фокуса есть и справа, и слева от линзы. Фокус, который располагается левее линзы, называют

мнимым фокусом — в нем при определенных условиях могут пересечься не сами лучи, а только их продолжения, и в этой плоскости мы получим только мнимое изображение.

Фокусное расстояние — расстояние от точки F до оптического центра линзы.

На главной оптической оси располагают и точку 2F, но тут все просто — мы ставим ее на двойном фокусном расстоянии. Расстояние от объекта до линзы обозначают буквой d, а от линзы до изображения — буквой f.

В зависимости от того, как близко стоит объект перед линзой, мы будем получать разные по размеру действительные и мнимые изображения объекта. Чтобы характеризовать увеличивающую способность линзы, ввели понятие «оптическая сила».

Оптическая сила линзы — это величина, характеризующая преломляющую способность линзы. Эта величина зависит от радиусов кривизны сферических поверхностей линзы и от показателя преломления материала, из которого она сделана.

Эта физическая величина обозначается латинской буквой D и измеряется в диоптриях. Сокращенное обозначение — дптр.

Как найти оптическую силу линзы с помощью формулы

Оптическая сила — это величина, обратно пропорциональная фокусному расстоянию, следовательно ее можно рассчитать в диоптриях по формуле:

D = 1/F.

Так как фокусное расстояние измеряется в метрах, можно сделать логичное заключение:

[дптр] = [1/м] = [м_–1].

Обратите внимание!

Мы уже знаем, что собирающая и рассеивающая линзы отличаются по своим основным функциям. Это значит, что и оптическая сила этих линз будет отличаться. Для собирающих линз впереди оптической силы ставится знак «+», а для рассеивающих — знак «–».

Разберем еще 3 формулы, которые помогут вам решать задачи по этой теме.

1. Если необходимо рассчитать оптическую силу системы двух линз, воспользуйтесь формулой:

   D = D1 + D2 – dD1D2, где:D — конечная оптическая сила,D1 — оптическая сила первой линзы,D2 — оптическая сила второй линзы,d — расстояние между линзами.

2. Для системы тонких линз оптическая сила рассчитывается как алгебраическая сумма оптических сил каждой линзы:

   D = D1 + D2 + D3 + … + Dn.

3. Оптическую силу линзы также можно рассчитать через формулу тонкой линзы:

   1/F = 1/f + 1/d или D = 1/f + 1/d, так как D = 1/F, где:F — фокусное расстояние,D — оптическая сила линзы,f — расстояние от линзы до изображения,d — расстояние от объекта до линзы.

Проверьте себя

Чтобы закрепить пройденный материал, давайте подведем промежуточные итоги в виде обсуждения в стиле «вопрос-ответ». С помощью этой таблицы вы можете подготовиться к контрольной работе по теме: закройте правую часть рукой и ответьте на вопросы.

Вопрос	Ответ
Что называется оптической силой линзы?	Свойство линзы преломлять лучи
Что характеризует оптическая сила?	Увеличивающую способность линзы
В каких единицах измеряют оптическую силу линзы?	В диоптриях
Как определить оптическую силу линзы?	По формуле D = 1/F, где: D — оптическая сила, F — фокусное расстояние.
Одинаковая ли оптическая сила у собирающей и рассеивающей линзы?	Нет, так как у рассеивающей линзы продолжения преломленных лучей пересекаются во мнимом фокусе. Оптическая сила рассеивающей линзы записывается со знаком «минус», а собирающей — со знаком «плюс».

Геометрическая оптика и оптика в целом — очень интересные разделы физики. Они не просто рассказывают, как ведут себя световые лучи, но и помогают построить невероятные приборы на основе их поведения. Например, телескопы, микроскопы, фотоаппараты. Даже в организме человека есть оптический прибор — глаз, с помощью которого мы можем наблюдать всю красоту этого мира.

Интересно, как именно он устроен? Присоединяйтесь к онлайн-курсам физики в школе Skysmart, чтобы узнать больше. На занятиях мы рассказываем, как человек с особенностями зрения подбирает для себя очки, можно ли с помощью физики объяснить причину астигматизма, близорукости и дальнозоркости и многое другое.

Ждем вас на уроках — впереди еще много интересного!

Дарья Вишнякова

К предыдущей статье

Закон преломления света

К следующей статье

Колебательный контур

Получите индивидуальный план обучения физике на бесплатном вводном уроке

На вводном уроке с методистом

1. Выявим пробелы в знаниях и дадим советы по обучению

2. Расскажем, как проходят занятия

3. Подберём курс

Линза | это… Что такое Линза?

У этого термина существуют и другие значения, см. Линза (значения).

Двояковыпуклая линза

Линза (нем. Linse, от лат. lens — чечевица) — деталь из оптически (и не только, линзы также применяются в СВЧ технике, и там обычно состоят из непрозрачных диэлектриков или набора металлических пластин) прозрачного однородного материала, ограниченная двумя полированными преломляющими поверхностями вращения, например, сферическими или плоской и сферической. В настоящее время всё чаще применяются и «асферические линзы», форма поверхности которых отличается от сферы. В качестве материала линз обычно используются оптические материалы, такие как стекло, оптическое стекло, оптически прозрачные пластмассы и другие материалы.

