روش کار لنزها

میکروسکوپهای ما اجازه می دهد تا ما در داخل جهان های نامرئی همسو با یکدیگر ببینیم که چشمان ما هرگز نمی توانند ببینند، تلسکوپ ما را به دور از زمین به ستارگان و سیارات آسمان شب می برد، پروژکتورهای فیلم پرتاب های عظیم بر روی صفحه نمایش ها، و فانوس ها پرتوهای نور را به دور از اقیانوس پرتاب می کند . منحنی های شگفت انگیز از شیشه یا پلاستیک لنزهای نامیده می شود که همه این موارد را ممکن می سازد. نگاهی دقیق تر به آنچه که دارند و چگونه کار می کنند!

عکس: لنزها در چراغهای جلو این خودرو، نور را به سمت جاده متمرکز می کنند تا بتوانید ببینید که کجا بروید. برخی از چراغ های خودرو از لنزهای Fresnel استفاده می کنند تا پرتوهای قدرتمند را درست کنند مانند فانوس دریایی!

لنزها چه هستند؟

یک لنز یک قطعه شفاف شیشه یا پلاستیکی با حداقل یک سطح منحنی است. نام آن از کلمه لاتین برای “عدس” (نوعی پالس مورد استفاده در آشپزی استفاده می شود) نامیده می شود، اما اجازه ندهید که شما را اشتباه بگیرد. دلیل دیگری برای این دیگر وجود ندارد که شایعترین نوع لنز (به نام لنز محدب) به نظر بسیار شبیه عدس است!

عکس: عدس ها نام آنها را به لنزها داد. لنزهای قهوه ای در وسط مثل عدس ها برداشته می شوند، در حالی که لنزهای مخروطی “غار” را در وسط و در لبه ها قرار می دهند.

لنزها چگونه کار می کنند؟

لنز با انعکاس کار می کند: اشعه های نور را خم می کند، زیرا از طریق آن عبور می کنند تا مسیر را تغییر دهند. (شما می توانید یک توضیح کامل از این که چرا در مقاله ما در نور اتفاق می افتد را بخوانید). به این معنی که پرتوها به نظر می رسد از نقطه ای نزدیک تر یا دورتر از جایی که آنها در واقع از آن می آیند – و این چیزی است که باعث می شود اشیاء دیده می شود از طریق یک لنز به نظر می رسد بزرگتر یا کوچکتر از آنها واقعا هستند

انواع لنزها

دو نوع اصلی از لنزهای شناخته شده به صورت محدب (یا همگرایی) و مقعر (و یا واگرایی) وجود دارد.

لنزهای محدب

در یک لنز محدب (گاهی اوقات لنز مثبت نامیده می شود)، سطوح شیشه (یا پلاستیکی) بر روی بیرون در مرکز قرار می دهد و به شکل شبیه به عدسی کلاسیک می افزاید. لنز محدب نیز یک لنز همگرا نامیده می شود زیرا باعث می شود که اشعه های موازی نور از طریق آن خم شوند و به نقطه ای نزدیکتر از لنز شناخته شده به عنوان نقطه کانونی می رسند .

عکس: یک لنز محدب باعث می شود که نورهای موازی هماهنگ شوند (در کنار یکدیگر) در نقطه کانونی یا تمرکز. فاصله کانونی از لنز تا نقطه کانونی فاصله کانونی لنز است. نقطه کانونی در طرف مقابل لنز است که از آن منشاء اشعه های نور است.

لنزهای محدب در مواردی مانند تلسکوپ و دوربین های دوزبانه استفاده می شود تا اشعه های نور دور را به چشم شما متمرکز کند.

لنزهای خفیف

یک لنز مقعر دقیقا مخالف با سطوح بیرونی انحنای درون است، بنابراین منجر به تابش نورهای موازی به سمت خارج یا انحراف می شود. به همین دلیل لنزهای انقباضی گاهی اوقات لنزهای متمایز نامیده می شود. (یکی از راه های آسان برای یادآوری تفاوت بین لنزهای محوری و فشرده این است که فکر کنید لنزهای کنونی در حال حرکت به داخل است.)

عکس: یک لنز انقباضی باعث می شود که اشعه های موازی نور از هم جدا شوند (به طوری که آنها از یک نقطه در پشت لنز، نقطه کانونی است). فاصله از مرکز لنز تا نقطه کانونی، دوباره فاصله کانونی لنز است. با این حال، در این مورد، از آنجا که اشعه های نور واقعا از اینجا نمی آیند، ما آن را یک نقطه کانونی مجازی می نامیم.

لنزهای مختلط در مواردی مانند پروژکتورهای تلویزیونی استفاده می شود تا اشعه های نور را از راه دور پخش کنند. در یک چراغ قوه، این کار را با یک آینه آسان تر می کند، که معمولا وزن آن بسیار کمتر از یک لنز است و برای ساختن آن نیز ارزان تر است.

