4)Тонкая линза. Формула линзы. Правило знаков.

. Тонкая линза — линза (в оптике), когда толщина самой линзы d (расстояние между наружныим точками сфер) мала по сравнению с радиусами кривизны сферических поверхностей d <<R1 и R2. В противном случае такие линзы называются толстыми.

Линзы входят в состав практически всех оптических устройств. Линзы (Рис.3) делятся на собирающие и рассеивающие.

тонкая линза

схема тонкой линзы

собирательные и рассевающие линзы

Основные определения тонкой линзы.

Главной оптической осью линзы (См. Рис.2) считается ось, прожодящая через центры кривизны её поверхностей. В тонкой линзе точки пересечения главной оптической оси с обеими поверхностями линзы сливаются в одну точку О.(Т.к. очень большие радиусы кривизны приближаются к плоскостям, то сферические поверхности теоретически сливаються в одну плоскость ). Эта точка называется оптическим центром линзы. Тонкая линза имеет одну главную плоскость, которая общая для двух сферических поверхностей и проходит через центр призмы и перпендикулярна к главной оптической оси. Все прямые, проходящие через оптический центр линзы, называются побочными оптическими осями линзы. Важным является то, что все лучи, идущие через оптический центр линзы, не преломляются.

Поток монохроматических параллельных лучей или пучков лучей с осями их узких конусов , нормалльных к сферической границе раздела (к главной плоскости, см.Рис.2), называют парксиальными (приосевыми) пучками. При этом, пройдя через неё сходятся в главном фокусе линзы F. Главные фокусы линзы лежат на главной оптической оси линзы. Точки, расположенные на главной оптической оси линзы с двух сторон оптического центра на равных расстояниях F2. (См. Рис.4), называются главными фокусами линзы . Плоскости, проходящие через главные фокусы F2 линзы и перпендикулярные к её главной оптической оси, называются фокальными плоскостями линзы .

Непараксиальные пучки не дают стигматических оптических изображений и после преломления становятся не гомоцентрическими.

Формула тонкой линзы.

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

Пра́вила зна́ков (в оптике) — правила определения знаков величин и направлений, принятые при расчёте оптических систем, а также при изображении (и чтении) оптических схем.

При расчёте и анализе оптических систем, положительным направлением (прямым ходом луча) вдоль оптической оси считается направление света слева направо, преломляющие и отражающие поверхности и разделяющие их среды нумеруются по порядку их следования в направлении распространения света, а оптическую систему принято изображать так, чтобы её первая (входная) поверхность располагалась на рисунке (чертеже, схеме) слева.

К тому же, при расчёте принято придерживаться некоторых правил, которые, так же, отражаются на схемах, чертежах и рисунках:

угол луча с оптической осью считается положительным, если луч, пересекающий ось, идёт сверху вниз, и отрицательным, если снизу вверх;

линейные величины предмета и изображения, а также отрезки высот лучей считаются положительными, если они расположены над осью, и отрицательными, если под нею;

радиус кривизны поверхности считается положительным, если её центр находится справа от поверхности, и отрицательным — если слева от поверхности, то есть отсчёт производится от поверхности к центру;

величины толщин и воздушных промежутков между преломляющими поверхностями при движении света слева направо всегда считаются положительными;

углы между лучом и нормалью к поверхности в точках падения луча ε и ε' (углы падения и преломления) считаются положительными, если нормаль, чтобы совпасть с направлением луча, должна быть повёрнута по ходу часовой стрелки;

угол φ между нормалью и оптической осью считается положительным, если оптическая ось, чтобы совпасть с нормалью, должна быть повёрнута по ходу часовой стрелки;

при отражении на поверхности изменяется знак у показателя преломления n', угла отражения ε' и величины расстояния между отражающей поверхностью и следующей (при движении света справа налево);

фокусные расстояния считаются положительными по направлению света от главных плоскостей;

при преломлении и отражении лучей на сферической поверхности за начало отсчёта отрезка принимается вершина поверхности (точка 0). Отрезки считаются положительными, если они откладываются вдоль оси справа от точки 0 по направлению распространения света, и отрицательными, когда откладываются слева от точки 0. В случае отрицательных значений указанных величин перед ними ставится знак минус.

Одноимённые (соответственные) и сопряжённые точки, отрезки и углы в пространстве предметов и пространстве изображений обозначаются одинаковыми буквами. Исключение, здесь, делается для точек переднего F и заднего F' фокусов которые обозначаются одинаковой буквой хотя и не сопряжены друг с другом.

Обозначения относящиеся к пространству изображений, обозначаются знаком "штрих" сверху каждой буквы. Например, обозначение задней главной плоскости указывает, что данная плоскость принадлежит, именно, пространству изображений.