Линзами также называют и другие оптические приборы и явления, которые создают сходный оптический эффект, не обладая указанными внешними характеристиками. Например:

• Плоские «линзы», изготовленные из материала с переменным показателем преломления, изменяющимся в зависимости от расстояния от центра
• линзы Френеля
• зонная пластинка Френеля, использующая явление дифракции
• «линзы» воздуха в атмосфере — неоднородность свойств, в частности, коэффициента преломления (проявляются в виде мерцания изображения звёзд в ночном небе).
• Гравитационная линза — наблюдаемый на межгалактических расстояниях эффект отклонения электромагнитных волн массивными объектами.
• Магнитная линза — устройство, использующее постоянное магнитное поле для фокусирования пучка заряженных частиц (ионов или электронов) и применяющееся в электронных и ионных микроскопах.
• Изображение линзы, сформированное оптической системой или частью оптической системы. Используется при расчёте сложных оптических систем.

Содержание 1 История 2 Характеристики простых линз 3 Ход лучей в тонкой линзе 4 Ход лучей в системе линз 5 Построение изображения тонкой собирающей линзой 6 Формула тонкой линзы 7 Линейное увеличение 8 Расчёт фокусного расстояния и оптической силы линзы 9 Комбинация нескольких линз (центрированная система) 10 Недостатки простой линзы 11 Линзы со специальными свойствами 11.1 Линзы из органических полимеров 11.2 Линзы из кварца 11.3 Линзы из кремния 12 Применение линз 13 См. также 14 Примечания 15 Ссылки 16 Литература

История

Первое упоминание о линзах можно найти в древнегреческой пьесе Аристофана «Облака» (424 до н. э.), где с помощью выпуклого стекла и солнечного света добывали огонь.

Из произведений Плиния Старшего (23 — 79) следует, что такой способ разжигания огня был известен и в Римской империи — там также описан, возможно, первый случай применения линз для коррекции зрения — известно, что Нерон смотрел гладиаторские бои через вогнутый изумруд для исправления близорукости.

Сенека (3 до н. э. — 65) описал увеличительный эффект, который даёт стеклянный шар, заполненный водой.

Арабский математик Альхазен (965—1038) написал первый значительный трактат по оптике, описывающий, как хрусталик глаза создаёт изображение на сетчатке. Линзы получили широкое использование лишь с появлением очков примерно в 1280-х годах в Италии.

Сквозь капли дождя, действующие как линзы, виден мост Золотые Ворота

Растение, видимое через двояковыпуклую линзу

Характеристики простых линз

В зависимости от форм различают собирающие (положительные) и рассеивающие (отрицательные) линзы. К группе собирательных линз обычно относят линзы, у которых середина толще их краёв, а к группе рассеивающих — линзы, края которых толще середины. Следует отметить, что это верно только если показатель преломления у материала линзы больше, чем у окружающей среды. Если показатель преломления линзы меньше, ситуация будет обратной. Например пузырёк воздуха в воде — двояковыпуклая рассеивающая линза.

Линзы характеризуются, как правило, своей оптической силой (измеряется в диоптриях), или фокусным расстоянием.

Для построения оптических приборов с исправленной оптической аберрацией (прежде всего — хроматической, обусловленной дисперсией света, — ахроматы и апохроматы) важны и иные свойства линз и их материалов, например, коэффициент преломления, коэффициент дисперсии, коэффициент пропускания материала в выбранном оптическом диапазоне.

Иногда линзы/линзовые оптические системы (рефракторы) специально рассчитываются на использование в средах с относительно высоким коэффициентом преломления (см. иммерсионный микроскоп, иммерсионные жидкости).

Виды линз:
Собирающие:
 1 — двояковыпуклая
 2 — плоско-выпуклая
 3 — вогнуто-выпуклая (положительный(выпуклый) мениск)
Рассеивающие:
 4 — двояковогнутая
 5 — плоско-вогнутая
 6 — выпукло-вогнутая (отрицательный(вогнутый) мениск)

Использование линзы для изменения формы волнового фронта. Здесь плоский волновой фронт становится сферическим при прохождении через линзу

Выпукло-вогнутая линза называется мениском и может быть собирательной (утолщается к середине), рассеивающей (утолщается к краям) или телескопической (фокусное расстояние равно бесконечности). Так, например линзы очков для близоруких — как правило, отрицательные мениски.

Вопреки распространённому заблуждению, оптическая сила мениска с одинаковыми радиусами не равно нулю, а положительна, и зависит от показателя преломления стекла и от толщины линзы. Мениск, центры кривизны поверхностей которого находятся в одной точке называется концентрической линзой (оптическая сила всегда отрицательна).

Отличительным свойством собирательной линзы является способность собирать падающие на её поверхность лучи в одной точке, расположенной по другую сторону линзы.

