Läätsesid kohtate iga päev. Ükskõik, kas see on teie mobiiltelefoni kaamera objektiiv, prillide läätsed või kontaktläätsed, mida selgelt kasutate, suurendusklaasid, mikroskoobid, teleskoobid või midagi muud, selgitab läätsede füüsika, kuidas lihtsa klaasitüki abil saab pilte suurendada, minimeerida või fookusesse mis tahes eesmärgil.
Põhimõtteliselt töötavad läätsed neid murdumise kaudu läbivate valguskiirte painutamise teel, kuid seda põhipunkti saab rakendada erineval viisil, mis varieerub vastavalt läätse tüübile. Õnneks on selliste läätsede põhitõdesid hõlpsasti mõistetav, kui saate nende toimimise kohta veidi rohkem teada.
Mis on objektiiv?
Lääts on läbipaistvast materjalist tükk, mis on kujundatud nii, et valguskiired painduvad teatud viisil läbida see, kas see tähendab kiirte koondumist konkreetsesse punkti või eraldumist justkui konkreetsest punkt. Kasutatav materjal võib olla klaasist või plastikust tükk ning läätse kuju määrab, kas see põhjustab valguskiirte lähenemist või lahknemist. Sõna “lääts” tuleneb ladinakeelsest sõnast “lääts”, mis tuleneb läheneva läätse ja kaunvilja kuju sarnasusest.
Läätse tekitatud valguskiirte tegelik paindumine toimub seetõttu, et läätse materjalil on ümbritsevast õhust erinev murdumisnäitaja. Seda käitumist kirjeldab Snelli murdumise seadus, mis seob langeva ja murdunud valguskiire erineva nurga all kahe materjali murdumisnäitajad.
Lühidalt öeldes ütleb seadus, et kui lähete madalama murdumisnäitajaga ainelt kõrgemale (nt õhult klaasile), siis valguskiir suunatakse „normaalse“ suunas pinnale (s.t. selles suunas pinnaga risti asetseva suuna suunas) ja et valguskiirte puhul, mis lähevad kõrgemast murdumisnäitaja materjalist madalamale, on vastupidi üks.
Mõisted
Optikas kasutatakse üsna palju ainulaadseid termineid ja nende mõistmine on ülioluline, kui uurite läätsede füüsikat.
- The fookuspunkt on punkt, kus paralleelsed kiired pärast läätse läbimist koonduvad.
- The fookuskaugus objektiiv on kaugus selle keskmest fookuspunktini, määratledes põhiliselt läätse “paindejõu”.
- The optiline telg on objektiivi sümmeetriajoon.
- A valguskiir on valgusraja lähend, kus sirgeid jooni kasutatakse valguslainete (või footonite) liikumise kujutamiseks. Objekti iga punkt tekitab valguskiiri igas võimalikus suunas, kuid tavaliselt valitakse saadud pildi asukoha määramiseks mõni konkreetne kiir.
- An optiline lääts on üks materjalitükk, mis on mõeldud valguskiirte lähenemiseks (kumer lääts) või eraldumiseks (nõgus lääts).
- A kaksikkumer lääts on lihtne kahe kumera küljega optiline lääts (mis annab läätsetaolise kuju, mis andis läätsedele nende nime), mida mõnikord nimetatakse kumeraks-kumeraks läätseks ja millel on definitsiooni järgi positiivne fookuskaugus. Neid kasutatakse suurendusklaasides, teleskoopides, mikroskoobides ja isegi inimese silmas.
- The teravussügavus kirjeldab kaugusi, millel objektid on läbi objektiivi fookuses, ja on eriti levinud terminoloogia fotograafias. Kuna kaamerate valgusandurid on kindla suurusega, siis kui pilt on kergelt keskendumata, kuid vea hulk on piisavalt väike, ei registreerita seda tegelikult fookuseta. See fookusala on teravussügavus.
