3. Линза диск из однородного материала, ограниченный двумя полированными поверхностями — сферическими или плоской и сферической.
К группе собирающих линз относят линзы, у которых середина толще их краёв, а к группе рассеивающих — линзы, края которых толще середины. Это выполняется, 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 фокусным расстоянием или оптической силой (измеряется в диоптриях). 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.
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.
Лучи, проходящие через фокус после преломления в линзе идут параллельно оптической оси.
Рис.
10.5
Пусть AB - 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.
Если предмет поместить на расстоянии, меньшем главного фокусного расстояния (рис.10.5), 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.
Рис.10.6
Расстояния от точки предмета до центра линзы и от точки изображения до центра линзы называются сопряжёнными фокусными расстояниями рис.10.7).
Рис.10.7
Эти величины находятся в зависимости между собой и определяются формулой, называемой формулой тонкой линзы
где
—
расстояние от линзы до предмета;
—
расстояние от линзы до изображения;
—
главное фокусное расстояние линзы.
Оптической силой называется величина, обратная фокусному расстоянию линзы D = 1/f/. Оптическую силу принято выражать в диоптриях, для собирающих линз она имеет положительное значение, для рассеивающих – отрицательное.
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. 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.