Основные элементы линзы: NN — оптическая ось — прямая линия, проходящая через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу; O — оптический центр — точка, которая у двояковыпуклых или двояковогнутых (с одинаковыми радиусами поверхностей) линз находится на оптической оси внутри линзы (в её центре).
Примечание. Ход лучей показан, как в идеализированной (тонкой) линзе, без указания на преломление на реальной границе раздела сред. Дополнительно показан несколько утрированный образ двояковыпуклой линзы

Если на некотором расстоянии перед собирательной линзой поместить светящуюся точку S, то луч света, направленный по оси, пройдёт через линзу не преломившись, а лучи, проходящие не через центр, будут преломляться в сторону оптической оси и пересекутся на ней в некоторой точке F, которая и будет изображением точки S. Эта точка носит название сопряжённого фокуса, или просто фокуса.

Если на линзу будет падать свет от очень удалённого источника, лучи которого можно представить идущими параллельным пучком, то по выходе из неё лучи преломятся под бо́льшим углом и точка F переместится на оптической оси ближе к линзе. При данных условиях точка пересечения лучей, вышедших из линзы, называется фокусом F’, а расстояние от центра линзы до фокуса — фокусным расстоянием.

Лучи, падающие на рассеивающую линзу, по выходе из неё будут преломляться в сторону краёв линзы, то есть рассеиваться. Если эти лучи продолжить в обратном направлении так, как показано на рисунке пунктирной линией, то они сойдутся в одной точке F, которая и будет фокусом этой линзы. Этот фокус будет мнимым.

Мнимый фокус рассеивающей линзы

Сказанное о фокусе на оптической оси в равной степени относится и к тем случаям, когда изображение точки находится на наклонной линии, проходящей через центр линзы под углом к оптической оси. Плоскость, перпендикулярная оптической оси, расположенная в фокусе линзы, называется фокальной плоскостью.

Собирательные линзы могут быть направлены к предмету любой стороной, вследствие чего лучи по прохождении через линзу могут собираться как с одной, так и с другой её стороны. Таким образом, линза имеет два фокуса — передний и задний. Расположены они на оптической оси по обе стороны линзы на фокусном расстоянии от главных точек линзы.

Ход лучей в тонкой линзе

Линза, для которой толщина принята равной нулю, в оптике называется «тонкой». Для такой линзы показывают не две главных плоскости, а одну, в которой как бы сливаются вместе передняя и задняя.

Рассмотрим построение хода луча произвольного направления в тонкой собирающей линзе. Для этого воспользуемся двумя свойствами тонкой линзы:

• Луч, прошедший через оптический центр линзы, не меняет своего направления;

• Параллельные лучи, проходящие через линзу, сходятся в фокальной плоскости.

Рассмотрим луч SA произвольного направления, падающий на линзу в точке A. Построим линию его распространения после преломления в линзе. Для этого построим луч OB, параллельный SA и проходящий через оптический центр O линзы. По первому свойству линзы луч OB не изменит своего направления и пересечёт фокальную плоскость в точке B. По второму свойству линзы параллельный ему луч SA после преломления должен пересечь фокальную плоскость в той же точке. Таким образом, после прохождения через линзу луч SA пойдёт по пути AB.

Аналогичным образом можно построить другие лучи, например луч SPQ.

Обозначим расстояние SO от линзы до источника света через u, расстояние OD от линзы до точки фокусировки лучей через v, фокусное расстояние OF через f. Выведем формулу, связывающую эти величины.

Рассмотрим две пары подобных треугольников: 1) SOA и OFB; 2) DOA и DFB. Запишем пропорции

Разделив первую пропорцию на вторую, получим

После деления обеих частей выражения на v и перегруппировки членов, приходим к окончательной формуле

где  — фокусное расстояние тонкой линзы.

Ход лучей в системе линз

Ход лучей в системе линз строится теми же методами, что и для одиночной линзы.

Рассмотрим систему из двух линз, одна из которых имеет фокусное расстояние OF, а вторая O₂F₂. Строим путь SAB для первой линзы и продолжаем отрезок AB до вхождения во вторую линзу в точке C.

Из точки O₂ строим луч O₂E, параллельный AB. При пересечении с фокальной плоскостью второй линзы этот луч даст точку E. Согласно второму свойству тонкой линзы луч AB после прохождения через вторую линзу пойдёт по пути CE. Пересечение этой линии с оптической осью второй линзы даст точку D, где сфокусируются все лучи, вышедшие из источника S и прошедшие через обе линзы.

Построение изображения тонкой собирающей линзой

При изложении характеристики линз был рассмотрен принцип построения изображения светящейся точки в фокусе линзы. Лучи, падающие на линзу слева, проходят через её задний фокус, а падающие справа — через передний фокус. Следует учесть, что у рассеивающих линз, наоборот, задний фокус расположен спереди линзы, а передний позади.

Построение линзой изображения предметов, имеющих определённую форму и размеры, получается следующим образом: допустим, линия AB представляет собой объект, находящийся на некотором расстоянии от линзы, значительно превышающем её фокусное расстояние. От каждой точки предмета через линзу пройдёт бесчисленное количество лучей, из которых, для наглядности, на рисунке схематически изображён ход только трёх лучей.

