Înțelegerea lentilelor de focalizare în sistemele optice

Autor: Bryan Ng – Manager de marketing

Editor: Qu Yingli – Director R&D

1. Ce sunt lentilele de focalizare?

Lentilele de focalizare sunt componente optice care refractă lumina de pe suprafața lor curbată, ducând la convergența sau divergența luminii transmise. Proprietățile optice ale lentilelor sunt critice în multe aplicații diverse. Aceste aplicații variază de la lentilele din ochelari până la sistemele laser complexe utilizate în procesele industriale de fabricație. Materialul și forma unei lentile de focalizare sunt esențiale pentru performanța sistemului optic. Pot fi selectate diferite materiale optice pentru spectrul vizibil. În timp ce silicea topită, safirul cu fluorură de calciu etc. pot fi, de asemenea, utilizate pentru spectrul IR apropiat până la spectrul IR cu unde scurte.

2. Tipuri de lentile de focalizare

Există de obicei 6 tipuri de lentile de focalizare, fiecare tip având proprietățile și aplicațiile sale speciale. Patru dintre ele vor fi prezentate pe scurt mai jos.

2.1 Lentile convexe

O lentilă convexă, numită și lentilă convergentă sau pozitivă, este o lentilă care este mai groasă în centru și se îngustează spre margini, așa cum se vede în imaginea de mai jos. Aceste lentile sunt utilizate în mod obișnuit în optică pentru capacitatea lor de a converge razele de lumină. Când razele paralele de lumină trec printr-o lentilă convexă, ele refractează și converg către un punct focal. Acest punct focal este punctul în care razele sau undele se întâlnesc după refracție.

2.2 Lentile concave

O lentilă concavă, numită și lentilă divergentă sau negativă, este o lentilă care diverge un fascicul de lumină drept de la sursă către o imagine diminuată, verticală, virtuală. O imagine reală este formată prin intersecția reală a razelor de lumină, în timp ce o imagine virtuală este formată din intersecția imaginară a razelor de lumină. Lentilele concave pot forma atât imagini reale, cât și virtuale. După cum se vede din imaginea de mai sus, aceste lentile de focalizare au un centru mai subțire și margini mai groase, curbate spre interior.

Lentilele concave fac ca razele paralele de lumină care trec prin ele să diverge, refractându-se de la un punct comun de pe partea opusă a lentilei. Punctul focal al unei lentile concave este punctul din care aceste raze divergente par să provină atunci când sunt extinse înapoi. Lentilele concave au diverse aplicații în corectarea deficiențelor de vedere, cum ar fi miopia (miopie), unde imaginea se concentrează în fața retinei. În plus, lentilele concave sunt utilizate în sistemele optice în care scopul este de a răspândi sau de a diverge lumina care intră, cum ar fi expansoarele fasciculului.

2.3 Lentile plano-convexe

O lentilă plano-convexă este o lentilă cu o suprafață plană și o suprafață curbată spre exterior, asemănătoare unei lupe, așa cum se vede în figura de mai sus. Partea plană se numește partea „Plano”, în timp ce partea curbată spre exterior este convexă. Acest design de lentilă converge razele paralele de lumină care trec prin ea către un punct focal pe partea opusă. Lentilele plano-convexe sunt utilizate pe scară largă în aplicații precum sisteme de imagistică, proiectoare și lupe, unde proprietățile convergente ale suprafeței convexe joacă un rol crucial. Citiți mai multe despre lentilele plano-convexe.

Tabelul 1: Wavelength Opto-Electronic Lentile standard plano-convexe

2.4 Lentile Plano-Concave

O lentilă plano-concavă este o lentilă cu o suprafață plană și o suprafață concavă, curbată spre interior. Partea plană este denumită partea „Plano”, în timp ce partea curbată spre interior este concavă. Are o distanță focală negativă și poate fi utilizată pentru proiecția luminii, expansiunea fasciculului sau pentru creșterea distanței focale a unui sistem optic. Citiți mai multe despre lentilele plano-concave.

