Memahami Lensa Fokus dalam Sistem Optik

Penulis: Bryan Ng – Manajer Pemasaran

Editor: Qu Yingli – Direktur Litbang

1. Apa itu Lensa Fokus?

Lensa fokus adalah komponen optik yang membiaskan cahaya dari permukaan lengkungnya, yang menyebabkan konvergensi atau divergensi cahaya yang ditransmisikan. Sifat optik lensa sangat penting dalam berbagai aplikasi. Aplikasi ini berkisar dari lensa pada kacamata hingga sistem laser kompleks yang digunakan dalam proses manufaktur industri. Material dan bentuk lensa fokus merupakan kunci kinerja sistem optik. Berbagai material optik dapat dipilih untuk spektrum tampak. Sedangkan silika leburan, kalsium fluorida, safir, dan lain-lain juga dapat digunakan untuk inframerah dekat hingga inframerah gelombang pendek.

2. Jenis Lensa Fokus

Biasanya ada 6 jenis lensa pemfokusan, dan masing-masing jenis memiliki sifat dan kegunaan khusus. Empat di antaranya akan diperkenalkan secara singkat di bawah ini.

2.1 Lensa Cembung

Lensa cembung, disebut juga lensa konvergen atau positif, adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tebal dan mengecil ke arah tepinya, seperti terlihat pada gambar di bawah. Lensa ini biasanya digunakan dalam optik karena kemampuannya menyatukan sinar cahaya. Ketika sinar-sinar sejajar melewati lensa cembung, sinar-sinar tersebut dibiaskan dan berkumpul pada suatu titik fokus. Titik fokus ini merupakan titik pertemuan sinar atau gelombang setelah dibiaskan.

2.2 Lensa Cekung

Lensa cekung, juga disebut lensa divergen atau negatif, adalah lensa yang menyimpangkan berkas cahaya lurus dari sumbernya ke bayangan maya yang diperkecil dan tegak. Bayangan nyata terbentuk dari perpotongan berkas cahaya nyata, sedangkan bayangan maya dibentuk oleh perpotongan berkas cahaya khayal. Lensa cekung dapat membentuk bayangan nyata dan maya. Seperti terlihat pada gambar di atas, lensa pemfokusan ini memiliki bagian tengah yang lebih tipis dan tepi yang lebih tebal, melengkung ke dalam.

Lensa cekung menyebabkan berkas cahaya sejajar yang melewatinya menyimpang, membias menjauhi titik persekutuan di sisi berlawanan lensa. Titik fokus lensa cekung adalah titik asal sinar divergen bila dipantulkan ke belakang. Lensa cekung memiliki berbagai kegunaan dalam mengoreksi gangguan penglihatan seperti miopia (rabun jauh), dimana bayangan terfokus di depan retina. Selain itu, lensa cekung digunakan dalam sistem optik yang tujuannya adalah menyebarkan atau menyebarkan cahaya yang masuk, seperti beam expander.

2.3 Lensa Plano-Cembung

Lensa plano-konveks adalah lensa dengan satu permukaan datar dan satu permukaan melengkung ke luar, menyerupai kaca pembesar, seperti yang terlihat pada gambar di atas. Sisi datar disebut sisi "plano", sedangkan sisi melengkung ke luar disebut konveks. Desain lensa ini memfokuskan sinar cahaya paralel yang melewatinya ke titik fokus di sisi yang berlawanan. Lensa plano-konveks banyak digunakan dalam aplikasi seperti sistem pencitraan, proyektor, dan kaca pembesar, di mana sifat konvergensi permukaan konveks memainkan peran penting. Baca lebih lanjut tentang lensa plano-konveks.

Tabel 1: Wavelength Opto-Electronic Lensa Plano-Cembung Standar

2.4 Lensa Cekung Plano

Lensa plano-cekung adalah lensa dengan satu permukaan datar dan satu permukaan cekung yang melengkung ke dalam. Sisi datar disebut sisi "plano", sedangkan sisi yang melengkung ke dalam disebut cekung. Lensa ini memiliki panjang fokus negatif dan dapat digunakan untuk proyeksi cahaya, pelebaran berkas cahaya, atau untuk meningkatkan panjang fokus sistem optik. Baca selengkapnya tentang Lensa Plano-Cekung.