Три луча, исходящие из точки A, пройдут через линзу и пересекутся в соответствующих точках схода на A₁B₁, образуя изображение. Полученное изображение является действительным и перевёрнутым.

В данном случае изображение получено в сопряжённом фокусе в некоторой фокальной плоскости FF, несколько удалённой от главной фокальной плоскости F’F’, проходящей параллельно ей через главный фокус.

Далее приведены различные случаи построения изображений предмета, помещённого на различных расстояниях от линзы.

Если предмет находится на бесконечно далёком от линзы расстоянии, то его изображение получается в заднем фокусе линзы F’ действительным, перевёрнутым и уменьшенным до подобия точки.

Если предмет приближён к линзе и находится на расстоянии, превышающем двойное фокусное расстояние линзы, то изображение его будет действительным, перевёрнутым и уменьшенным и расположится за главным фокусом на отрезке между ним и двойным фокусным расстоянием.

Если предмет помещён на двойном фокусном расстоянии от линзы, то полученное изображение находится по другую сторону линзы на двойном фокусном расстоянии от неё. Изображение получается действительным, перевёрнутым и равным по величине предмету.

Если предмет помещён между передним фокусом и двойным фокусным расстоянием, то изображение будет получено за двойным фокусным расстоянием и будет действительным, перевёрнутым и увеличенным.

Если предмет находится в плоскости переднего главного фокуса линзы, то лучи, пройдя через линзу, пойдут параллельно, и изображение может получиться лишь в бесконечности.

Если предмет поместить на расстоянии, меньшем главного фокусного расстояния, то лучи выйдут из линзы расходящимся пучком, нигде не пересекаясь. Изображение при этом получается мнимое, прямое и увеличенное, т. е. в данном случае линза работает как лупа.

Нетрудно заметить, что при приближении предмета из бесконечности к переднему фокусу линзы изображение удаляется от заднего фокуса и по достижении предметом плоскости переднего фокуса оказывается в бесконечности от него.

Эта закономерность имеет большое значение в практике различных видов фотографических работ, поэтому для определения зависимости между расстоянием от предмета до линзы и от линзы до плоскости изображения необходимо знать основную формулу линзы.

Формула тонкой линзы

Расстояния от точки предмета до центра линзы и от точки изображения до центра линзы называются сопряжёнными фокусными расстояниями.

Эти величины находятся в зависимости между собой и определяются формулой, называемой формулой тонкой линзы (открытой Исааком Барроу):

где — расстояние от линзы до предмета; — расстояние от линзы до изображения; — главное фокусное расстояние линзы. В случае толстой линзы формула остаётся без изменения с той лишь разницей, что расстояния отсчитываются не от центра линзы, а от главных плоскостей.

Для нахождения той или иной неизвестной величины при двух известных пользуются следующими уравнениями:

Следует отметить, что знаки величин , , выбираются исходя из следующих соображений — для действительного изображения от действительного предмета в собирающей линзе — все эти величины положительны. Если изображение мнимое — расстояние до него принимается отрицательным, если предмет мнимый — расстояние до него отрицательно, если линза рассеивающая — фокусное расстояние отрицательно.

Изображения чёрных букв через тонкую выпуклую линзу с фокусным расстоянием f (отображаются красным цветом). Показаны лучи для букв E, I и K (синим, зеленым и оранжевым соответственно). Размеры реального и перевернутого изображения E (2f) одинаковы. Образ I (f) — в бесконечности. К (при f/2) имеет двойной размер виртуального и прямого изображения

Линейное увеличение

Линейным увеличением (для рисунка из предыдущего раздела) называется отношение размеров изображения к соответствующим размерам предмета. Это отношение может быть также выражено дробью , где  — расстояние от линзы до изображения;  — расстояние от линзы до предмета.

Здесь есть коэффициент линейного увеличения, т. е. число, показывающее во сколько раз линейные размеры изображения меньше(больше) действительных линейных размеров предмета.

В практике вычислений гораздо удобнее это соотношение выражать в значениях или , где  — фокусное расстояние линзы.

.

Расчёт фокусного расстояния и оптической силы линзы

Значение фокусного расстояния для линзы может быть рассчитано по следующей формуле:

, где

 — коэффициент преломления материала линзы, — коэффициент преломления среды, окружающей линзу,

 — расстояние между сферическими поверхностями линзы вдоль оптической оси, также известное как толщина линзы,

— радиус кривизны поверхности, которая ближе к источнику света (дальше от фокальной плоскости),

— радиус кривизны поверхности, которая дальше от источника света (ближе к фокальной плоскости),

Для в этой формуле, знак радиуса положителен, если поверхность выпуклая, и отрицателен, если вогнутая. Для наоборот — положителен, если вогнутая, и отрицателен, если выпуклая [1]. Если пренебрежительно мало, относительно её фокусного расстояния, то такая линза называется тонкой, и её фокусное расстояние можно найти как:

(Эту формулу также называют формулой тонкой линзы.) Величина фокусного расстояния положительна для собирающих линз, и отрицательна для рассеивающих. Величина называется оптической силой линзы. Оптическая сила линзы измеряется в диоптриях, единицами измерения которых являются м⁻¹.

