Minden nap találkozik lencsékkel. Legyen szó a mobiltelefon kamerájának lencséjéről, a lencsékről a szemüvegről vagy a kontaktlencséről, amelyet tisztán lát, nagyítót, mikroszkópot, teleszkópok vagy valami egészen más, a lencsék fizikája elmagyarázza, hogyan lehet egy egyszerű üvegdarabbal nagyítani, minimalizálni vagy fókuszba helyezni a képeket bármilyen célra.
Lényegében a lencsék a törés révén áthaladó fénysugarak hajlításával működnek, de ez az alapvető pont különböző módon valósítható meg, amelyek a lencsetípustól függően változnak. Szerencsére az ilyen lencsék alapjait könnyű megérteni, ha kicsit többet megtudhat a működésükről.
Mi az a lencse?
A lencse egy átlátszó anyagdarab, amely úgy van kialakítva, hogy a fénysugarak sajátos módon hajlanak meg, ahogy azok haladjon át rajta, függetlenül attól, hogy ez azt jelenti, hogy a sugarak egy adott ponthoz konvergálnak, vagy mintha eltérnének egy adott ponttól pont. A felhasznált anyag lehet egy darab üveg vagy műanyag, és a lencse alakja határozza meg, hogy a fénysugarak konvergálnak-e vagy eltérnek-e. A „lencse” szó a latin „lencse” szóból származik, a konvergáló lencse és a hüvelyesek alakjának hasonlósága miatt.
A lencse által előidézett fénysugarak tényleges hajlítása azért következik be, mert a lencse anyagának más a fénytörési indexe, mint a környező levegőnek. Ezt a viselkedést Snell törés-törvénye írja le, amely a beeső és a megtört fénysugár közötti különböző szöget kapcsolja össze a két anyag törésmutatóival.
Röviden, a törvény azt mondja, hogy ha alacsonyabb törésmutatójú anyagról magasabbra (pl. Levegőről üvegre) megy, akkor a fénysugár a „normális” irányába terelődik. a felületre merőleges irány felé), és hogy az ellenkezője igaz a magasabb fénytörés-indexű anyagból alacsonyabbra haladó fénysugarakra egy.
Definíciók
Az optikában jó néhány egyedi kifejezés használatos, és ezek megértése elengedhetetlen, ha a lencsék fizikáját tanulja.
- A fókuszpont az a pont, ahol a párhuzamos sugarak konvergálnak, amikor áthaladnak egy lencsén.
- A gyújtótávolság A lencse középpontja és a gyújtópont közötti távolság, lényegében meghatározva a lencse „hajlító erejét”.
- A optikai tengely a lencse szimmetriasora.
- A fénysugár a fény útjának közelítése, ahol egyeneseket használunk a fényhullámok (vagy fotonok) mozgásának ábrázolására. Egy tárgy minden pontja minden lehetséges irányban fénysugarat produkál, de általában néhány speciális sugarat választanak a kapott kép helyének meghatározásához.
- An optikai lencse egyetlen darab anyag, amelynek célja a fénysugarak konvergálása (domború lencse) vagy eltérése (konkáv lencse).
- A mindkét oldalán domború lencse egy egyszerű, két domború oldallal rendelkező optikai lencse (amely a lencséhez hasonló alakot eredményez, amely megadta a lencsék nevét), néha domború-domború lencsének hívják, és definíciója szerint pozitív fókusztávolsággal rendelkezik. Nagyítókban, távcsövekben, mikroszkópokban és még az emberi szemben is használják őket.
- A mélységélesség leírja azoknak a távolságoknak a tartományát, amelyeken az objektumok fókuszban vannak, ha lencsén keresztül nézzük, és különösen a fényképészetben szokásos terminológia. Mivel a kamerák fényérzékelői rögzített méretűek, ha a kép némileg nem célzott, de a hibák mennyisége elég kicsi, valójában nem kerül fókuszba. Ez a fókusztartomány a mélységélesség.
