Soczewka jest to element optyczny ograniczony dwiema powierzchniami sferycznymi lub powierzchnią sferyczną i płaską. Istnieją jednak odstępstwa od tej uproszczonej definicji np.
soczewka cylindryczna stosowana w korekcji astygmatyzmu (niezborności oka, wady która przejawia się zniekształceniem widzianego obrazu).
Równanie soczewki przedstawia się następująco: Ogniskową soczewki cienkiej można wyznaczyć ze wzoru gdzie n oznacza współczynnik załamania materiału soczewki względem otoczenia, a r1 i r2 są promieniami sfer ograniczających soczewkę. Przyjmujemy, że promień sfery jest dodatni dla powierzchni wypukłych i ujemny dla wklęsłych. Dla powierzchni płaskich uważamy, że jest równy nieskończoności, a tym samym 1/r=0.
n=n2/n1
n2 to współczynnik załamania materiału z jakiego wykonano soczewkę, n1 współczynnik załamania ośrodka w jakim znajduje się soczewka (dla powietrza uznaje się, że wynosi 1.
Równanie soczewki możemy przedstawiać również w skróconej formie: gdzie f - ogniskowa, x - odległość przedmiotu, y - odległość obrazu. Należy pamiętać, że jeżeli obraz powstaje po tej samej stronie, gdzie umieszczony jest przedmiot mówimy o obrazie pozornym. W związku z tym odległość y będzie mniejsza od 0, co przy wyliczeniach z tego wzoru należy uwzględnić zapisując przed wartością y minus.
Podobnie jak przy zwierciadłach tutaj również mamy do czynienia z powiększeniem. Wzór na powiększenie przedstawia się następująco: W przypadku soczewek możemy mówić o zdolności skupiającej. Zdolność skupiająca jest odwrotnością ogniskowej:
Jednostką ogniskowej jest dioptria ( [1D]=[1/m] ).
Jeżeli zdolność skupiająca soczewki jest większa od zera to soczewka jest soczewką skupiającą, a w przypadku gdy Z<0 jest to soczewka rozpraszająca. Należy jednak pamiętać, że zdolność skupiająca soczewki zmienia się w zalezności od wsp. załamania ośrodka, w któtrym znajduje się soczewka. Tak więc soczewka, która jest skupiająca w powietrzu może okazać się rozpraszającą w wodzie.
Konstruując obrazy przyjmujemy następujące symbole dla soczewki: skupiającej
rozpraszającej
Rodzaj otrzymanego obrazu w zależności od odległości od soczewki skupiającej.
x
∞
Wiązka promieni równoległych zostaje skupiona w ognisku
> 2f
Obraz rzeczywisty, pomniejszony, odwrócony 2f
Obraz rzeczywisty, naturalnej wielkości, odwrócony f < x < 2f
Obraz rzeczywisty, powiększony, odwrócony f
Promienie z ogniska tworzą po odbiciu od zwierciadła wiązkę równoległa
0 < x < f
Obraz pozorny, powiększony, prosty
< 0
Obraz rzeczywisty pozornego przedmiotu, zmniejszony, prosty
Konstrukcje obrazów w soczewkach skupiających x - położenie przedmiotu
0<x<f
Otrzymaliśmy obraz:
- pozorny;
- prosty,
- powiększony;
x=f
Obraz nie powstanie.
Promienie ani ich przedłużenia
nie przetną się, ponieważ są do
siebie równoległe.
f<x<2f
Obraz jest:
- rzeczywisty;
- odwrócony;
- powiększony;
x=2f
Obraz jest:
- rzeczywisty;
- odwrócony
- tej samej wielkości co
przedmiot
x>2f
Obraz jest:
- rzeczywisty;
- odwrócony;
- pomniejszony;
Soczewki rozpraszające
x
> 0
Obraz pozorny przedmiotu rzeczywistego, zmniejszony, prosty
-f < x < 0
Obraz rzeczywisty przedmiotu pozornego, powiększony, prosty
- f
Wiązka promieni zbieżnych do ogniska po przejściu przez soczewkę staje się równoległa
-2f < x < -f Obraz pozorny przedmiotu pozornego, powiększony, odwrócony
- 2f
Obraz pozorny, odwrócony, wielkości przedmiotu pozornego
< -2f
Obraz pozorny przedmiotu pozornego, zmniejszony, odwrócony
∞
Wiązka promieni równoległych do osi optycznej staje się po przejściu przez soczewkę rozbieżna
W przypadku soczewki rozpraszającej cechy obrazu zawsze są identyczne bez względu na odległość przedmiotu od soczewki.
Cechy obrazu:
- zawsze pozorny; - zawsze prosty,
- zawsze pomniejszony;
OKO
Krótkowzroczność – układ optyczny oka skupia równoległą, wiązkę promieni przed siatkówką.
Nadwzroczność – układ optyczny oka skupia równoległą, wiązkę promieni za siatkówką.