Указанные формулы могут быть получены аккуратным рассмотрением процесса построения изображения в линзе с использованием закона Снелла, если перейти от общих тригонометрических формул к параксиальному приближению. Кроме того, для вывода формулы тонкой линзы удобно заменить её треугольной призмой и затем использовать формулу угла отклонения этой призмы^[1].

Линзы симметричны, то есть они имеют одинаковое фокусное расстояние независимо от направления света — слева или справа, что, однако, не относится к другим характеристикам, например, аберрациям, величина которых зависит от того, какой стороной линза повёрнута к свету.

Комбинация нескольких линз (центрированная система)

Линзы могут комбинироваться друг с другом для построения сложных оптических систем. Оптическая сила системы из двух линз может быть найдена как простая сумма оптических сил каждой линзы (при условии, что обе линзы можно считать тонкими и они расположены вплотную друг к другу на одной оси):

.

Если линзы расположены на некотором расстоянии друг от друга и их оси совпадают (система из произвольного числа линз, обладающих таким свойством, называется центрированной системой), то их общую оптическую силу с достаточной степенью точности можно найти из следующего выражения:

,

где  — расстояние между главными плоскостями линз.

Недостатки простой линзы

В современной фотоаппаратуре к качеству изображения предъявляются высокие требования.

Изображение, даваемое простой линзой, в силу целого ряда недостатков не удовлетворяет этим требованиям. Устранение большинства недостатков достигается соответствующим подбором ряда линз в центрированную оптическую систему — объектив. Недостатки оптических систем называются аберрациями, которые делятся на следующие виды:

• Геометрические аберрации
  • Сферическая аберрация;
  • Кома;
  • Астигматизм;
  • Дисторсия;
  • Кривизна поля изображения;
• Хроматическая аберрация;
• Дифракционная аберрация (эта аберрация вызывается другими элементами оптической системы, и к самой линзе отношения не имеет).

Линзы со специальными свойствами

Линзы из органических полимеров

Полимеры дают возможность создавать недорогие асферические линзы с помощью литья.

Линзы контактные

В области офтальмологии созданы мягкие контактные линзы. Их производство основано на применении материалов, имеющих бифазную природу, сочетающих фрагменты кремний-органического или кремний-фторорганического полимера силикона и гидрофильного полимера гидрогеля. Работа в течение более 20 лет привела к созданию в конце 90-х годов силикон-гидрогелевых линз, которые благодаря сочетанию гидрофильных свойств и высокой кислородопроницаемости могут непрерывно использоваться в течение 30 дней круглосуточно. ^[2]

Линзы из кварца

Основная статья: Кварцевое стекло

Кварцевое стекло — переплавленный чистый кремнезём с незначительными (около 0,01 %) добавками Al₂О₃, СаО и MgO. Оно отличается высокой термостойкостью и инертностью ко многим химическим реактивам за исключением плавиковой кислоты.

Прозрачное кварцевое стекло хорошо пропускает ультрафиолетовые и видимые лучи света.

Линзы из кремния

Основная статья: Оптические материалы#Кремний

Кремний сочетает сверхвысокую дисперсию с самым большим абсолютным значением коэффициента преломления n=3,4 в диапазоне ИК-излучения и полной непрозрачностью в видимом диапазоне спектра.^[3]

Кроме того, именно свойства кремния и новейшие технологии его обработки позволили создать линзы для рентгеновского диапазона электромагнитных волн.

Применение линз

Линзы являются универсальным оптическим элементом большинства оптических систем.

Традиционное применение линз — бинокли, телескопы, оптические прицелы, теодолиты, микроскопы и фотовидеотехника. Одиночные собирающие линзы используются как увеличительные стёкла.

Другая важная сфера применения линз офтальмология, где без них невозможно исправление недостатков зрения — близорукости, дальнозоркости, неправильной аккомодации, астигматизма и других заболеваний. Линзы используют в таких приспособлениях, как очки и контактные линзы.

В радиоастрономии и радарах часто используются диэлектрические линзы, собирающие поток радиоволн в приёмную антенну, либо фокусирующие на цели.

В конструкции плутониевых ядерных бомб для преобразования сферической расходящейся ударной волны от точечного источника (детонатора) в сферическую сходящуюся применялись линзовые системы, изготовленные из взрывчатки с разной скоростью детонации (то есть с разным коэффициентом преломления).

См. также

• Линза Френеля
• Линза Габора
• Линза Люнеберга
• Линза Бийе
• Линза Итона — Липмана
• Цейс, Карл

• Контактные линзы
• Очковые линзы
• Лупа
• Фокус (физика)
• Оптические системы
• Оптические материалы
• Аберрации оптических систем

Примечания

1. ↑ Ландсберг Г. С. §88. Преломление в линзе. Фокусы линзы // Элементарный учебник физики. — 13-е изд. — М.: Физматлит, 2003. — Т. 3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. — С. 236-242. — 656 с. — ISBN 5922103512
2. ↑ Наука в Сибири
3. ↑ линзы из кремния для ИК диапазона

Ссылки

• Как изготавливаются линзы для фотоаппаратов и видеокамер. Discovery (видео)

Литература

• Краткий фотографический справочник. Под общей редакцией д.т. н. Пуськова В. В., изд. 2-е, М., Искусство, 1953.
• Оптика, Г. С. Ландсберг, изд. 5-ое, М., Наука, 1976.
• Политехнический словарь, глав.ред. А. Ю. Ишлинский, изд. 3-е, М., Советская Энциклопедия, 1989.
• Линза // Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.

