Objektyvas (fizika): apibrėžimas, tipai ir kaip jie veikia

Su objektyvais susiduriate kiekvieną dieną. Nesvarbu, ar tai jūsų mobiliojo telefono kameros objektyvas, ar akinių, ar kontaktiniai lęšiai, kuriuos naudojate aiškiai matydami, didinamieji akiniai, mikroskopai, teleskopai ar kažkas kita, lęšių fizika paaiškina, kaip paprastą stiklo gabalėlį galima panaudoti vaizdams padidinti, sumažinti ar sufokusuoti. bet koks tikslas.

Iš esmės lęšiai veikia lenkdami šviesos spindulius, kurie praeina pro juos lūžio metu, tačiau šį pagrindinį tašką galima įgyvendinti įvairiais būdais, kurie skiriasi priklausomai nuo objektyvo tipo. Laimei, tokių lęšių pagrindus lengva suprasti, kai sužinai šiek tiek daugiau apie jų veikimą.

Lęšis yra skaidrios medžiagos gabalas, kuris yra suformuotas taip, kad šviesos spinduliai sukristų tam tikru būdu praeiti pro jį, nesvarbu, ar tai reiškia, kad spinduliai susilieja į tam tikrą tašką, ar skiriasi nuo konkretaus taškas. Naudojama medžiaga gali būti stiklo ar plastiko gabalas, o lęšio forma lemia, ar jis sukelia šviesos spindulių suartėjimą ar išsiskyrimą. Žodis „lęšis“ kilęs iš lotyniško žodžio „lęšis“, nes formos yra panašios tarp susiliejusio lęšio ir ankštinių augalų.

Faktinis lęšio sukurtų šviesos spindulių lenkimas įvyksta todėl, kad lęšio medžiagos lūžio rodiklis skiriasi nuo aplinkinio oro. Šį elgesį apibūdina Snello lūžio dėsnis, kuris skirtingą kampą tarp krintančio ir lūžusio šviesos spindulio sieja su abiejų medžiagų lūžio rodikliais.

Trumpai tariant, įstatymas sako, kad jei jūs pereinate nuo žemesnio lūžio rodiklio medžiagos į aukštesnę (pvz., Iš oro į stiklą), šviesos spindulys nukreipiamas link „įprasto“ į paviršiaus kryptimi (t. y. į statmeną paviršiui tuo tašku) ir kad šviesos spinduliams, einantiems iš aukštesnio lūžio rodiklio medžiagos, žemesniems, yra priešingai. vienas.

Optikoje vartojama nemažai unikalių terminų, todėl svarbu juos suprasti, jei studijuojate lęšių fiziką.

• The židinio taškas yra taškas, kuriame lygiagrečiai spinduliai sutampa, kai praeina pro objektyvą.
• The židinio nuotolis lęšio atstumas yra atstumas nuo jo centro iki židinio taško, iš esmės apibrėžiantis lęšio „lenkimo galią“.
• The optinė ašis yra objektyvo simetrijos linija.
• A šviesos spindulys yra šviesos kelio aproksimacija, kai tiesios linijos naudojamos šviesos bangų (arba fotonų) judėjimui atspindėti. Kiekvienas objekto taškas sukuria šviesos spindulius visomis įmanomomis kryptimis, tačiau paprastai nustatomi keli konkretūs spinduliai, siekiant nustatyti gauto vaizdo vietą.
• An optinis lęšis yra vienas medžiagos gabalas, skirtas sukelti šviesos spindulių suartėjimą (išgaubtą lęšį) arba išsiskyrimą (įgaubtą lęšį).
• A abipus išgaubtas lęšis yra paprastas optinis lęšis su dviem išgaubtomis pusėmis (gaminančios lęšius primenančią formą, suteikusią lęšiams jų vardą), kartais vadinamas išgaubtu išgaubtu lęšiu ir pagal apibrėžimą turintis teigiamą židinio nuotolį. Jie naudojami didinamiesiems akiniams, teleskopams, mikroskopams ir net žmogaus akiai.
  
• The lauko gylis apibūdina atstumų, kuriais objektai yra fokusuojami žiūrint per objektyvą, diapazoną ir yra įprasta terminija fotografijoje. Kadangi fotoaparatų šviesos jutikliai yra fiksuoto dydžio, jei vaizdas yra Lengvai nenuoseklus, bet klaidų kiekis yra pakankamai mažas, ji iš tikrųjų nebus įregistruota kaip neakivaizdi Šis dėmesio diapazonas yra lauko gylis.
• The pagrindinis objektyvas yra fotografijoje naudojamas objektyvas su fiksuotu židinio nuotoliu, priešingai nei mastelio keitimo objektyvai, kuriuose židinio nuotolis gali būti pakeistas. Tačiau kituose kontekstuose pagrindinis lęšis gali būti naudojamas kaip pagrindinis lęšis sistemoje, susidedančioje iš kelių lęšių.

