당신은 매일 렌즈를 만납니다. 휴대 전화 카메라의 렌즈, 안경의 렌즈, 선명하게 볼 수있는 콘택트 렌즈, 확대경, 현미경, 렌즈의 물리학은 간단한 유리 조각을 사용하여 이미지를 확대, 최소화 또는 초점을 맞추는 데 어떻게 사용할 수 있는지 설명합니다. 어떤 목적이든.
기본적으로 렌즈는 굴절을 통해 통과하는 광선을 구부려 작동하지만, 이 기본 포인트는 렌즈 유형에 따라 다른 방식으로 구현 될 수 있습니다. 다행히도 이러한 렌즈의 기본 원리는 작동 방식에 대해 조금 더 배우면 이해하기 쉽습니다.
렌즈 란?
렌즈는 광선이 특정 방식으로 구부러 지도록하는 모양의 투명한 재료입니다. 광선을 특정 지점으로 수렴하거나 특정 지점에서 발산하는 것처럼 포인트. 사용되는 재료는 유리 또는 플라스틱 조각 일 수 있으며 렌즈의 모양에 따라 광선이 수렴하거나 발산하는지 여부가 결정됩니다. "렌즈"라는 단어는 수렴 렌즈와 콩과 식물의 모양이 유사하기 때문에 "렌즈 콩"이라는 라틴어에서 유래되었습니다.
렌즈에 의해 생성되는 광선의 실제 굽힘은 렌즈 재료가 주변 공기와 굴절률이 다르기 때문에 발생합니다. 이 동작은 Snell의 굴절 법칙에 의해 설명되며, 이는 입사 광선과 굴절 광선 사이의 각도 차이를 두 재질의 굴절 지수와 관련시킵니다.
요컨대, 법에 따르면 굴절률이 낮은 물질에서 더 높은 물질로 (예: 공기에서 유리로) 이동하면 광선이 표면 (즉, 해당 지점에서 표면에 수직 인 방향으로)과 반대로 굴절률이 높은 재료에서 낮은 재료로가는 광선의 경우 반대입니다. 하나.
정의
광학에 사용되는 고유 한 용어가 상당히 많으며 렌즈의 물리학을 연구하는 경우 이러한 용어를 이해하는 것이 중요합니다.
- 그만큼 초점 렌즈를 통과 한 후 평행 광선이 수렴하는 지점입니다.
- 그만큼 초점 거리 렌즈의 중심에서 초점까지의 거리로 렌즈의 "굴곡 력"을 기본적으로 정의합니다.
- 그만큼 광축 렌즈의 대칭 선입니다.
- ㅏ 광선 광파 (또는 광자)의 움직임을 나타내는 데 직선이 사용되는 광 경로의 근사치입니다. 물체의 모든 점은 가능한 모든 방향으로 광선을 생성하지만 일반적으로 결과 이미지의 위치를 결정하기 위해 몇 가지 특정 광선이 선택됩니다.
- 안 광학 렌즈 광선을 수렴 (볼록 렌즈)하거나 발산 (오목 렌즈)하도록 설계된 단일 재료입니다.
- ㅏ 양면 볼록 렌즈 두 개의 볼록면 (렌즈에 이름을 부여한 렌즈 콩 모양을 만들어 냄)을 가진 단순한 광학 렌즈로, 때때로 볼록-볼록 렌즈라고 불리며 정의상 양의 초점 거리를가집니다. 돋보기, 망원경, 현미경, 심지어 사람의 눈에도 사용됩니다.
- 그만큼 피사계 심도 렌즈를 통해 볼 때 물체가 초점을 맞추는 거리의 범위를 나타내며 특히 사진에서 일반적인 용어입니다. 카메라의 광 센서는 고정 된 크기이므로 이미지가 약간 초점이 맞지 않지만 오류의 양이 충분히 적 으면 실제로 초점이 맞지 않는 것으로 등록되지 않습니다. 이 초점 범위는 피사계 심도입니다.
