Her gün lenslerle karşılaşıyorsunuz. İster cep telefonunuzun kamerasındaki lens, ister gözlüğün üzerindeki lensler, ister net görmek için kullandığınız kontakt lensler, büyüteçler, mikroskoplar, teleskoplar veya tamamen başka bir şey, lenslerin fiziği, görüntüleri büyütmek, küçültmek veya odak noktasına getirmek için basit bir cam parçasının nasıl kullanılabileceğini açıklar. herhangi bir amaç.
Esasen lensler, kırılma yoluyla içinden geçen ışık ışınlarını bükerek çalışırlar, ancak bu temel nokta, lens tipine göre değişen farklı şekillerde uygulanabilir. Neyse ki, nasıl çalıştıkları hakkında biraz daha fazla şey öğrendiğinizde bu tür lenslerin temellerini anlamak kolaydır.
Lens Nedir?
Mercek, ışık ışınlarının belirli bir şekilde bükülmesine neden olacak şekilde şekillendirilmiş saydam bir madde parçasıdır. İster ışınların belirli bir noktaya yakınsamasını sağlamak, isterse belirli bir noktadan sanki birbirinden uzaklaşmasını sağlamak anlamına gelsin. nokta. Kullanılan malzeme bir cam veya plastik parçası olabilir ve merceğin şekli, ışık ışınlarının bir araya gelmesine veya uzaklaşmasına neden olup olmayacağını belirler. Mercek kelimesi, yakınsak bir mercek ile baklagil arasındaki şekil benzerliğinden dolayı Latince "mercimek" kelimesinden gelir.
Bir mercek tarafından üretilen ışık ışınlarının gerçek bükülmesi, mercek malzemesinin çevredeki havadan farklı bir kırılma indisine sahip olması nedeniyle oluşur. Bu davranış, gelen ve kırılan ışık ışını arasındaki farklı açıyı iki malzeme için kırılma indisleriyle ilişkilendiren Snell'in kırılma yasası ile tanımlanır.
Kısacası, yasa diyor ki, eğer daha düşük kırılma indeksli bir maddeden daha yüksek bir maddeye (örneğin havadan cama) gidiyorsanız, ışık ışını "normal"e doğru sapar. yüzey (yani, o noktada yüzeye dik yöne doğru) ve daha yüksek kırılma indeksli bir malzemeden daha düşük bir malzemeye giden ışık ışınları için bunun tersi geçerlidir. bir.
Tanımlar
Optikte kullanılan birkaç benzersiz terim vardır ve lenslerin fiziğini çalışıyorsanız bunları anlamak çok önemlidir.
- odak noktası paralel ışınların mercekten geçtikten sonra birleştiği noktadır.
- odak uzaklığı Bir merceğin, merkezinden odak noktasına olan uzaklığıdır ve esasen bir merceğin "bükülme gücünü" tanımlar.
- Optik eksen lens için simetri çizgisidir.
- bir ışık ışını ışık dalgalarının (veya fotonların) hareketini temsil etmek için düz çizgilerin kullanıldığı ışık yolunun bir yaklaşımıdır. Bir nesne üzerindeki her nokta, mümkün olan her yönde ışık ışınları üretir, ancak ortaya çıkan görüntünün konumunu belirlemek için genellikle birkaç özel ışın seçilir.
- bir optik lens ışık ışınlarının yakınsamasına (dışbükey mercek) veya uzaklaşmasına (içbükey mercek) neden olmak için tasarlanmış tek parça bir malzemedir.
- bir bikonveks mercek iki dışbükey kenarı olan (merceklere adını veren mercimek benzeri şekli üreten), bazen dışbükey-dışbükey mercek olarak adlandırılan ve tanım olarak pozitif odak uzaklığına sahip basit bir optik mercektir. Büyüteçlerde, teleskoplarda, mikroskoplarda ve hatta insan gözünde kullanılırlar.
- alan derinliği Objektiften bakıldığında nesnelerin odaklandığı mesafe aralığını tanımlar ve özellikle fotoğrafçılıkta yaygın bir terminolojidir. Kameralardaki ışık sensörleri sabit boyutta olduğundan, görüntü biraz odaklanmamış ancak hata miktarı yeterince küçük, aslında odak dışı olarak kaydedilmeyecek. Bu odak aralığı alan derinliğidir.