Spindulių diagramos yra nepaprastai naudingas optikos įrankis, ir jos naudojamos ieškant vietos, kurioje bus formuojamas vaizdas, atsižvelgiant į objekto ir objektyvo vietą. Nubrėžus tam tikrą pagrindinę šviesą, atsirandančią iš objekto, ir pažymint jų kelią einant pro objektyvą, taškas, kuriame jie susitinka, yra tas, kur bus formuojamas vaizdas.

Šį procesą galima atlikti naudojant Snello lūžio dėsnį, tačiau keli gudrybės taip pat gali supaprastinti procesą. Pavyzdžiui, spindulys, einantis per lęšio centrą, apskritai yra vos nukreiptas, ir tas smogia objektyvui, statmenam optinei ašiai, lūžta pereidamas pro židinio tašką objektyvas.

Objektyvo sukurtas vaizdas gali būti tikras arba virtualus. Tikram vaizdui šviesos spinduliai susilieja, kad susidarytų vaizdas konkrečioje vietoje, ir tą vaizdą galėtumėte pamatyti, jei toje vietoje padėtumėte ekraną. Žmogaus akyje ir už fotoaparato objektyvo esančiame regione šiam vaizdui paimti naudojamos šviesai jautrios ląstelės ar medžiagos.

Virtualus vaizdas yra kitoks: kai spinduliai skiriasi nuo objektyvo, jų orientacija jį daro pažiūrėk tarsi jie atėjo iš virtualaus vaizdo vietos. Kitaip tariant, jei stebėsite lūžusius spindulius atgal, bet tik laikydamiesi tiesių linijų, jie visi susilies virtualaus vaizdo vietoje. Tačiau šviesos spinduliai šioje vietoje fiziškai nesusilieja, ir jei ten padėtumėte ekraną, nematytumėte vaizdo.

Fotoaparato objektyvas yra vienas iš labiausiai pažįstamų objektyvų rūšių, su kuriais susiduriate kasdien, ir tokių yra daugeliu skirtingų tipų, nors jie visi turi tuos pačius pagrindinius veikimo principus anksčiau.

Pagrindinis objektyvas yra pagrindinis objektyvas su fiksuotu židinio nuotoliu, o priartinimo objektyvas turi kintamą židinio nuotolį, todėl jums nereikia fiziškai keisti savo buvimo vietos, norint ką nors sufokusuoti. Plataus kampo objektyvas yra labai mažo židinio nuotolio objektyvas, kuris labai padidina regėjimo lauką, o žuvies akies objektyvas iš esmės yra kraštutinė plataus kampo objektyvo versija.

Kiti pavyzdžiai yra teleobjektyvai, kurie turi labai ilgą židinio nuotolį ir skirti fotografuoti toli esančius objektus ir makro objektyvai, skirti fokusuoti labai arti ir gaminti natūralaus dydžio arba padidintas jų versijas objektai.

Kiti įprasti lęšių tipai yra akinių lęšiai arba kontaktiniai lęšiai, ir jie abu padeda ištaisyti regėjimo problemas. Jei esate „trumparegis“, tai reiškia, kad jūsų akių lęšiai sukuria vaizdus prieš šviesai jautrią akies tinklainę ir todėl jums reikia skirtingų (įgaubtų) lęšių, kad vaizdas būtų perkeltas atgal.

Jei esate „toliaregis“, lęšiai jūsų akyse sukurtų vaizdą atgal už jūsų tinklainę, todėl norint išspręsti šią problemą jums reikia susiliejančių lęšių.

Tiek kontaktiniai lęšiai, tiek akiniai tai taiso tuo pačiu būdu - pridedant papildomą korekcinį lęšį, kad būtų veiksminga akies židinio nuotolis atitinka atstumą iki tinklainės, tačiau yra skirtumų, nes kontaktiniai lęšiai sėdi tiesiai ant jūsų akys. Kontaktiniame lęšyje lęšiui nereikia užimti tiek vietos (jis turi būti tik pakankamai didelis, kad mokinys būtų maksimaliai išsiplėtęs), ir tai gali pasiekti turėdamas mažiau medžiagos. Akinių lęšiams objektyvas turi padengti daug didesnį plotą ir dėl to yra storesnis.