Определение зум-объектива — что такое зум-объектив от SLR Lounge

Техническое объяснение зум-объектива

С технической точки зрения зум-объектив представляет собой единую линзу, состоящую из нескольких стеклянных элементов, которые могут изменять эффективный угол обзора, перемещая определенные элементы внутри линзы в целом. Визуально это дает эффект «приближения» или «отдаления», сохраняя при этом резкость изображения.

(Обратите внимание, что на заре зум-объективов некоторые оптические конструкции могли достигать двух или трех различных фокусных расстояний по отдельности, например, 28 мм и 50 мм, однако оптическая конструкция не позволяла объективу отображать четкое изображение в любом промежуточном диапазоне. фокусное расстояние.)

И наоборот, фикс-объектив — это объектив с единственным фокусным расстоянием. Вообще говоря, зум-объективы не способны работать с такой же широкой апертурой, как фикс-объективы, например, f/1,4 или f/1,2, хотя за прошедшие годы было выпущено несколько зум-объективов f/2 и f/1,8. Кроме того, благодаря современному компьютерному дизайну как зум-объективы, так и фикс-объективы обеспечивают отличное качество изображения даже при самых широких значениях диафрагмы.

Типовые диапазоны зум-объективов

Существует множество типичных диапазонов масштабирования, частично из-за их практического применения (полезные диапазоны масштабирования), а частично из-за их оптической простоты конструкции.

Есть широкоугольные зумы, например 16-35мм или 12-24мм. Существуют зумы среднего диапазона, такие как 24–70 мм и 24–105 мм. Существуют телеобъективы, такие как 70–200 мм и 70–300 мм.

Существуют также зум-объективы, известные как «суперзумы», которые охватывают гораздо более высокий общий диапазон или увеличение, например, зум-объектив 28–300 мм на полнокадровых камерах или даже объектив 16–300 мм на камерах с датчиком APS-C.

Зум-объектив, увеличение «X»

«Увеличение» зум-объектива обычно относится не к фактическому увеличению воспроизведения, которого может достичь объектив, а к оптическому увеличению, которое происходит между самым широким и самым длинным концами диапазона зума. Например, зум-объектив 50–100 мм будет 2-кратным, а зум 50–150 мм — 3-кратным. С другой стороны, супер-зум 28-300 мм будет чуть более 10-кратным!

Варифокальные и парфокальные линзы

У варифокального объектива при изменении зума меняется и фокус. В парфокальной линзе фокус не меняется при «зумировании».

Многие распространенные объективы для фотосъемки, в том числе некоторые высококачественные объективы для профессиональной фотосъемки, являются варифокальными, а не парфокальными. Это просто потому, что линзы легче проектировать и изготавливать. С другой стороны, некоторые телевизионные и кинообъективы являются настоящими парфокальными линзами, что часто делает их значительно больше и дороже, чем сопоставимые варифокальные линзы с аналогичной диафрагмой и диапазоном увеличения.

Туристическая фотография

Какая камера лучше всего подходит для путешествий

Дэвид Дж. Крю, 2 года назад 14 мин чтения

Поиск лучшей камеры для путешествий — сложная и постоянно развивающаяся проблема. Нам нужны маленькие, компактные,…

Основы фотографии

Телефото против широкоугольного | Соображения по выбору объектива

Дон Гилфиллан, 2 года назад 5 минут чтения

Вас смущают разговоры о фотографии о телеобъективах и широкоугольных объективах? В этом посте мы расскажем вам все факты о телеобъективах и широкоугольных объективах.

Фотография

Оптический зум VS цифровой зум — в чем разница?

Мэтью Сэвилл, 2 года назад 5 минут чтения

В наши дни почти каждая камера со встроенным объективом имеет наклейку «зум». Однако нет…

Fujifilm X100V Обзор камеры реального мира | Серия одиночных матчей

Пье Джирса, 3 года назад 11 минут чтения

Наша новая серия «Лицом к лицу» предназначена для того, чтобы предложить ЧЕСТНЫЕ и объективные обзоры снаряжения и поделиться тем, каково это на самом деле жить с продуктами и использовать их в реальных ситуациях.

Камеры и объективы Sony

Новый объектив Sigma 100-400mm FE для беззеркальных камер Sony может появиться в ближайшее время (по слухам) — обновление

Джей, 3 года назад 1 min read

Согласно новому слуху от Sony Alpha Rumors, Sigma работает над 100-400 мм FE для камер Sony с байонетом E. Судя по всему, он будет стоить около 1000 долларов, будет легче и меньше, чем Sony 100-400.

Объективы Тамрон

Обзор Tamron 70-180mm f/2.8 | Первая беззеркальная альтернатива 70–200 мм стороннего производителя!

