Optikas me nimetame läätseks läbipaistvat keha, mille pindadeks on kõverpinnad. Meie käsitleme ainult sfäärilisi läätsi, mille korral pindadeks on kahe kerapinna osad. Tavaliselt kasutatakse läätsesid, mille pindade raadiused on võrdsed, st (J.4.11).
Tuletame lühidalt meelde olulisemad aspektid põhikoolis läätsede kohta õpitust.
Sirget, mis läbib nende kerade keskpunkte, nimetatakse läätse optiliseks peateljeks. Kõik teised sirged, mis läbivad läätse keskpunkti, on optilised teljed.
Läätsi liigitatakse kumer- ja nõgusläätsedeks. Kumerläätsed on keskelt paksemad kui äärest. Nõgusläätsed on keskelt õhemad kui äärest. Nõgusläätsest läbi minnes valguskiired hajuvad, sellepärast nimetatakse selliseid läätsi ka hajutavateks läätsedeks.
Kumerläätsele langevad optilise peateljega paralleelsed kiired lõikuvad pärast läätse läbimist punktis, mida nimetatakse läätse fookuseks (J.4.12, a). Nõgusläätse korral aga hajuvad läätsele langevad paralleelsed kiired nii, et nende pikendused lõikuvad ühes punktis, mida nimetatakse läätse näivaks fookuseks (J.4.12), b).
Fookusi läbivaid tasandeid, mis on risti optilise peateljega, nimetatakse fokaaltasanditeks.
|
|
|---|---|
| J.4.12 Valguskiirte käik: a) kumerläätses, b) nõgusläätses. | J.4.13 Läätsele kaldu langeva paralleelsete kiirte kimbu läbiminek: a) kumerläätsest, b)nõgusläätsest. |
Mis juhtub aga siis, kui läätsele langeb paralleelsete kiirte kimp, mis ei ole paralleelne optilise peateljega? Kumerläätse korral see kiirtekimp koondub fokaaltasandi punktis, mis on määratud läätse keskpunkti läbiva kiirega. Nõgusläätse korral selline kiirtekimp hajub nii, et kiirte pikendused lõikuvad fokaaltasandi punktis, mis on samuti määratud läätse keskpunkti läbiva kiirega (J.4.13).
Igal läätsel on kaks fookust või näivat fookust, mille kaugused läätse keskpunktist on võrdsed. Seda kinnitab ka kiirte pööratavuse printsiip, mille kohaselt kiirte käik läbi optilise süsteemi ei olene sellest, kas kiired liiguvad läbi läätse näiteks vasakult paremale või paremalt vasakule.
Fookuse või näiva fookuse kaugust läätse keskpunktist nimetatakse fookuskauguseks.
Fookuskauguse pöördväärtust nimetatakse läätse optiliseks tugevuseks , st
Läätse optilist tugevust mõõdetakse dioptriates(dptr), kusjuures 1 dioptria on sellise läätse optiline tugevus, mille fookuskaugus on 1 m. Kumerläätsede optilist tugevust loetakse positiivseks, nõgusläätsede oma negatiivseks.
Mida suurem on läätse optiline tugevus, seda rohkem lääts koondab või hajutab kiiri. Prilliklaaside tugevust kirjeldav arv pole midagi muud kui kasutatava läätse optiline tugevus dioptriates. Kui kellelgi on prillid –2,5, siis see arv ütleb meile, et tema prillides on nõgusläätsed, mille fookuskaugus on . Kumerläätsega saab esemest kujutist ekraanile tekitada, nõgusläätsega ei saa. Aga kui läbi nõgusläätse eset vaadata, siis me näeme seda.
Kujutist, mida on võimalik tekitada ekraanile, nimetatakse tõeliseks kujutiseks. Kujutist, mida me silmaga näeme, aga ekraanile tekitada ei saa, nimetatakse näivaks kujutiseks.
Tõeliste ja näivate kujutiste asukohti on võimalik leida graafiliselt, st joonise abil.
Kumerlääts koondab valguskiiri. Kujutise asukoha leidmiseks ehk kujutise konstrueerimiseks kasutatakse esemest väljuvatest kiirtest vähemalt kahte järgmisest kolmest (J.4.14):
- optilise teljega paralleelset kiirt, mis pärast läätse läbimist läheb läbi fookuse;
- fookust läbivat kiirt, mis pärast läätse läbimist on optilise teljega paralleelne;
- läätse keskpunkti O läbivat kiirt, mis pärast läätse läbimist suunda ei muuda.
|
|
|---|---|
| J.4.14 Kujutise konstrueerimine kumerläätse korral. AB – ese, A1B1 – selle kujutis. | Tõelise kujutise tekitamine ekraanile ja silma võrrkestale koondava ja hajutava läätse abil. |
Kuidas leida aga optilisel peateljel oleva punkti kujutise asukohta? Kujutise konstrueerimisel seda ei tehta. Eeldatakse, et kui ese asub risti optilise peateljega, siis on ka eseme kujutis risti optilise peateljega. Ja nii on ka õige. Aga mida teha siis, kui esemeks ongi punkt optilisel teljel?
Vaatleme, kuidas toimub sellise punkti kujutise leidmine kumerläätse korral (J.4.15). Sel juhul võtame etteantud punktist mingi suvalise läätse poole suunduva kiire, näiteks AC, ja joonistame sellele kiirele paralleelse kiire, mis langeb läätse keskpunkti O. Nüüd on meil kahekiireline paralleelne kiirtekimp, mis langeb läätsele kaldu. Selline kimp koondub fokaaltasandi punktis D. Järelikult sellest punktist läheb läbi ka punktist A väljunud ja läätsele punktis C langenud kiir.
Kujutise asukoha leidmiseks on vaja teada kahe esemest väljunud kiire lõikepunkti teisel pool läätse. Valime teiseks kiireks piki optilist peatelge liikuva kiire AO, mis läbib läätse keskpunkti. See kiir läätse läbimisel oma levimissuunda ei muuda ja levib ikka piki optilist peatelge.
Nii saamegi kujutise asukohaks punkti A1.
Nõguslääts hajutab valguskiiri. Kujutise konstrueerimiseks kasutatakse esemest väljuvatest kiirtest vähemalt kahte järgmisest kolmest (J.4.16):
- optilise peateljega paralleelset kiirt, mis pärast läätse läbimist läheb edasi nii, et selle pikendus läheb läbi näiva fookuse;
- tagumisse näivasse fookusse F1 suunatud kiirt, mis pärast läätse läbimist on optilise teljega paralleelne;
- läätse keskpunkti O läbivat kiirt, mis pärast läätse läbimist suunda ei muuda.