Lensa, Cermin, dan Pencitraan

Lensa dan cermin membentuk citra dengan membelokkan atau memantulkan sinar, dengan posisi dan ukuran citra diprediksi oleh persamaan pencitraan paraksial.

Definition

Proses di mana elemen optik konvergen atau divergen memetakan titik-titik suatu objek ke titik-titik citra yang sesuai, dijelaskan dalam aproksimasi paraksial oleh hubungan linear antara jarak objek, jarak citra, panjang fokus, dan perbesaran.

Scope

Topik ini mencakup pembentukan citra oleh lensa tipis dan tebal serta oleh cermin datar dan melengkung dalam rezim paraksial. Ini mencakup persamaan pembuat lensa, persamaan lensa tipis dan cermin yang menghubungkan jarak objek dan citra dengan panjang fokus, perbesaran lateral dan sudut, konvensi tanda untuk objek dan citra nyata dan maya, titik kardinal suatu sistem, dan kombinasi beberapa elemen. Ini memperlakukan pencitraan sebagai pemetaan ideal titik objek ke titik citra sebelum aberasi dipertimbangkan.

Core questions

• Mengingat suatu objek dan lensa atau cermin, di mana citra terbentuk dan seberapa besar ukurannya?
• Bagaimana bentuk dan indeks bias lensa menentukan panjang fokusnya?
• Bagaimana panjang fokus dan jarak beberapa elemen digabungkan menjadi satu sistem?
• Kapan suatu citra bersifat nyata dan terbalik versus maya dan tegak?

Key concepts

• panjang fokus
• persamaan lensa tipis
• persamaan pembuat lensa
• perbesaran lateral
• bidang utama
• citra nyata dan maya
• lensa konvergen dan divergen

Key theories

Persamaan lensa tipis dan cermin

Untuk sinar paraksial, kebalikan dari jarak citra ditambah kebalikan dari jarak objek sama dengan kebalikan dari panjang fokus, dengan panjang fokus ditentukan oleh kelengkungan permukaan dan indeks bias melalui persamaan pembuat lensa.

Titik kardinal dan kombinasi sistem

Sistem optik umum dicirikan oleh titik fokus, utama, dan nodal, memungkinkan urutan lensa dan cermin apa pun diperlakukan sebagai elemen ekuivalen tunggal untuk pencitraan paraksial.

Clinical relevance

Persamaan pencitraan mengatur resep kacamata dan lensa kontak untuk mengoreksi miopia, hiperopia, dan presbiopia, dan mendasari desain sistem objektif dan lensa mata pada mikroskop, teleskop, dan lup bedah.

History

Kombinasi lensa praktis untuk teleskop dirakit oleh Galileo dan Kepler pada awal abad ketujuh belas, tetapi teori pencitraan paraksial yang lengkap, termasuk penggunaan sistematis titik utama dan titik fokus, diberikan oleh Gauss pada tahun 1841, menyediakan kerangka kerja yang masih digunakan dalam desain optik.

Key figures

• Carl Friedrich Gauss
• Johannes Kepler
• Galileo Galilei

Seminal works

• hecht2017
• bornwolf1999

Frequently asked questions

Mengapa citra dari pembesar sederhana tegak sedangkan citra kamera terbalik?

Ketika objek lebih dekat ke lensa konvergen daripada titik fokusnya, citra bersifat maya dan tegak, seperti pada pembesar; ketika objek berada di luar titik fokus, sinar menyatu membentuk citra nyata, terbalik, seperti pada sensor kamera.

Apa yang menentukan panjang fokus lensa?

Panjang fokus bergantung pada kelengkungan kedua permukaan dan seberapa banyak bahan lensa membiaskan cahaya relatif terhadap lingkungannya, sebagaimana dikuantifikasi oleh persamaan pembuat lensa.