لنزهای متحرک

این لنز ها امکان ایجاد لنز های محدب و مقعر را دارند که رفتار پیچیده تر را انجام می دهند. یک لنز که از دو یا چند لنز ساده تر استفاده می کند، یک لنز ترکیبی نامیده می شود.

چقدر قدرت یک لنز را اندازه گیری می کنید؟

اگر تا به حال از میان دوچشمی ، یک تلسکوپ یا یک ذره بین نگاه کنید، می دانید که برخی از لنزها بزرگتر از اندازه دیگر (و یا کاهش) اندازه ظاهری یک جسم هستند. یک اندازه گیری ساده وجود دارد که به شما می گوید که لنز قدرتمند است و به عنوان فاصله کانونی معروف است. فاصله کانونی از یک لنز فاصله ای از مرکز لنز تا نقطه ای است که اشعه های نور را متمرکز می کند. کوتاهتر از فاصله کانونی، لنز قوی تر است. (این آسان است که ببینیم چرا: قطعه عادی شیشه ای مانند یک لنز فوکوس بی نهایت می باشد و اشعه های نور را به هیچ وجه به فوکوس نمی رساند. از سوی دیگر، یک لنز بی نهایت قدرتمند می تواند اشعه هایی را به یک تمرکز در یک فاصله بی نهایت کوتاه با فاصله کانونی صفر است. لنز واقعی در جایی بین این دو افراط است.)

شما می توانید فاصله کانونی را در واحد های طول معمول (مانند سانتی متر، میلی متر، یا اینچ) یا در دستگاه های نوری خاص به نام دیوپتر ها پیدا کنید . اندازه گیری دیوپتر یک لنز متقابل فاصله کانونی در متر است (یکی از تقسیم فاصله کانونی)، به طوری که 1 دیوپتر = 1 متر، 2 دیوپتر = 0.5 متر، 3 دیوپتر = 0.33 متر و غیره. نسخه های عینک اپتیکی معمولا نشان دهنده قدرت لنزهای اصلاح شده ای هستند که در دیوپتر ها نیاز دارید.

فاصله کانونی تنها ویژگی مهم یک لنز نیست. لنزهای بزرگتر نور بیشتری نسبت به عکاسان کوچکتر جمع می کنند، بنابراین یک تصویر روشن تر می کنند. این به ویژه مهم است اگر شما انتخاب یک لنز برای یک دوربین ، زیرا مقدار نور که لنز جمع می کند، تصویری شبیه به آن را تعیین می کند. لنزهای دوربین معمولا با اندازه گیری نامیده می شود f-number ، که فاصله کانونی تقسیم بر قطر است. به طور کلی، لنزهای با یک عدد کوچک f، تصاویر روشن تر را ایجاد می کنند. لنزهای با عدد بزرگتر f عمق تمرکز عمیقتری دارند : در اصل، بیشتر جسم شما عکاسی می کند و محیط اطراف آن در همان زمان تمرکز می کند. (اگر می خواهید بیشتر بدانید، به توضیح لایو بلومفیلد از اندازه لنز نگاه کنید.)

لنزها چگونه ساخته می شوند؟

عکس: این ذره بین با استفاده از یک لنز محدب تک ساخته شده از پلاستیک ساخته شده است.

تا زمانی که پلاستیک ها در قرن بیست و یکم رایج نباشد، تقریبا تمام لنزها با سنگ زنی قطعات جامد شیشه ای به شکل های مختلف ساخته می شوند. لنزهای محدب با استفاده از یک ابزار سنگ زبر شکل (و بالعکس) ساخته شده و سپس لنز تقریبا شکل به شکل نهایی ساخته شده است. شیشه معمولی که در پنجره ها و ظروف مورد استفاده قرار می گیرد به اندازه کافی مناسب برای استفاده در لنز ها نیست، زیرا حاوی حباب های هوا و سایر نواقص است. این باعث می شود که اشعه های نور به مسیر صحیح خود متوسل شوند، یک تصویر فازی یا یکی از آنها که رنگ های مختلف نور را به طرق مختلف به کار می اندازد (مشکلاتی که دانشمندان نوری به عنوان تغییرات در آن اندیشیده اند ). در عوض، لنزها با استفاده از یک ماده اصلاح شده تر شناخته شده به عنوان شیشه نوری ساخته می شوند . برای عینک، بسیاری از افراد در حال حاضر لنزهای پلاستیکی را ترجیح می دهند زیرا بسیار سبک تر و ایمن تر از شیشه های نوری هستند. لنزهای پلاستیکی می توانند به جای زمین به شکل شکل داده شوند تا بتوان آنها را در مقادیر زیادی ارزان تر از لنزهای شیشه ای ساخت. اگر چه خراشهای معمولی پلاستیکی به آسانی می توانند با یک لایه نازک از مواد محافظ مانند کربن الماسی مانند (DLC) پوشش داده شوند تا خطر آسیب را کاهش دهند. بعضی از لنزهای نوری نیز با پلاستیکی نازک پوشش داده می شوند تا انعکاس های مزاحم را کاهش دهند. شما می توانید این پوشش ضد انعکاسی را در مقاله ما در تداخل نازک فیلم ببینید .

