Comprendere la geometria delle lenti ottiche

Quando i progettisti ottici parlano di lenti ottiche, si riferiscono a un singolo elemento lenticolare o a un gruppo di elementi lenticolari (Figura 1). Esempi di lenti monolitiche includono lenti piano-convesse (PCX), lenti doppio-convesse (DCX), lenti asferiche, ecc. Esempi di componenti sono lenti telecentriche per immagini, obiettivi con correzione all'infinito, espanditori di fascio, ecc. Ogni combinazione consiste in una serie di elementi lenticolari, ciascuno con una geometria specifica che controlla la luce in modo proprio.

Figura 1: Lente piano-convessa (singolo elemento a sinistra) e lente telecentrica per immagini (combinazione di elementi a destra)

Legge di rifrazione di Snell

Prima di approfondire ciascun tipo di geometria della lente, considera come le lenti ottiche pieghino la luce utilizzando le proprietà di rifrazione. La rifrazione è il modo in cui la luce si devia di una certa quantità quando entra o esce da un mezzo. La deviazione è una funzione dell'indice di rifrazione del mezzo e dell'Angolo della luce rispetto alla normale della superficie. Questa proprietà è governata dalla legge di rifrazione di Snell (equazione 1), dove n1 è l'indice di rifrazione del mezzo incidente, θ1 è l'Angolo della luce incidente, n2 è l'indice del mezzo rifrattivo, e θ2 è l'Angolo della luce rifratta. La legge di Snell descrive la relazione tra l'Angolo di incidenza e l'Angolo di trasmissione della luce mentre viaggia attraverso vari mezzi (Figura 2).

Legge di rifrazione di Snell

Prima di approfondire ciascun tipo di geometria della lente, considera come le lenti ottiche pieghino la luce utilizzando le proprietà di rifrazione. La rifrazione è il modo in cui la luce si devia di una certa quantità quando entra o esce da un mezzo. La deviazione è una funzione dell'indice di rifrazione del mezzo e dell'Angolo della luce rispetto alla normale della superficie. Questa proprietà è governata dalla legge di rifrazione di Snell (equazione 1), dove n1 è l'indice di rifrazione del mezzo incidente, θ1 è l'Angolo della luce incidente, n2 è l'indice del mezzo rifrattivo, e θ2 è l'Angolo della luce rifratta. La legge di Snell descrive la relazione tra l'Angolo di incidenza e l'Angolo di trasmissione della luce mentre viaggia attraverso vari mezzi (Figura 2).

Figura 2: Legge di rifrazione di Snell