Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов

Фокальная поверхность
Фокальная поверхность

Описание

Фокальная поверхность – поверхность, на которой располагаются фокусы оптической системы при различных наклонах проходящих через неё световых пучков. В идеальной (безаберрационной) оптической системе фокальной поверхностью служит фокальная плоскость.
 
 * * *
 
В оптике, точка, которая после прохождения параллельным пучком лучей оптической системы пересекаются лучи пучка (или их продолжения, если система превращает параллельный пучок в расходящейся). Если лучи проходят параллельно оптической оси системы. Фокус находится на этой оси; его называют главным фокусом. В идеальной оптической системе все фокусы расположены на плоскости, перпендикулярной оси системы и называется фокальной плоскостью. В реальной системе фокусы могут располагаться на некоторой иной фокальной поверхности.
 
 * * *
 
Фокус (от лат. focus – «огонь») оптической системы – точка, в которой пересекаются («фокусируются») первоначально параллельные световые лучи после прохождения через собирающую оптическую систему (либо где пересекаются их продолжения, если система рассеивающая). Множество фокусов системы определяет её фокальную поверхность. Главный фокус системы является пересечением её главной оптической оси и фокальной поверхности.
 
 * * *
 
Поверхность, на которую падают изображения всех точек в поле зрения оптического инструмента, например, телескопа. Эта поверхность может быть плоской и нормальной к оптической оси или, как в телескопе Шмидта, изогнутой.
 
 * * *
 
Фокус (от лат. focus – очаг, огонь) в оптике – точка, в которой пересекаются лучи первоначально параллельного светового пучка после прохождения через оптическую систему (или их продолжения, если система превращает параллельный пучок в расходящийся). Если лучи проходят параллельно оптической оси системы, фокус находится на этой оси; его называют главным фокусом. В идеальной оптической системе все фокусы расположены на плоскости, перпендикулярной оси системы и называемой фокальной плоскостью. В реальной системе фокусы могут располагаться на некоторой иной фокальной поверхности.
 
 * * *
 
Фокальная точка – это точка, в которой параллельные световые лучи от бесконечно далекого объекта сходятся после прохождения через объектив. Поверхность, перпендикулярная оптической оси, на которой находится эта точка, называется фокальной поверхностью. На этой поверхности, находящейся там, где расположена пленка в камере, объект виден резко и, как говорят, находится "в фокусе". При обычных фотообъективах, состоящих из нескольких линз, фокус можно отрегулировать таким образом, чтобы световые лучи от объекта, расположенного ближе, чем в "бесконечности", сходились в какой-то точке на фокальной поверхности.
 
Фокальная точка
Фокальная точка
Рисунок 1

 

 

Ключевые слова

 

Разделы наук

 

Используется в научно-технических эффектах

Телевизионный микроскоп (Телевизионный микроскоп )
Оптическое изображение, каждая точка которого соответствует одной точке изображаемого оптической системой объекта (Стигматическое изображение )
Аберрация оптических систем (Аберрация оптических систем )

 

Используется в областях техники и экономики

3Оптическая техника
1Медицинские технологии
2Медицинская техника
1Клеточная инженерия
1Химическое и нефтяное машиностроение
1Хранилища сырья и продукции химической промышленности
1Технологии химических реактивов и особо чистых веществ
1Технологии химических волокон и нитей
1Технологии лакокрасочных материалов и органических покрытий
1Технологии производства резин и изделий из них
1Технологии пластмасс
1Технологии переработки нефти и газа
1Технологии пестицидов и дезинфицирующих средств
1Технологии душистых средств
1Технологии взрывчатых веществ и средств химической защиты
1Промышленный синтез органических красителей и пигментов
1Технологии органических веществ и продуктов
1Технологии производства силикатных материалов
1Производство удобрений
1Технологии неорганических веществ и продуктов
3Кинотехника
3Фототехника
3Приборы для измерения оптических и светотехнических величин и характеристик
1Приборы для измерения состава и физико-химических свойств веществ и материалов
1Приборы для измерения механических величин
1Системы телеуправления и телеизмерения
1Аппаратура для оптической связи в свободном пространстве
1Технологии, использующие голографию

 

Используются в научно-технических эффектах совместно с данным эффектом естественнонаучные эффекты

2Адаптация глаза (Адаптация глаза)
2Увеличение оптическое (Увеличение оптическое)
3Фокальная плоскость (Фокальная плоскость)
3Фокальная поверхность (Фокальная поверхность)
3Аккомодация глаза (Аккомодация глаза)
3Фокус (Фокус)
2Хроматическая аберрация (Хроматическая аберрация)
3Изображение предмета, образованное пересечениями геометрических продолжений световых лучей, прошедших через оптическую систему, в направлениях, обратных действительному ходу этих лучей (Мнимое изображение)
2Дифракция света (Дифракция света)
1Представление волнового фронта, создаваемого источником света, как результат интерференции вторичных когерентных волн (Гюйгенса-Френеля принцип)
2Ферма принцип (Ферма принцип )
1Дисперсия света (Дисперсия света)
1Преломление света на грани двуосного кристалла, наблюдаемое в тех случаях, когда направление распространения пучка совпадает с направлением одной из осей кристалла (Коническая рефракция)

 

