Trong quang học, thấu kính là một dụng cụ dùng để tập trung hoặc tập hợp ánh sáng hỗ trợ hiện vật khúc xạ. Bài viết dưới đây sẽ giúp các bạn trả lời câu hỏi: Thấu kính là gì? Các loại thấu kính? Nguyên lý và ứng dụng? Cùng tìm hiểu nhé.
Mục lục bài viết
1. Khái niệm thấu kính là gì?
Trong quang học, thấu kính là một dụng cụ dùng để tập trung hoặc tập hợp ánh sáng hỗ trợ hiện vật khúc xạ. Cấu hình của thấu kính bao gồm các mảnh thủy tinh được tạo hình và chiết xuất tương ứng.
Khái niệm này cũng được mở rộng cho các loại bức xạ điện từ có giới hạn khác, chẳng hạn như thấu kính vi sóng làm bằng chất nến. Công việc sản xuất kính cường lực với ánh sáng sử dụng một kỹ thuật truyền thống được gọi là quang học. Chúng ta có rất nhiều ứng dụng trong đời sống cũng như công việc sản xuất. Ngoài ra, thấu kính vẫn được sử dụng trong máy ảnh và kính thực tế ảo.
2. Các loại thấu kính:
Thấu kính được chia thành các loại cơ bản sau đây:
– Thấu kính hội tụ: Tùy theo hình dạng của thấu kính mà chùm ánh sáng đi qua nó sẽ hội tụ tại một tâm nhất định.
– Thấu kính phân kỳ: loại kính hiển vi này còn được gọi với tên gọi khác là bó kính ngắm dày, chùm tia sáng đi qua kính phân kỳ sẽ bị tách ra. Nếu điều kiện khúc xạ của vật liệu thủy tinh lớn hơn môi trường xung quanh thì thủy tinh sẽ có dạng lồi. Ngược lại, khi dịch chiết thủy tinh nhỏ hơn dịch chiết sản phẩm môi trường thì sản phẩm thủy tinh lồi sẽ là thủy tinh phân kỳ, chẳng hạn như bọt khí trong môi trường nước hoặc các chất trong suốt như thủy tinh.
-Thấu kính lồi: có phần ở giữa dày hơn phần lồi.
Thấu kính lồi: có tâm mờ hơn khuyết điểm, làm phân kỳ chùm tia sáng đi qua nó. Thấu kính lồi được chia thành: lồi – lồi hoặc lõm – lồi.
-Thấu kính mỏng: giữa 2 đỉnh của 2 cầu có khoảng cách rất nhỏ nên bán kính R1 và R2 của 2 cầu. Kính râm có thể là kính cường lực hội tụ hoặc phân kỳ. Đối với loại kính hiển vi này, các phép tính quang học có thể được thực hiện dưới dạng đơn giản.
-Thấu kính hấp dẫn: đây là các loại thấu kính tự nhiên có kích thước lớn.
3. Nguyên lí thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ:
3.1. Thấu kính hội tụ:
Thấu kính hội tụ có màu trong suốt, phần bị mài mòn nhiều hơn phần trung tâm, thường được giới hạn bởi 2 hình cầu. Một trong 2 tấm kính có thể làm được và tấm còn lại là lồi.
a. Đặc điểm của thấu kính hội tụ:
+ Thấu kính hội tụ được làm bằng chất liệu trong suốt, được giới hạn bởi hai mặt cầu (một trong hai mặt có thể là hiện vật). Phần rìa ngoai mỏng nhiều hơn đến phần giữa.
+ Các dạng và ký hiệu của kính hội tụ được thể hiện trên hình:
+ Đặc tính truyền ánh sáng: Chùm tia chiếu vào đường đi với trục chính của thấu kính hội tụ để cụm tia hội tụ tại tiêu điểm của kính ngắm.
b. Trục chính, quang tâm, tiêu điểm, tiêu cự của thấu kính:
+ Thấu kính hội tụ được làm bằng chất liệu trong suốt, được giới hạn bởi hai mặt cầu (một trong hai mặt có thể là vật chất). Phần chú thích của phần mềm được chú ý nhiều hơn ở giữa.
+ Các loại và ký hiệu của kính hội tụ có thể hiển thị trên màn hình:
+ Đặc tính truyền ánh sáng: Chùm tia chiếu vào đường đi với trục chính của kính hội tụ sao cho cụm chùm tia hội tụ tại tiêu điểm của tai nghe.
c. Đường truyền của ba tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ:
+ Khi tia tới đi qua trọng tâm thì tia phản xạ tiếp tục truyền cùng phương với tia tới.
Tia tới song song với trục chính cho tia phản xạ đi qua tiêu điểm.
Khi tia sáng đi qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính.
3.2. Thấu kính phân kỳ:
Tương tự như kính cường lực, kính tiềm vọng cũng là một khối trong suốt (nhựa, thủy tinh,…) được giới hạn bởi 2 mặt lõm hoặc 1 mặt nạ và 1 lớp lót.
Cấu hình thấu kính phân kỳ có các đặc điểm sau:
Phần dày đặc hơn phần trung tâm.
Khi chiếu một chùm tia song song theo hướng vuông góc với hướng của kính thiên văn, chúng ta sẽ có được tia sáng phân kỳ.
a. Tính chất của thấu kính phân kì:
– Quang tâm: (O) là tâm của thấu kính, mọi tia sáng đi qua quang tâm O của thủy tinh đều truyền thẳng.
– Đệm chính: là đường thẳng đi qua tâm O và vuông góc với kính.
– Tiêu điểm: (F,F’) là tiêu điểm của chùm tia sáng truyền qua thủy tinh hoặc phần mở rộng của chúng.