Мэтью Сэвилл, 3 года назад 27 минут чтения

Является ли этот последний объектив в тройке беззеркальных зум-объективов Tamron f/2.8 именно тем, чего вы так долго ждали?

Фотокамеры и объективы Nikon

Обзор Nikon 14-30mm f/4 | Лучший широкоугольный объектив для пейзажной фотографии?

Мэтью Сэвилл, 3 года назад 24 мин чтения

Nikon Z 14-30mm f/4 S — один из самых впечатляющих широкоугольных объективов за очень долгое время, и все же он почти полная противоположность «экзотическому единорогу».

Объективы Тамрон

Tamron объявляет о выпуске своего быстрого и компактного портретного зум-объектива 35–150 мм для цифровых зеркальных фотокамер

Дэвид Дж. Крю, 4 года назад 5 минут чтения

Всего несколько месяцев назад компания Tamron анонсировала 3 новых объектива для полнокадровых объективов с достаточным количеством информации о каждом, чтобы мы…

Что такое зум-объектив? Определение и примеры в фото и кино

Что такое зум-объектив?

Во-первых, давайте определимся с зум-объективом

Существуют различные типы зум-объективов: телеобъективы с зумом, суперзум-объективы, широкоугольные зум-объективы и даже макрозум-объективы. Несмотря на разнообразие, все эти объективы подпадают под одно основное определение. Давайте сначала определим, что такое зум-объектив, чтобы мы могли понять, чем он отличается от других типов объективов.

ЗУМ-ОБЪЕКТИВ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Что такое зум-объектив?

Объектив с переменным фокусным расстоянием — это тип объектива, который может изменять свое фокусное расстояние путем физического перемещения различных оптических механизмов в объективе. Зум-объективы отличаются от фикс-объективов фиксированным фокусным расстоянием. Фотографы и кинематографисты используют зум-объектив для увеличения или уменьшения масштаба объекта, создавая впечатление приближения или удаления от объекта без физического перемещения камеры. Эти объективы также используются для создания зум-объективов.

Для чего используется зум-объектив?

• Комедийный или драматический эффект
• Привлечение внимания к важным деталям
• Раскрытие обстановки или контекста вокруг объекта

Прежде чем мы перейдем к плюсам и минусам зум-объективов, найдите минутку и загрузите нашу БЕСПЛАТНУЮ электронную книгу «Объяснение объективов для фотоаппаратов». Том. 1 — где мы рассказываем все, что вам нужно знать о различных типах объективов камер, их уникальных визуальных характеристиках и способах их использования.

Бесплатный загружаемый бонус

БЕСПЛАТНАЯ загрузка 

Описание объективов для фотоаппаратов

Каждый тип объектива для фотоаппарата имеет свои особенности и визуальные характеристики, которые должен понимать каждый создатель изображений. Загрузите нашу БЕСПЛАТНУЮ электронную книгу, чтобы получить подробное описание основных и зум-объективов, анаморфотных и сферических объективов, широкоугольных, стандартных, телеобъективов и даже специальных объективов, рассказывающих немного разные истории.

Когда был создан объектив?

История зум-объектива

Происхождение оптического зума можно проследить до 1800-х годов. В то время в телескопах можно было найти механизмы, похожие на то, как работают зум-объективы.

Только в 1902 году Клайл К. Аллен изобрел и запатентовал первый зум. Однако потребовалось еще двадцать лет, чтобы объективы с оптическим зумом начали более широко использоваться в кино. Наиболее примечательным является использование объектива в фильме 1927 года « Оно » с Кларой Боу в главной роли.

Один из первых снимков с зумом

Когда такие легендарные режиссеры, как Альфред Хичкок и Орсон Уэллс, начали использовать линзы в своих фильмах как для практического, так и для художественного эффекта, прогресс в технологии линз действительно начал развиваться.

Для чего сегодня используется зум-объектив? Кинематографистов сегодня вдохновляет использование этих объективов известными режиссерами, такими как Мартин Скорсезе, Квентин Тарантино и, конечно же, Стэнли Кубрик.

Масштабирование — неотъемлемый инструмент режиссерского стиля Кубрика. Посмотрите этот суперсрез различных кадров из лучших фильмов Кубрика, демонстрирующих различные способы использования Кубриком этих объективов.

The Kubrick Zoom

Основная задача кинематографистов — найти подходящие объективы для любой сцены или всего фильма. Итак, зачем кинематографисту или фотографу выбирать зум вместо простого объектива? Давайте углубимся в преимущества и недостатки обоих.

Фикс- или зум-объектив

Фикс-объектив и зум-объектив

В то время как зум-объектив может изменять свое фокусное расстояние, фикс-объектив, с другой стороны, имеет фиксированное фокусное расстояние. Возможность иметь несколько вариантов фокусного расстояния в одном объективе звучит идеально, верно? Но есть и другие соображения, которые несколько усложняют решение.

Фикс-объективы и зум-объективы  • Объяснение различий

Споры между фикс-объективами и зум-объективами основаны на нескольких характеристиках. Разница между объективом с постоянным фокусным расстоянием и зум-объективом на самом деле сводится к оптическим механизмам внутри объектива.