Применение эффекта

Термин "линза" происходит от латинского слова lens, означающего "чечевица". Изобретатель линзы анонимен, впрочем, как и колеса. Человек, без сомнения, познакомился с этим оптическим прибором в седой древности. Возможно, первая линза, которую взял в руки наш предок, была природным стеклом или прозрачным, но отшлифованным водой монокристаллом кварца, шпата и т.п., имеющим форму чечевицы или близкую к ней. Однако более вероятно, что линзу изобрели гиперборейцы – "северные люди", как их по-другому называли древние греки. Легендарные племена гиперборейцев – пращуры всех индоевропейских народов. Их родина простиралась от Скандинавии через Кольский полуостров до Северного и Среднего Урала и далее в Западную Сибирь. Руны – письменные памятники той давней поры. Для нас важно, что наши пращуры знали лед и, несомненно, познакомились с фокусирующими свойствами чечевицеобразных его кусочков. Вероятно, они научились формировать нужным образом лед и сознательно использовать фокусирующие свойства обработанного материала. Это – лишь предположение, но достаточно обоснованное. Надо сказать, что предки индоевропейцев были, по тому времени, высококультурными племенами. Стоит назвать технологию выплавки железа из болотной руды и обработки этого металла – основы технологического прогресса человечества. Другое достижение – одомашнивание лошадей. Это только часть великого наследия, оставленного предками индоевропейцев.
Считается, что первые очки появились в XIII веке, и это можно принять за исток оптических приборов на основе линз и их систем. Но уже Аристотель в IV в. до н. э. увязал явление радуги с преломлением света в каплях воды. Это свидетельствует о понимании им соответствующих физических процессов, включая фокусировку света каплями – первопричину направленного отражения. Создание первого сложного оптического прибора – двухлинзового микроскопа – связывают с голландцем З. Янсоном (примерно 1590 г.). Первый телескоп (1609 г.) приписан великому итальянцу Галилео Галилею. Без сомнения, и микроскоп, и телескоп, как оптические системы из двух линз, изучались и применялись (по крайней мере, в качестве подзорной трубы) до этих исторически зафиксированных фактов их применения.


Линзы.
Когда речь заходит о линзах, как правило, имеют в виду стекло или другой прозрачный материал, который ограничен двумя сферическими поверхностями. При этом применение, за некоторыми исключениями, находят осесимметричные линзы (обе поверхности линзы имеют общую ось симметрии бесконечного порядка). Основные типы сферических линз представлены на рисунке 1. Формально положительные и отрицательные линзы различаются по толщине в центре и на краю. Толщина положительных линз в центре всегда больше, чем на краю, у отрицательных, напротив, – меньше.

 Основные типы линз; Положительные(сверху): а – двояковыпуклая; б – плосковыпуклая; в – мениск ; Отрицательные: а – двояковогнутая; б – плосковогнутая; в – мениск
 Основные типы линз
Рис. 1
Но принципиальным различием являются знаки фокусных расстояний. Фокусом принято называть точку, в которой сходится прошедший через линзу параллельный пучок света, как показано на рис. 2. Пучок, параллельный оси линзы, сходится в точке, лежащей на оси линзы. Эту точку называют главным фокусом. Наклонный по отношению к оси пучок сходится в точку вне оси. Поверхность, на которой лежат фокусы наклонных световых пучков, называют фокальной поверхностью. На этом и последующих рисунках она маркирована буквой F. Иными словами, фокальная поверхность F – геометрическое место фокусов. В идеальных оптических системах фокальная поверхность плоская. Условная поверхность, на которой как бы преломляется световой пучок, проходящий через линзу, называется главной (главными) плоскостью (плоскостями) линзы. Эта плоскость (на этом и последующем рисунках помеченная как Г) ортогональна оптической оси линзы. На рис. 2 ее след на плоскости разреза линзы – синяя вертикальная черта. Расстояние между главной и фокальной плоскостями называют главным фокусным расстоянием. Его принято маркировать как f. Итак, идеальная линза – это виртуальный прибор, составленный из двух фокальных плоскостей, между которыми размещена главная плоскость, обладающая собирающей или рассеивающей способностью. И это – полное определение идеальной или, иначе говоря, тонкой линзы. Реальные линзы – толстые в той или иной мере, и у них могут быть две главные плоскости – передняя Г и задняя Г '.
На рис. 2 световой пучок проходит через линзу слева направо. Но нет запретов и на обратное направление распространения луча. Поэтому линза, в общем случае, имеет вторые фокальную и главную плоскости, причем фокальные расстояния слева и справа могут быть различными. К слову, это замечание относится к любой оптической системе, например, к объективам. Если главная плоскость линзы является плоскостью симметрии, то возможна только одна главная плоскость, а передний и задний (по ходу луча) фокусные расстояния равны. Тонкая линза – не материальный объект. Она представлена в расчетных схемах главной плоскостью, которая наделена замечательной фокусирующей способностью. Наделена она и двумя фокальными плоскостями.
Положительные линзы "честно" собирают (фокусируют) параллельный световой пучок в реальную точку (световое пятно), отрицательные – рассеивают так, что фокус оказывается мнимым или, если хотите, виртуальным.

Главные параметры линзы: синий – главная плоскость; фиолетовый – фокальная плоскость; зеленый – оптическая ось линзы
Главные параметры линзы
Рис. 2
 

 

Литература

Физическая энциклопедия. Т.5, 1998, стр.332

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина