Avant les années 1590, des verres simples remontant aussi loin que les Romains et les Vikings permettaient un grossissement limité et des lunettes simples. Zacharias Jansen et son père ont combiné des lentilles à partir de simples loupes pour construire des microscopes et, à partir de là, les microscopes et les télescopes ont changé le monde. Comprendre la distance focale des objectifs était crucial pour combiner leurs pouvoirs.
Types de lentilles
Il existe deux types de lentilles de base: convexes et concaves. Les lentilles convexes sont plus épaisses au milieu que sur les bords et font converger les rayons lumineux vers un point. Les verres concaves sont plus épais sur les bords qu'au milieu et font diverger les rayons lumineux.
Les lentilles convexes et concaves sont disponibles dans différentes configurations. Les lentilles plan-convexes sont plates d'un côté et convexes de l'autre, tandis que les lentilles bi-convexes (également appelées double-convexes) sont convexes des deux côtés. Les verres plan-concaves sont plats d'un côté et concaves de l'autre, tandis que les verres bi-concaves (ou double-concaves) sont concaves des deux côtés.
Une lentille combinée concave et convexe appelée lentilles concavo-convexe est plus communément appelée lentille ménisque positive (convergente). Cette lentille est convexe d'un côté avec une surface concave de l'autre côté, et le rayon du côté concave est supérieur au rayon du côté convexe.
Une lentille combinée convexe et concave appelée lentille convexo-concave est plus communément appelée lentille ménisque négative (divergente). Cette lentille, comme la lentille concavo-convexe, a un côté concave et un côté convexe, mais le rayon sur la surface concave est inférieur au rayon sur le côté convexe.
Distance focale physique
La distance focale d'un objectifFest la distance d'une lentille au foyerF. Les rayons lumineux (d'une fréquence unique) voyageant parallèlement à l'axe optique d'une lentille convexe ou concavo-convexe se rencontreront au point focal.
Une lentille convexe fait converger les rayons parallèles vers un point focal avec une distance focale positive. Comme la lumière traverse l'objectif, les distances d'image positives (et les images réelles) se trouvent du côté opposé de l'objectif à l'objet. L'image sera inversée (à l'envers) par rapport à l'image réelle.
Une lentille concave diverge les rayons parallèles d'un point focal, a une distance focale négative et ne forme que des images virtuelles plus petites. Les distances d'image négatives forment des images virtuelles du même côté de l'objectif que l'objet. L'image sera orientée dans la même direction (côté droit vers le haut) que l'image originale, juste plus petite.
Formule de distance focale
La recherche de la distance focale utilise la formule de la distance focale et nécessite de connaître la distance entre l'objet d'origine et l'objectifvouset la distance de l'objectif à l'imagev. La formule de l'objectif dit que l'inverse de la distance de l'objet plus la distance à l'image est égal à l'inverse de la distance focaleF. L'équation, mathématiquement, s'écrit :
\frac{1}{u}+\frac{1}{v}=\frac{1}{f}
Parfois, l'équation de la distance focale s'écrit :
\frac{1}{o}+\frac{1}{i}=\frac{1}{f}
oùose réfère à la distance de l'objet à la lentille,jese réfère à la distance de l'objectif à l'image etFest la distance focale.
Les distances sont mesurées de l'objet ou de l'image au pôle de l'objectif.
Exemples de distance focale
Pour trouver la distance focale d'un objectif, mesurez les distances et branchez les nombres dans la formule de distance focale. Assurez-vous que toutes les mesures utilisent le même système de mesure.
Exemple 1: La distance mesurée d'un objectif à l'objet est de 20 centimètres et de l'objectif à l'image est de 5 centimètres. Compléter la formule de la distance focale donne :
\frac{1}{20}+\frac{1}{5}=\frac{1}{f} \\ \text{ou}\; \frac{1}{20}+\frac{4}{20}=\frac{5}{20} \\ \text{Réduire la somme donne }\frac{5}{20}=\frac{1} {4}
La focale est donc de 4 centimètres.
Exemple 2: La distance mesurée d'un objectif à l'objet est de 10 centimètres et la distance de l'objectif à l'image est de 5 centimètres. L'équation de la distance focale montre :
\frac{1}{10}+\frac{1}{5}=\frac{1}{f} \\ \text{Then}\; \frac{1}{10}+\frac{2}{10}=\frac{3}{10}
Réduire cela donne :
\frac{3}{10}=\frac{1}{3.33}
La focale de l'objectif est donc de 3,33 centimètres.