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Prima del 1590, lenti semplici risalenti ai romani e ai vichinghi consentivano un ingrandimento limitato e occhiali semplici. Zacharias Jansen e suo padre hanno combinato le lenti di semplici lenti d'ingrandimento per costruire microscopi e, da lì, microscopi e telescopi hanno cambiato il mondo. Comprendere la lunghezza focale degli obiettivi è stato fondamentale per combinare i loro poteri.
Tipi di lenti
Esistono due tipi base di lenti: convessa e concava. Le lenti convesse sono più spesse nel mezzo che sui bordi e fanno convergere i raggi luminosi in un punto. Le lenti concave sono più spesse sui bordi rispetto al centro e fanno divergere i raggi luminosi.
Le lenti convesse e concave sono disponibili in diverse configurazioni. Le lenti piano-convesse sono piatte da un lato e convesse dall'altro mentre le lenti bi-convesse (chiamate anche doppio-convesse) sono convesse su entrambi i lati. Le lenti piano-concave sono piatte su un lato e concave sull'altro lato mentre le lenti bi-concave (o doppie-concave) sono concave su entrambi i lati.
Una lente concava e convessa combinata chiamata lente concavo-convessa è più comunemente chiamata lente menisco positiva (convergente). Questa lente è convessa su un lato con una superficie concava sull'altro lato e il raggio sul lato concavo è maggiore del raggio del lato convesso.
Una lente convessa e concava combinata chiamata lente convessa-concava è più comunemente chiamata lente meniscale negativa (divergente). Questa lente, come la lente concavo-convessa, ha un lato concavo e un lato convesso, ma il raggio sulla superficie concava è inferiore al raggio sul lato convesso.
Fisica della lunghezza focale
La lunghezza focale di un obiettivo f è la distanza da un obiettivo al punto focale F. I raggi di luce (di una singola frequenza) che viaggiano paralleli all'asse ottico di una lente convessa o concavo-convessa si incontreranno nel punto focale.
Una lente convessa converte i raggi paralleli in un punto focale con una lunghezza focale positiva. Poiché la luce attraversa l'obiettivo, le distanze positive dell'immagine (e le immagini reali) si trovano sul lato opposto dell'obiettivo rispetto all'oggetto. L'immagine verrà invertita (capovolta) rispetto all'immagine reale.
Una lente concava allontana i raggi paralleli da un punto focale, ha una lunghezza focale negativa e forma solo immagini più piccole e virtuali. Le distanze di immagine negative formano immagini virtuali sullo stesso lato dell'obiettivo dell'oggetto. L'immagine sarà orientata nella stessa direzione (lato destro in alto) dell'immagine originale, appena più piccola.
Formula della lunghezza focale
La ricerca della lunghezza focale utilizza la formula della lunghezza focale e richiede la conoscenza della distanza dall'oggetto originale all'obiettivo u e la distanza dall'obiettivo all'immagine v. La formula dell'obiettivo dice che l'inverso della distanza dall'oggetto più la distanza dall'immagine è uguale all'inverso della distanza focale f. L'equazione, matematicamente, è scritta:
Frac {1} {u} + frac {1} {v} = frac {1} {f}A volte l'equazione della lunghezza focale è scritta come:
Frac {1} {o} + frac {1} {i} = frac {1} {f}dove o si riferisce alla distanza dall'oggetto all'obiettivo, io si riferisce alla distanza dall'obiettivo all'immagine e f è la lunghezza focale.
Le distanze sono misurate dall'oggetto o dall'immagine al polo dell'obiettivo.
Esempi di lunghezza focale
Per trovare la lunghezza focale di un obiettivo, misurare le distanze e inserire i numeri nella formula della lunghezza focale. Assicurarsi che tutte le misurazioni utilizzino lo stesso sistema di misurazione.
Esempio 1: La distanza misurata da un obiettivo all'oggetto è di 20 centimetri e dall'obiettivo all'immagine è di 5 centimetri. Completando la formula della lunghezza focale si ottengono:
frac {1} {20} + frac {1} {5} = frac {1} {f} {o} ; frac {1} {20} + frac {4} {20} = frac {5} {20} {Ridurre la somma da} frac {5} {20} = frac {1} { 4}La lunghezza focale è quindi di 4 centimetri.
Esempio 2: La distanza misurata da un obiettivo all'oggetto è di 10 centimetri e la distanza dall'obiettivo all'immagine è di 5 centimetri. L'equazione della lunghezza focale mostra:
frac {1} {10} + frac {1} {5} = frac {1} {f} {Then} ; Frac {1} {10} + frac {2} {10} = frac {3} {10}Riducendo ciò si ottiene:
Frac {3} {10} = frac {1} {3.33}La lunghezza focale dell'obiettivo è quindi di 3,33 centimetri.