Собирающие и рассеивающие линзы. Оптические оси. Оптический центр линзы

Для получения изображений различного вида в оптических приборах очень часто используют линзы.

Линза представляет собой прозрачное тело, ограниченное двумя гладкими выпуклыми или вогнутыми поверхностями (одна из них может быть плоской). Чаще всего поверхности линзы делают сферическими, а саму линзу изготовляют из специальных сортов стекла, например, флинтгласа, или других веществ с подходящим Показателем преломления. Линзы подразделяются на выпуклые (рис. 30.1, а — в), которые толще к середине, и вогнутые (рис. 30. 1, г-е), которые к середине тоньше.

Прямую, которая проходит через сферические центры кривизны поверхностей линзы С₁ и С₂ или через сферический центр С перпендикулярно к плоской поверхности линзы, называют главной оптической осью линзы. Световой луч, направленный вдоль оптической оси, проходит линзу не преломляясь.

Изменения в ходе лучей, создаваемые линзой, легко выяснить на модели из призм (рис. 30.2). Призмы можно подобрать так, что параллельные лучи, пройдя их, соберутся почти все в одной точке Ф (рис. 30.2, а). Если эти призмы сложить вплотную, то они образуют тело, по форме близкое к выпуклой линзе. Оказывается, выпуклая линза обладает свойством собирать параллельные лучи в одной точке. Поэтому выпуклые линзы называют собирающими.

Модель действия вогнутой линзы изображена на рис. 30.2, б. (Объясните, почему вогнутые линзы называют рассеивающими.) Внутри каждой линзы на главной оптической оси имеется точка 0 (рис. 30.3), которая замечательна тем, что проходящий через нее луч идет после выхода из линзы в том же направлении, что и до линзы. Точку 0 называют оптическим центром линзы.

Плоскости, проведенные через точки А и В, параллельны. Следовательно, луч, проходящий через точку 0, идет в линзе так же, как и в плоскопараллельной пластинке, т. е. смещается параллельно самому себе, не изменяя своего направления. Поскольку это смещение луча тем меньше, чем тоньше пластинка, то в достаточно тонких линзах этим смещением луча можно пренебречь, особенно если луч составляет малый угол в главной оптической осью линзы.

В дальнейшем будем рассматривать только тонкие линзы небольших размеров, в которые попадают лишь лучи, составляющие маленький угол с главной оптической осью линзы. Условные изображения тонких линз показаны на рис. 30.4 (а — собирающая, б — рассеивающая линза). Можно считать, что в тонких линзах луч, который проходит через оптический центр линзы, не преломляется. Всякую прямую, которая проходит через оптический центр линзы 0 (кроме главной оптической оси), называют побочной оптической осью (КМ, К’М’ на рис. 30.5).