- The peamine objektiiv on fikseeritud fookuskaugusega objektiiv, mida kasutatakse fotograafias, erinevalt suumobjektiividest, kus fookuskaugust saab muuta. Teistes kontekstides võib peamist objektiivi kasutada primaarse läätse tähendamiseks mitmest läätsest koosnevas süsteemis.
Ray-skeemid
Kiirdiagrammid on optikas ülimalt kasulik tööriist ja neid kasutatakse objekti ja objektiivi asukoha põhjal pildi moodustamise koha leidmiseks. Joonistades objektist väljuva võtmetule ja märgistades nende tee, kui nad objektiivi läbivad, moodustub koht, kus nad kohtuvad, pilt.
Seda protsessi saab teha Snelli murdumisseaduse abil, kuid ka mõned trikid võivad protsessi lihtsustada. Näiteks läätse keskpunkti läbiv kiir on üldse vaevu paindunud ja üks lööb objektiivi risti optilise teljega, murdub läbima fookuspunkti objektiiv.
Objektiivi poolt toodetud pilt võib olla reaalne või virtuaalne. Pärispildi puhul lähevad valguskiired kokku, moodustades pildi kindlas kohas ja seda pilti näete, kui panete sellesse kohta ekraani. Inimese silmas ja kaamera objektiivi taga asuvas piirkonnas kasutatakse selle pildi ülesvõtmiseks valgustundlikke rakke või materjale.
Virtuaalne pilt on erinev: kui kiired lähevad objektiivist lahku, muudab nende orientatsioon selle vaata nagu nad tulid virtuaalse pildi asukohast. Teisisõnu, kui järgite murdunud kiirte tahapoole, kuid järgite ainult sirgjooni, lähenduvad need kõik virtuaalse pildi asukohta. Valguskiired aga selles kohas füüsiliselt ei koondu ja kui panete sinna ekraani, ei näe te pilti.
Läätsede tüübid ja nende tööpõhimõte
Kaamera objektiiv on üks tuttavamaid objektiivide tüüpe, millega igapäevaselt kokku puutute, ja neid ka tuleb paljudes eri tüüpides, ehkki neil kõigil on samad visandatud tööpõhimõtted varem.
Põhilääts on fikseeritud fookuskaugusega põhilääts ja suumobjektiivil on muutuv fookuskaugus, nii et fookuse saamiseks ei pea te oma asukohta füüsiliselt muutma. Lainurkobjektiiv on väga väikese fookuskaugusega objektiiv, mis suurendab vaatevälja dramaatiliselt, ja kalasilmobjektiiv on sisuliselt lainurkobjektiivi äärmuslik versioon.
Teised näited on teleobjektiivid, millel on väga pikk fookuskaugus ja mis on ette nähtud kaugete objektide jäädvustamiseks kaugusel ja makroobjektiivid, mis on mõeldud fokuseerimiseks väga lähedalt ja toodavad kas elusuuruses või suurendatud versioone objektid.
Muud levinud läätsetüübid on prilliklaasid või kontaktläätsed ning mõlemad töötavad teie nägemisega seotud probleemide lahendamiseks. Kui olete "lühinägelik", tähendab see, et teie silmaläätsed loovad teie silmale valgustundliku võrkkesta ees pilte ja seega vajate pildi kaugemale tagasi liikumiseks lahknevaid (nõgusaid) läätsesid.
Kui olete "kaugnägelik", toovad teie silmis olevad läätsed võrkkestast kaugemale jääva pildi, nii et selle probleemi lahendamiseks vajate lähenevaid läätsesid.
Nii kontaktläätsed kui ka prillid parandavad seda samal viisil - lisades efekti saavutamiseks täiendava korrigeeriva läätse silma fookuskaugus vastab võrkkesta kaugusele - kuid on erinevusi, kuna kontaktläätsed istuvad otse sinu peal silmad. Kontaktläätses ei pea objektiiv katma nii palju ruumi (see peab olema piisavalt suur, et teie õpilane oleks maksimaalselt laienenud) ja saab selle saavutada väiksema materjaliga. Prilliklaaside puhul peab lääts katma palju suurema ala ja seetõttu on see paksem.