Tabelul 2: Wavelength Opto-Electronic Lentile standard plano-concave

3. Principiile lentilelor de focalizare

3.1 Refracția

Pe măsură ce lumina se deplasează dintr-un mediu izotrop în altul, ea schimbă direcția de propagare și viteza, așa cum se vede în figura de mai jos.

Legea lui Snell prevede că, pentru o pereche dată de medii, raportul dintre sinusurile unghiului de incidență Theta 1 și unghiul de refracție theta 2 este egal cu raportul indicilor de refracție ai celor două medii, sau echivalent, cu raportul vitezelor de fază în cele două medii (v1 și v2). Acest fenomen este cunoscut sub numele de refracție. Lentilele convexe, cu curbura lor exterioară, converg razele paralele de lumină către un punct focal de pe partea opusă. Lentilele concave, pe de altă parte, cu curbura lor spre interior, provoacă divergerea razelor paralele. Interacțiunea dintre forma lentilei și proprietățile de refracție ale luminii este esențială pentru focalizare.

3.2 Distanța focală

Distanța focală a unui obiectiv este un parametru critic în înțelegerea principiilor de focalizare. Este distanța de la lentilă până la punctul în care razele paralele fie converg (pentru lentilele convexe) fie par să diverge (pentru lentilele concave). Lentilele de focalizare cu distanțe focale mai scurte converg lumina mai agresiv, în timp ce distanțe focale mai mari produc o convergență mai graduală.

3.3 Numărul deschiderii (Numărul F)

Numărul F este o măsură a vitezei și clarității sistemului optic. Este raportul dintre distanța focală și dimensiunea diafragmei. Sistemele rapide au numere F mici, cum ar fi F/1, F/2 sau F/3. Sistemele lente au numere F mari, cum ar fi F/8, F/15 sau chiar F/20. Un număr f mai rapid indică o pupila de intrare mai largă și, în consecință, o deschidere mai mare. Diafragmele mai mari permit să pătrundă mai multă lumină în sistemul optic, ceea ce face ca lentilele de focalizare cu număr f mai scăzut să fie mai potrivite pentru condiții de lumină scăzută.

Numărul f influențează, de asemenea, adâncimea câmpului, care este intervalul de distanțe dintr-o imagine care pare acceptabil de clară. Numerele f mai mari (diafragmii mai mici) au ca rezultat o profunzime de câmp mai mare, ceea ce înseamnă că o mai mare parte a scenei va fi focalizată, în timp ce numerele f mai mici (diafragmii mai mari) produc o adâncime de câmp mai mică.

4. Gama de lungimi de undă și aberații

După cum am menționat mai sus, Legea lui Snell afirmă că unghiul de refracție este afectat de indicele de refracție al unui material. O modificare a lungimii de undă va determina o modificare a indicelui de refracție, care se numește dispersie. Aberațiile sunt imperfecțiuni în formarea imaginii. Diverse tipuri de aberații, cum ar fi aberația cromatică și aberația sferică, pot distorsiona imaginile. Aberațiile cromatice apar deoarece o singură lentilă nu poate focaliza diferite lungimi de undă de lumină în același punct. Sistemele avansate de focalizare folosesc măsuri corective, inclusiv lentile asferice și lentile multiple, pentru a atenua aceste aberații și pentru a optimiza calitatea imaginii.

5. Căutați un furnizor de încredere de lentile de focalizare?

Cu facilitățile noastre de ultimă oră și experiența vastă, Wavelength Opto-Electronic proiectează și produce calitate lentile de focalizare în diferite tipuri de lentile concave, plano-concave, convexe, plano-convexe, menisc și bile. Deși soluțiile disponibile sunt disponibile (după cum se arată în tabelele cu produse de mai sus), putem, de asemenea, să personaliza lentile de focalizare de la specificații standard la cele de înaltă precizie și utilizează diferite materiale optice, de la sticlă, cristal și metal până la plastic.