لنزهای مورد استفاده برای چیست؟

عکس: شما ممکن است متوجه نشوید، اما LED های کوچک (دیودهای نوری) که در پانل های ابزار استفاده می شوند، دارای لنزهای کوچک پلاستیکی هستند که برای تولید نور آنها زیاد است. لنز پلاستیکی منحنی در سمت چپ (بالای LED که به سمت شما میچرخد) است.

لنزها در همه جای جهان در اطراف ما هستند – در همه چیز از چراغ های خودرو و چراغ قوه به چراغ های LED در پانل های ابزار الکترونیکی استفاده می شود.

چشم ما حاوی احتمالا لنزهای شگفت انگیز از همه است. فکر می کنید وقتی به جهان اطراف نگاه می کنید چه اتفاقی می افتد. یک دقیقه شما در مقابل پاهای خود در زمین خیره می شوید. بعد از چند ثانیه، یک هواپیما را فریاد میزند، سر خود را بچرخانید و آن را بچرخانید. این فریب را با یک جفت دوربین دوچشمی انجام دهید و به شما امکان می دهد که تمرکز خود را از نزدیکی (نگاه کردن به زمین) تا دور (تماشای هواپیما) تنظیم کنید. آن را با چشم غیر مسلح امتحان کنید و حتی متوجه کارهای خود نخواهید شد. این به این دلیل است که چشمان شما دارای لنزهای انعطاف پذیر هستند که توسط عضلات کوچک کنترل می شوند و می توانند به صورت فشرده و فوکوس بر روی هر چیزی از نوشتن انگشت خود تا سطح ماه تمرکز کنند. چقدر شگفت انگیز است؟

عکس ها: فانوس ها از لنز های بزرگ و سنگین استفاده نمی کنند: در عوض، آنها بر لنزهای فرنل (که دارای الگوی سطحی پشته از حلقه های متمرکز) و منشورها هستند، مانند یک موجود در این نمایشگاه در Think Tank، موزه علمی در بیرمنگام، انگلستان . دفعات بازدید: چگونه آنها در مقاله ما در لنزهای فرنل کار می کنند .

ما همه لنزها را در چشمانمان داریم، اما بسیاری از ما در انتهای بینی خود برای تعویض چشمهای طولانی و کوتاهی از عینکهای اضافی استفاده میکنیم: لنزهای شیشه ای و پلاستیکی برای عینک و لنزهای تماسی از هر هدف دیگر استفاده می شود. انواع لنزهای عینک، از جمله عینک های فتوکرومیک حساس به نور وجود دارد که در نور خورشید تیره می شوند و به عنوان عینک آفتابی دو برابر می شوند.

شما همچنین می توانید لنزهای موجود در دوربین های عکاسی (که از دو یا سه لنز در هر یک از سیلندرهای خدمتتان استفاده می کنند) و تلسکوپ ها را پیدا کنید ، اگرچه تمام میکروسکوپ ها از آنها استفاده نمی کنند. میکروسکوپ های معمولی (نوری) از مجموعه ای از لنزهای شیشه ای برای بزرگ کردن اجسام کوچک استفاده می کنند، در حالی که میکروسکوپ اکترونی فوق العاده قدرتمند از الکترومغناطیسی برای خنثی کردن پرتوهای الکترون استفاده می کند که به ما در جزئیات بیشتر کمک می کند. پروژکتورهای فیلم و تلویزیون های پروجکشن از لنزها برای تبدیل فیلم های کوچک فیلم به تصاویر غول پیکر استفاده می کنند که تعداد زیادی از مردم می توانند در یک زمان مشاهده کنند. دوربین ها به روش های متفاوتی کار می کنند، اشعه های نور را از راه دور جذب می کنند و آنها را روی فیلم های پلاستیکی تحت شیمیایی یا چیپ های الکترونیکی حساس به نور CCD به کار می گیرند . شما حتی می توانید لنز هایی را که در مجله و کتاب قرار گرفته اند را پیدا کنید تا تصاویر را تغییر دهید، چون سر خود را به طرف دیگر تغییر دهید. این ترفند حیرت آور چاپ لنتیکالیک است – اما واقعا فقط به معنی چاپ با لنزهای ساخته شده است.