Thấu kính, Gương và Tạo ảnh

Thấu kính và gương tạo ảnh bằng cách bẻ cong hoặc phản xạ tia sáng, với vị trí và kích thước ảnh được dự đoán bằng các phương trình tạo ảnh cận trục.

Definition

Quá trình trong đó các thành phần quang học hội tụ hoặc phân kỳ ánh xạ các điểm của một vật tới các điểm ảnh tương ứng, được mô tả trong xấp xỉ cận trục bằng các mối quan hệ tuyến tính giữa khoảng cách vật, khoảng cách ảnh, tiêu cự và độ phóng đại.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự hình thành ảnh bởi thấu kính mỏng và dày, và bởi gương phẳng và gương cong trong chế độ cận trục. Nó bao gồm phương trình của nhà chế tạo thấu kính, các phương trình thấu kính mỏng và gương liên hệ khoảng cách vật và ảnh với tiêu cự, độ phóng đại ngang và góc, các quy ước dấu cho vật và ảnh thật và ảo, các điểm cơ bản của một hệ thống, và sự kết hợp của nhiều thành phần. Nó coi việc tạo ảnh là sự ánh xạ lý tưởng của các điểm vật tới các điểm ảnh trước khi xem xét các quang sai.

Core questions

• Cho một vật và một thấu kính hoặc gương, ảnh ở đâu và kích thước của nó là bao nhiêu?
• Hình dạng và chiết suất của thấu kính xác định tiêu cự của nó như thế nào?
• Tiêu cự và khoảng cách của một số thành phần kết hợp thành một hệ thống duy nhất như thế nào?
• Khi nào thì ảnh là thật và ngược chiều so với ảnh ảo và cùng chiều?

Key concepts

• tiêu cự
• phương trình thấu kính mỏng
• phương trình của nhà chế tạo thấu kính
• độ phóng đại ngang
• mặt phẳng chính
• ảnh thật và ảnh ảo
• thấu kính hội tụ và phân kỳ

Key theories

Các phương trình thấu kính mỏng và gương

Đối với các tia cận trục, nghịch đảo của khoảng cách ảnh cộng với nghịch đảo của khoảng cách vật bằng nghịch đảo của tiêu cự, với tiêu cự được xác định bởi độ cong bề mặt và chiết suất thông qua phương trình của nhà chế tạo thấu kính.

Các điểm cơ bản và sự kết hợp hệ thống

Một hệ thống quang học tổng quát được đặc trưng bởi các điểm tiêu, điểm chính và điểm nút của nó, cho phép bất kỳ chuỗi thấu kính và gương nào cũng có thể được coi là một thành phần tương đương duy nhất để tạo ảnh cận trục.

Clinical relevance

Các phương trình tạo ảnh chi phối việc kê đơn kính đeo mắt và kính áp tròng để điều chỉnh tật cận thị, viễn thị và lão thị, và chúng là cơ sở cho thiết kế các hệ thống vật kính và thị kính trong kính hiển vi, kính thiên văn và kính lúp phẫu thuật.

History

Các tổ hợp thấu kính thực tế cho kính thiên văn đã được Galileo và Kepler lắp ráp vào đầu thế kỷ XVII, nhưng một lý thuyết cận trục hoàn chỉnh về tạo ảnh, bao gồm việc sử dụng có hệ thống các điểm chính và tiêu điểm, đã được Gauss đưa ra vào năm 1841, cung cấp khuôn khổ vẫn được sử dụng trong thiết kế quang học.

Key figures

• Carl Friedrich Gauss
• Johannes Kepler
• Galileo Galilei

Seminal works

• hecht2017
• bornwolf1999

Frequently asked questions

Tại sao ảnh từ kính lúp đơn giản lại cùng chiều trong khi ảnh máy ảnh lại ngược chiều?

Khi vật ở gần thấu kính hội tụ hơn tiêu điểm của nó, ảnh là ảo và cùng chiều, như trong kính lúp; khi vật ở ngoài tiêu điểm, các tia hội tụ để tạo thành ảnh thật, ngược chiều, như trên cảm biến máy ảnh.

Điều gì xác định tiêu cự của thấu kính?

Tiêu cự phụ thuộc vào độ cong của hai bề mặt và mức độ khúc xạ ánh sáng của vật liệu thấu kính so với môi trường xung quanh, được định lượng bằng phương trình của nhà chế tạo thấu kính.