- ana mercek odak uzunluğunun değiştirilebildiği zoom lenslerinin aksine, fotoğrafçılıkta sabit odak uzaklığına sahip bir lenstir. Bununla birlikte, diğer bağlamlarda, birincil mercek, birden fazla mercekten oluşan bir sistemdeki birincil mercek anlamında kullanılabilir.
Işın Diyagramları
Işın diyagramları optikte son derece kullanışlı bir araçtır ve nesnenin ve merceğin konumuna göre bir görüntünün oluşturulacağı yeri bulmak için kullanılırlar. Bir nesneden çıkan bir miktar anahtar ışık çizerek ve mercekten geçerken yollarını işaretleyerek, buluştukları nokta görüntünün oluşturulacağı yerdir.
Bu işlem Snell'in kırılma kanunu kullanılarak yapılabilir, ancak birkaç numara da işlemi basitleştirebilir. Örneğin, merceğin merkezinden geçen bir ışın neredeyse hiç sapmıyor ve optik eksene dik olarak merceğe çarparsa, odak noktasından geçmek üzere kırılır. lens.
Lens tarafından üretilen görüntü gerçek veya sanal olabilir. Gerçek bir görüntü için, ışık ışınları belirli bir yerde bir görüntü oluşturmak üzere birleşir ve o konuma bir ekran yerleştirirseniz o görüntüyü görebilirsiniz. İnsan gözünde ve kamera merceğinin arkasındaki bölgede, bu görüntüyü almak için ışığa duyarlı hücreler veya malzemeler kullanılır.
Sanal bir görüntü farklıdır: Işınlar bir mercekten ayrıldığında, yönelimleri onu bak sanal görüntünün konumundan gelmişler gibi. Başka bir deyişle, kırılan ışınları geriye doğru takip ederseniz, ancak yalnızca düz çizgileri takip ederseniz, hepsi sanal görüntünün konumunda birleşir. Ancak ışık ışınları bu konumda fiziksel olarak bir araya gelmez ve oraya bir ekran yerleştirirseniz görüntü göremezsiniz.
Lens Çeşitleri ve Nasıl Çalıştıkları
Bir kamera merceği, günlük olarak karşılaştığınız en tanıdık mercek türlerinden biridir ve bunlar gelir. birçok farklı türde, ancak hepsi ana hatlarıyla belirtilen aynı temel çalışma ilkelerini paylaşıyor Önceden.
Prime lens, sabit odak uzaklığına sahip temel bir lenstir ve zoom lensin değişken odak uzaklığı vardır, bu nedenle odakta bir şey elde etmek için konumunuzu fiziksel olarak değiştirmeniz gerekmez. Geniş açılı mercek, görüş alanını önemli ölçüde artıran çok küçük bir odak uzaklığına sahip bir mercek türüdür ve balık gözü mercek esasen geniş açılı bir merceğin aşırı bir versiyonudur.
Diğer örnekler, çok uzun odak uzunluklarına sahip olan ve uzaktaki nesneleri yakalaması amaçlanan telefoto lenslerdir. uzak ve çok yakın mesafelere odaklanması amaçlanan ve gerçek boyutlu veya büyütülmüş versiyonlarını üreten makro lensler nesneler.
Diğer yaygın lens türleri, gözlük lensleri veya kontakt lenslerdir ve bunların her ikisi de görüşünüzdeki sorunları düzeltmek için çalışır. Eğer "uzağı göremiyorsanız" bu, göz lenslerinizin gözünüzde ışığa duyarlı retinanın önünde görüntüler oluşturduğu anlamına gelir ve bu nedenle görüntüyü daha geriye taşımak için ıraksak (içbükey) lenslere ihtiyacınız vardır.
"Uzak görüşlü"yseniz, gözlerinizdeki lensler retinalarınızdan daha geride bir görüntü oluşturur, bu nedenle bu sorunu düzeltmek için yakınsak lenslere ihtiyacınız vardır.
Hem kontakt lensler hem de gözlükler bunu aynı şekilde düzeltir – etkin hale getirmek için ek bir düzeltici lens ekleyerek. gözünüzün odak uzaklığı retinanıza olan mesafeyle eşleşir - ancak kontakt lensler doğrudan gözünüzün üzerine oturduğundan farklılıklar vardır. gözler. Bir kontakt lenste, lensin o kadar fazla yer kaplamasına gerek yoktur (sadece maksimum genişlemesinde öğrenciniz için yeterince büyük olması gerekir) ve bunu daha az malzeme ile başarabilir. Gözlük camları için merceğin çok daha geniş bir alanı kaplaması gerekir ve sonuç olarak daha kalındır.