Фиксированные объективы имеют простую фиксированную конструкцию, в то время как зум-объективы имеют более сложную конструкцию, состоящую из движущихся оптических механизмов.

Фикс-объектив против зум-объектива

Этот факт приводит нас к некоторым логистическим недостаткам зум-объектива. С основным объективом невозможно увеличить объект, не приблизив к нему камеру физически. А из-за более сложной конструкции высококачественные зум-объективы, как правило, дороже, чем простые объективы с фиксированным фокусным расстоянием. Крупноформатные зум-объективы могут стоить немалых денег.

Еще одним недостатком конструкции объектива является светосила. Зумы обычно имеют меньшую апертуру, чем фикс-объективы. Если для вашего снимка важна малая глубина резкости, важно отметить, что высококачественные зум-объективы обычно имеют диафрагму не шире f/2,8.

Ограничивает глубину резкости, которую вы можете использовать. Это также означает, что из-за ограничений диафрагмы у зумов меньше гибкости при съемке в условиях слабого освещения.

Вот описание того, как работает диафрагма для создания глубины резкости, и различные преимущества повествования, связанные с ней.

Что такое Диафрагма? •  Подпишитесь на YouTube

Наконец, из-за движущихся частей и оптических механизмов зум-объективы обычно намного тяжелее. Объективы с суперзумом особенно тяжелые. Это следует помнить при использовании камеры на различных установках, таких как стабилизаторы или штативы.

Масса объектива с фиксированным фокусным расстоянием и зум-объективом

Несмотря на все вышесказанное, у зум-объектива по-прежнему есть множество преимуществ и областей применения. Его способность изменять фокусное расстояние делает его чрезвычайно универсальным, а его фактический механизм масштабирования оказался инструментом как для практических, так и для художественных функций.

Для чего нужны зум-объективы?

Изменить композицию с помощью зума

Начнем с наиболее очевидных причин использования зум-объектива. Учитывая его способность увеличивать или уменьшать масштаб, они отлично подходят, когда вы хотите изменить композицию кадра или кадрирование камеры, не перемещая камеру.

Это может быть полезно, когда вам нужно увеличить масштаб, чтобы привлечь внимание к определенной детали. Кубрик снова использует уменьшение, чтобы показать обстановку или контекст, как в этом культовом начальном кадре из 9.0145 Заводной апельсин .

Заводной апельсин  •  Примеры зум-объектива

Помимо практического применения, зум-объектив на протяжении десятилетий творчески использовался кинематографистами для создания художественных эффектов. Эти кинематографисты сосредоточились не столько на том, что зум-объектив может запечатлеть в кадре, сколько на том, как движение объектива может заставить зрителей почувствовать .

Для чего используется зум-объектив?

Врезка с резким увеличением

Например, отличительной чертой режиссерского стиля Квентина Тарантино является резкое увеличение. Тарантино обычно использует его для создания драматического и комедийного эффекта при съемке реакции. Быстрый зум также добавляет энергии выстрелу, который в противном случае был бы довольно застойным.

Тарантино часто использует телеобъективы с зумом, чтобы резко увеличить объект с расстояния. Вот супернарезка разных краш-зумов в лучших фильмах Тарантино.

Примеры зум-объектива Tarantino and the Crash

Аварийный зум — не единственный творческий способ использования зум-объектива кинематографистами. Для чего используется зум-объектив, когда камера стоит на тележке? Не что иное, как кукольный зум, конечно.

Примеры зум-объективов

Тележка с зумом в действии

Зум-объективы также комбинируются с использованием тележки для создания тележки с зумом (также известного как zolly). Тележка с зумом перемещается либо к объекту, либо от него, одновременно уменьшая масштаб или в противоположном направлении.

Создает эффект головокружения, который может вызывать тревогу и беспокойство. Кинематографисты могут использовать либо телеобъективы с зумом, либо широкоугольные зум-объективы, чтобы создать другой эффект золли.

Посмотрите наше видео, в котором мы разбираем эффекты масштабирования тележки. Он, несомненно, использовался для создания одних из самых запоминающихся кадров в кино.

Эффект Dolly Zoom  •   Подпишитесь на YouTube

Возможно, объективы с оптическим зумом не являются концом всех объективов, но, безусловно, для них есть время и место. Способность зум-объектива изменять композицию кадра без перемещения камеры — уникальный инструмент для всех кинематографистов.

Чем не хорош зум-объектив? Они часто нарушают апертуру объектива, что приводит к большей глубине резкости. Зум-объективы также намного тяжелее, как мы обсуждали ранее. Убедитесь, что объектив служит вашей истории, прежде чем использовать его в каждом кадре.

Анализ того, как некоторые из ваших любимых режиссеров используют зум-объективы, поможет вам узнать, как использовать зум-объективы в вашем следующем проекте.

Бонус для бесплатной загрузки

БЕСПЛАТНАЯ загрузка 

Объяснение объективов камеры

Каждый тип объектива камеры имеет свои особенности и визуальные характеристики, которые должен понимать каждый создатель изображений.