Введение в оптику

2. Геометрическая оптика

Виды сферических линз. Форма линз образована двумя сферическими поверхностями различной кривизны или одной сферической поверхностью и плоскостью (рис. 13).

Рис. 13. Виды сферических линз: а - линзы, образованные сферическими поверхностями; б - собирающие; в - рассеивающие линзы

Кривизной сферической поверхности называется величина, обратная радиусу где радиус сферы. Различные сочетания взаимного расположения сферических поверхностей образуют собирающие и рассеивающие линзы.

У всех собирающих линз обязательна хотя бы одна выпуклая поверхность, у всех рассеивающих - хотя бы одна вогнутая. Фокусное расстояние линзы зависит от радиусов кривизны образующих поверхностей и коэффициента преломления стекла, из которого она изготовлена.

Оптические свойства отдельных линз часто характеризуются не величиной главного фокусного расстояния, а величиной, обратной ему, называемой оптической силой линзы, которая равна Д=1/f,
где Д - оптическая сила линзы в диоптриях;
f - фокусное расстояние в м.
Линза, фокусное расстояние которой равно одному метру, обладает оптической силой в одну диоптрию. Соотношения оптической силы и фокусных расстояний линз приведены ниже.

Фокусное расстояние, м	10	4,0	2,0	1,33	1,0	0,5	0,25	0,2	0,1	0,05
Оптическая сила, диоптрия	0,1	0,25	0,5	0,75	1	2	4	5	10	20

Оптическая сила линз, собирающих лучи, считается положительной, ее принято указывать со знаком "плюс" (+Д). Рассеивающие линзы не имеют действительного фокуса, а мнимое фокусное расстояние принято обозначать со знаком "минус". Оптическую силу рассеивающих линз называют отрицательной (-Д).

Рис. 14. Оптическая система из двух линз

В фотографической практике чаще используется не одна линза, а сочетание из двух и более линз (рис. 14). Суммарное фокусное расстояние системы линз зависит от оптической силы (фокусного расстояния) каждой линзы и расстояния между ними. На рис. 14 для каждой линзы показаны передняя и задняя главные плоскости. При этом, как видно на рисунке, у рассеивающей линзы главные плоскости смещены относительно друг друга. Оптическая сила системы с достаточной для практики точностью определяется по формуле

Дс=Д1+Д2-Д1Д2

где Дс - суммарная оптическая сила системы;
Д1 и Д2 - оптическая сила первой и второй линз;

- оптический интервал, т. е. расстояние между ближайшими главными плоскостями первой и второй линз.

По этой же формуле определяется и оптическая сила системы объектив - линза при использовании насадочных линз, которые применяются для изменения фокусного расстояния объектива.

Как было сказано, расстояние между линзами влияет на фокусное расстояние системы, следовательно, смещая одну из его линз, можно изменить фокусное расстояние объектива. Это явление используют при конструировании объективов для аппаратов, в которых наводка на резкость обеспечивается перемещением передней линзы, а также у объективов с переменным фокусным расстоянием (zoom).

Продолжение