- 그만큼 프라임 렌즈 초점 거리를 변경할 수있는 줌 렌즈와 달리 초점 거리가 고정 된 사진에 사용되는 렌즈입니다. 그러나 다른 맥락에서 프라임 렌즈는 여러 렌즈로 구성된 시스템에서 기본 렌즈를 의미하는 데 사용될 수 있습니다.
레이 다이어그램
광선 다이어그램은 광학 분야에서 매우 유용한 도구이며 물체와 렌즈의 위치를 기반으로 이미지가 형성 될 위치를 찾는 데 사용됩니다. 물체에서 나오는 주요 빛을 그려 렌즈를 통과 할 때 경로를 표시함으로써 만나는 지점은 이미지가 형성되는 지점입니다.
이 프로세스는 Snell의 굴절 법칙을 사용하여 수행 할 수 있지만 몇 가지 트릭도 프로세스를 단순화 할 수 있습니다. 예를 들어, 렌즈 중앙을 통과하는 광선은 거의 굴절되지 않고 광학 축에 수직 인 렌즈를 때리고 굴절을 통해 초점을 통과합니다. 렌즈.
렌즈로 생성 된 이미지는 실제 또는 가상 일 수 있습니다. 실제 이미지의 경우 광선이 수렴하여 특정 위치에 이미지를 형성하며 해당 위치에 화면을 배치하면 해당 이미지를 볼 수 있습니다. 사람의 눈과 카메라 렌즈 뒤에있는 영역에서는이 이미지를 포착하기 위해 감광성 세포 또는 물질이 사용됩니다.
가상 이미지는 다릅니다. 광선이 렌즈에서 발산하면 방향이 보기 가상 이미지의 위치에서 가져온 것처럼. 즉, 굴절 된 광선을 뒤쪽으로 따르지만 직선 만 따라 가면 모두 가상 이미지 위치에서 수렴됩니다. 그러나 광선은이 위치에서 물리적으로 수렴되지 않으며 여기에 화면을 배치하면 이미지가 표시되지 않습니다.
렌즈 유형 및 작동 방식
카메라 렌즈는 일상적으로 접하는 가장 친숙한 유형의 렌즈 중 하나입니다. 여러 유형에서 설명 된 동일한 기본 작동 원리를 공유하지만 이전에.
프라임 렌즈는 초점 거리가 고정 된 기본 렌즈이고 줌 렌즈는 초점 거리가 가변적이므로 초점을 맞추기 위해 물리적으로 위치를 변경할 필요가 없습니다. 광각 렌즈는 초점 거리가 매우 짧아 시야를 극적으로 증가시키는 렌즈 유형이며 어안 렌즈는 본질적으로 광각 렌즈의 극단적 버전입니다.
다른 예로는 초점 거리가 매우 길고 멀리있는 피사체를 포착하기위한 망원 렌즈가 있습니다. 매우 가까운 거리에서 초점을 맞추고 실물 크기 또는 확대 버전을 생성하는 매크로 렌즈 사물.
다른 일반적인 유형의 렌즈는 안경 렌즈 또는 콘택트 렌즈이며이 두 가지 모두 시력 문제를 해결하는 데 사용됩니다. "근시"인 경우 이는 눈 렌즈가 눈의 빛에 민감한 망막 앞에 이미지를 생성하므로 이미지를 더 뒤로 이동하려면 발산 (오목한) 렌즈가 필요하다는 의미입니다.
"원시"라면 눈의 렌즈가 망막보다 더 뒤쪽에있는 이미지를 생성하므로이 문제를 해결하려면 수렴 렌즈가 필요합니다.
콘택트 렌즈와 안경 모두 동일한 방식으로이를 수정합니다. 눈의 초점 거리는 망막까지의 거리와 일치합니다.하지만 콘택트 렌즈가 사용자의 눈. 콘택트 렌즈에서 렌즈는 그다지 많은 공간을 차지할 필요가 없으며 (동공이 최대 팽창시 충분히 커야 함) 더 적은 재료로이를 달성 할 수 있습니다. 안경 렌즈의 경우 렌즈가 훨씬 더 넓은 영역을 커버해야하므로 결과적으로 두꺼워집니다.