- A elsődleges lencse rögzített gyújtótávolságú fényképészeti objektív, szemben a zoom objektívekkel, ahol a gyújtótávolság változtatható. Más esetekben azonban az elsődleges lencse felhasználható a több lencséből álló rendszer elsődleges lencséjére.
Ray diagramok
A sugár diagramok az optika rendkívül hasznos eszközei, és arra használják, hogy megtalálják azt a helyet, ahol egy kép kialakul az objektum és a lencse helye alapján. Ha rajzolunk egy objektumból kiemelkedő kulcsfényt, és kijelöljük az útjukat, amikor áthaladnak a lencsén, akkor a találkozás pontja a kép kialakulásának helye.
Ez a folyamat Snell törés-törvényének felhasználásával végezhető el, de néhány trükk egyszerűsítheti a folyamatot is. Például egy fénysugár, amely áthalad a lencse közepén, egyáltalán alig térül el, és az ütközik az optikai tengelyre merőleges lencse megtörik, hogy áthaladjon a fókuszponton lencse.
Az objektív által létrehozott kép lehet valós vagy virtuális. Valódi kép esetén a fénysugarak összefognak, és képeket alkotnak egy adott helyen, és akkor láthatja ezt a képet, ha képernyőt helyez el erre a helyre. Az emberi szemben és a kamera lencséje mögötti régióban fényérzékeny sejteket vagy anyagokat használnak a kép felvételére.
A virtuális kép különbözik: amikor a sugarak eltérnek a lencsétől, orientációjuk teszi azt néz mint a virtuális kép helyéről érkeztek. Más szavakkal, ha a törött sugarakat hátrafelé követi, de csak egyenes vonalakat követ, akkor mindannyian összefognak a virtuális kép helyén. A fénysugarak azonban fizikailag nem konvergálnak ezen a helyen, és ha képernyőt helyezne el, akkor nem látna képet.
A lencsék típusai és működése
A fényképezőgép lencséje az egyik legismertebb típusú lencse, amellyel naponta találkozik, és ezek jönnek sok különböző típusban, bár mindegyik ugyanazokkal a működési alapelvekkel rendelkezik korábban.
Az elsődleges objektív egy rögzített gyújtótávolságú alaplencse, a zoom objektív pedig változó gyújtótávolsággal rendelkezik, így nem kell fizikailag megváltoztatnia a helyét, hogy valami fókuszba kerüljön. A nagylátószögű lencse egy nagyon kicsi fókusztávolságú lencse, amely drámaian megnöveli a látómezőt, a halszemlencse pedig lényegében a széles látószögű objektív extrém változata.
További példák a teleobjektívek, amelyek fókusztávolsága nagyon hosszú, és amelyek távoli témák rögzítésére szolgálnak távol és makro lencsék, amelyek nagyon közeli távolságra fókuszálnak, és akár életnagyságú, akár nagyított változatokat készítenek tárgyakat.
A lencsék egyéb elterjedt típusai a szemüveglencsék vagy a kontaktlencse, és mindkettő javítja a látásával kapcsolatos problémákat. Ha „rövidlátó” vagy, akkor ez azt jelenti, hogy a szemlencséd képeket hoz létre a fényérzékeny retina előtt a szemedben, ezért divergáló (konkáv) lencsékre van szükséged ahhoz, hogy a képet hátrább mozdítsd.
Ha „távollátó” vagy, a szemedben lévő lencsék a retinádtól távolabbi képet hoznának létre, ezért konvergáló lencsékre van szükséged a probléma kijavításához.
A kontaktlencsék és a szemüvegek is ugyanúgy korrigálják ezt - hozzáadva egy további korrekciós lencsét a hatékonyság érdekében a szem fókusztávolsága megegyezik a retinád távolságával - de vannak különbségek, mert a kontaktlencsék közvetlenül a szemeden ülnek szemek. A kontaktlencsében a lencsének nem kell annyi helyet lefednie (csak akkora kell, hogy legyen, hogy pupillája maximálisan kitáguljon), és ezt kevesebb anyaggal érheti el. A szemüveglencséknél a lencsének sokkal nagyobb területet kell lefednie, és ennek következtében vastagabb.