Κατανοήστε τη γεωμετρία των οπτικών φακών

Όταν οι σχεδιαστές οπτικών μιλούν για οπτικούς φακούς, αναφέρονται σε ένα μόνο στοιχείο φακού ή μια ομάδα στοιχείων φακού (Εικόνα 1). Παραδείγματα μονολιθικών φακών περιλαμβάνουν επίπεδους κυρτούς (PCX), φακούς διπλά κυρτούς (DCX), ασφαιρικούς φακούς κ.λπ. Παραδείγματα εξαρτημάτων είναι τηλεκεντρικοί φακοί απεικόνισης, στόχοι διόρθωσης απείρου, επεκτάσεις δέσμης κ.λπ. Κάθε συνδυασμός αποτελείται από μια σειρά από στοιχεία φακού, το καθένα με συγκεκριμένη γεωμετρία φακού που ελέγχει το φως με τον δικό του τρόπο.

Εικόνα 1: Επίπεδος κυρτός φακός (μονό στοιχείο στα αριστερά) και τηλεκεντρικός φακός απεικόνισης (συνδυασμός στοιχείων στα δεξιά)

Ο νόμος της διάθλασης του Snell

Πριν εμβαθύνετε σε κάθε τύπο γεωμετρίας φακού, σκεφτείτε πώς οι οπτικοί φακοί κάμπτουν το φως χρησιμοποιώντας ιδιότητες διάθλασης. Η διάθλαση είναι ο τρόπος με τον οποίο το φως αποκλίνει από μια ορισμένη ποσότητα καθώς εισέρχεται ή εξέρχεται από ένα μέσο. Η απόκλιση είναι συνάρτηση του δείκτη διάθλασης του μέσου και της γωνίας φωτός ως προς την κανονική επιφάνεια. Αυτή η ιδιότητα διέπεται από τον νόμο διάθλασης του Snell (εξίσωση 1), όπου n1 είναι ο δείκτης διάθλασης του προσπίπτοντος μέσου, θ1 είναι η γωνία του προσπίπτοντος φωτός, n2 είναι ο δείκτης του μέσου διάθλασης και θ2 είναι η γωνία της διάθλασης φως. Ο νόμος του Snell περιγράφει τη σχέση μεταξύ της γωνίας πρόσπτωσης και της γωνίας μετάδοσης του φωτός καθώς ταξιδεύει μέσα από μια ποικιλία μέσων (Εικόνα 2).

Ο νόμος της διάθλασης του Snell

Πριν εμβαθύνετε σε κάθε τύπο γεωμετρίας φακού, σκεφτείτε πώς οι οπτικοί φακοί κάμπτουν το φως χρησιμοποιώντας ιδιότητες διάθλασης. Η διάθλαση είναι ο τρόπος με τον οποίο το φως αποκλίνει από μια ορισμένη ποσότητα καθώς εισέρχεται ή εξέρχεται από ένα μέσο. Η απόκλιση είναι συνάρτηση του δείκτη διάθλασης του μέσου και της γωνίας φωτός ως προς την κανονική επιφάνεια. Αυτή η ιδιότητα διέπεται από τον νόμο διάθλασης του Snell (εξίσωση 1), όπου n1 είναι ο δείκτης διάθλασης του προσπίπτοντος μέσου, θ1 είναι η γωνία του προσπίπτοντος φωτός, n2 είναι ο δείκτης του μέσου διάθλασης και θ2 είναι η γωνία της διάθλασης φως. Ο νόμος του Snell περιγράφει τη σχέση μεταξύ της γωνίας πρόσπτωσης και της γωνίας μετάδοσης του φωτός καθώς ταξιδεύει μέσα από μια ποικιλία μέσων (Εικόνα 2).

Εικόνα 2: Νόμος διάθλασης του Snell