– Tiêu cự: (OF = OF’ = f) là khoảng cách từ quang tâm đến tiêu điểm của thấu kính quang học.
– Tiêu điểm: là mặt vuông góc với trục chính và đi qua tiêu điểm chính.
– Điện dung: (D)
Trong đó: f tính bằng mét (m); D được tính bằng điốt (dp).
* Lưu ý: Tiêu cự và độ tích lũy của kính phân kỳ đều âm (D < 0, f < 0).
Biểu diễn quang tâm, trục chính, tiêu điểm, tiêu cự của phân kỳ (Nguồn: Kỹ thuật)
Đường đi của hai tia sáng đặc biệt qua siêu thấu kính phân tích
– Tia tới đường có trục chính cho tia đi qua tiêu điểm.
– Khi tia sáng đi qua quang tâm thì tia phản xạ tiếp tục truyền thẳng.
b. Tính chất ảnh của vật tạo bởi thấu kính phân kì:
– Phép đo phân kỳ luôn cho ảnh ảo cùng chiều, cùng hướng, nhỏ hơn vật và luôn nằm trong tiêu cự của kính cường lực.
– Trường hợp đặc biệt: Vật liệu thiết lập kính hiển vi siêu hiển vi cho ảo ảnh có vị trí thấu kính bằng tiêu cự.
c. Các công thức liên quan đến thấu kính phân kì:
– Công thức xác định vị trí vật và ảnh:
– Công thức xác định hệ số phóng đại ảnh:
Đối với thấu kính phân kì
4. Hệ thống thấu kính của máy ảnh:
Ống kính là cánh cửa duy nhất cho phép ánh sáng đi vào cảm biến máy ảnh. Tuy nhiên, ánh sáng khi đi qua thấu kính không còn cùng hướng như trước nữa. Hệ thống kính thiên văn được định hướng trước theo một phương pháp đã định trước để nhắm tới mức độ sáng tốt nhất cho camera cảm biến.
Kính cường lực thường là chất liệu nhựa hoặc thủy tinh, về số lượng lớn và phân tích theo từng nhóm khác nhau. Khi đi vào thấu kính, ánh sáng tạo ra một hệ thống thấu kính quang học xếp gần nhau. Thông qua quá trình hội tụ và phân tán, các tia sáng cuối cùng sẽ được tổng hợp và điều chỉnh để hiển thị rõ ràng trên camera cảm biến.
Nếu thấu kính chỉ có một hoặc một số thấu kính hội tụ thì các tia đơn sắc trong quang phổ tới sẽ tạo ra các góc lệch khác nhau so với trục khuỷu của kính thiên văn và chúng cũng không hội tụ trên bề mặt kính thiên văn cùng một lúc. mặt cảm biến. Hình ảnh thu được sẽ có độ sắc nét ở trung tâm, nhưng về cuối nó sẽ bị mất nét và mờ.
Các nhà sản xuất sau đó đã bổ sung thêm thấu kính phân kỳ vào hệ thống này với những tính toán chính xác để giải quyết vấn đề đó. Máy phân tích một pha không tạo ra hình ảnh nhưng khi sử dụng kết hợp với bộ tích lũy sẽ tạo ra một hệ thống định hướng chính xác cho các tia đơn sắc, từ đó các tia sáng tập trung vào kính biến thiên. Bên cạnh đó, hình ảnh không bị mờ, 4 góc ảnh cũng hạn chế chế độ tối. Sự kết hợp này tạo ra hình ảnh chất lượng với màu sắc và chi tiết được phân bố đồng đều, có độ rõ nét cao nhất trên toàn bộ bề mặt hình ảnh.
5. Chất liệu tạo nên thấu kính:
Thấu kính là một dụng cụ quan trọng trong học tập và nghiên cứu, chúng thường được làm từ vật liệu trong suốt, có thể là thủy tinh hoặc nhựa.
– Kính râm – kính râm được làm từ thủy tinh tự nhiên, được phân loại chuyên nghiệp – từng là tiêu chuẩn. Ngày nay chúng ta vẫn đứng vững trong lĩnh vực đo cường độ nhờ khả năng chống chịu đặc biệt. Người tiêu dùng cũng sẽ thích một sản phẩm rẻ tiền hơn các loại nhựa tương thích. Trong trường hợp bệnh nặng, chúng tôi cũng có thể cung cấp sự điều chỉnh cần thiết cho kính viễn vọng tương đối tính – một khía cạnh thẩm mỹ không thể quan sát thường xuyên.
– Nhựa – còn gọi là thủy tinh hữu cơ – ngày nay kính được sử dụng cho tất cả các loại kính và cũng tốt nhất cho kính thể thao và kính trẻ em. Chúng rất nhẹ và thoải mái khi mặc. Chúng tôi cũng có khả năng chống vỡ cao. Về mặt đó, chúng tốt hơn thủy tinh tới 100 lần, tùy thuộc vào loại nhựa được sử dụng.
6. Ứng dụng của thấu kính:
Do tác dụng và lợi ích mà thấy kính đem lại, chúng ta có thể dễ dàng thấy các ứng dụng của thấu kính trong cuộc sống hàng ngày. thấu kính được áp dụng rộng rãi trong nhiều trường hợp:
– Sử dụng vật kính và kính hiển vi, kính thiên văn.
– Sử dụng đối tượng hình ảnh vào camera.
– Dùng làm dụng cụ hỗ trợ cho kính hiển vi.
– Dùng làm kính điều trị cận thị, viễn thị, lão thị.
– Sử dụng bọ trên cửa vào nhà.
– Ứng dụng camera cho robot