Tabel 2: Wavelength Opto-Electronic Lensa Cekung Plano Standar

3. Prinsip Pemfokusan Lensa

3.1 Refraksi

Ketika cahaya berpindah dari satu medium isotropik ke medium isotropik lainnya, ia mengubah arah rambat dan kecepatannya, seperti terlihat pada gambar di bawah.

Hukum Snell menyatakan bahwa, untuk sepasang media tertentu, perbandingan sinus sudut datang Theta 1 dan sudut bias theta 2 sama dengan perbandingan indeks bias kedua media tersebut, atau setara dengan perbandingan indeks bias kedua media tersebut. rasio kecepatan fasa pada dua media (v1 dan v2). Fenomena ini dikenal sebagai pembiasan. Lensa cembung, dengan kelengkungan luarnya, memusatkan sinar cahaya sejajar menuju titik fokus di sisi berlawanan. Lensa cekung, sebaliknya, dengan kelengkungan ke dalam, menyebabkan sinar sejajar menyimpang. Interaksi antara bentuk lensa dan sifat bias cahaya sangat penting dalam pemfokusan.

3.2 Panjang Fokus

Panjang fokus lensa merupakan parameter penting dalam memahami prinsip pemfokusan. Ini adalah jarak dari lensa ke titik di mana sinar sejajar berkumpul (untuk lensa cembung) atau tampak menyimpang (untuk lensa cekung). Lensa pemfokusan dengan panjang fokus yang lebih pendek menyatukan cahaya secara lebih agresif, sedangkan lensa dengan panjang fokus yang lebih panjang menghasilkan konvergensi yang lebih bertahap.

3.3 Nomor Apertur (Nomor F)

F-number adalah ukuran kecepatan dan kejernihan sistem optik. Ini adalah rasio jarak fokus terhadap ukuran aperture. Sistem cepat memiliki angka F kecil seperti F/1, F/2 atau F/3. Sistem lambat memiliki angka F yang besar seperti F/8, F/15, atau bahkan F/20. F-number yang lebih cepat menunjukkan pupil masuk yang lebih lebar dan, akibatnya, aperture yang lebih besar. Bukaan yang lebih besar memungkinkan lebih banyak cahaya masuk ke sistem optik, menjadikan lensa pemfokusan f-number lebih rendah lebih cocok untuk kondisi cahaya rendah.

F-number juga memengaruhi depth of field (kedalaman bidang), yaitu kisaran jarak pada gambar agar terlihat cukup tajam. F-number yang lebih tinggi (bukaan lebih kecil) menghasilkan depth of field yang lebih besar, yang berarti lebih banyak pemandangan yang akan terfokus, sedangkan f-number yang lebih rendah (bukaan lebih besar) menghasilkan depth of field yang lebih dangkal.

4. Rentang Panjang Gelombang dan Penyimpangan

Seperti disebutkan di atas, Hukum Snell menyatakan bahwa sudut bias dipengaruhi oleh indeks bias suatu bahan. Perubahan panjang gelombang akan menyebabkan perubahan indeks bias yang disebut dispersi. Penyimpangan adalah ketidaksempurnaan dalam pembentukan gambar. Berbagai jenis aberasi, seperti aberasi kromatik dan aberasi bola, dapat mendistorsi gambar. Penyimpangan kromatik terjadi karena satu lensa tidak dapat memfokuskan panjang gelombang cahaya yang berbeda pada titik yang sama. Sistem pemfokusan tingkat lanjut menerapkan tindakan korektif, termasuk lensa asferis dan beberapa elemen lensa, untuk mengurangi aberasi ini dan mengoptimalkan kualitas gambar.

5. Mencari Pemasok Lensa Fokus yang Andal?

Dengan fasilitas tercanggih dan pengalaman kami yang luas, Wavelength Opto-Electronic merancang dan memproduksi kualitas lensa pemfokusan dalam berbagai jenis mulai dari lensa cekung, plano-cekung, cembung, plano-cembung, meniskus, dan bola. Meskipun solusi siap pakai sudah tersedia (seperti yang ditunjukkan pada tabel produk di atas), kami juga dapat melakukannya menyesuaikan lensa pemfokusan dari spesifikasi standar hingga presisi tinggi dan menggunakan bahan optik berbeda dari kaca, kristal, dan logam hingga plastik.