เข้าใจเรขาคณิตของเลนส์ออปติคอล

เมื่อนักออกแบบออปติคัลพูดถึงเลนส์ออปติคัล พวกเขากำลังหมายถึงเลนส์เดี่ยวหรือกลุ่มของเลนส์เดี่ยว (รูปที่ 1) ตัวอย่างของเลนส์เดี่ยวรวมถึงเลนส์เพลโน-คอนเวกซ์ (PCX) เลนส์คอนเวกซ์สองด้าน (DCX) เลนส์แอสเฟอริก ฯลฯ ตัวอย่างขององค์ประกอบประกอบรวมถึงเลนส์ถ่ายภาพเทเลเซนทริก เลนส์เป้าหมายการแก้ไขอินฟินิตี้ เบมเอ็กซ์เทนเดอร์ ฯลฯ แต่ละชุดประกอบด้วยชุดของเลนส์เดี่ยว โดยแต่ละตัวมีเรขาคณิตเฉพาะที่ควบคุมแสงในแบบของมันเอง

รูปที่ 1: เลนส์เพลโน-คอนเวกซ์ (องค์ประกอบเดี่ยวทางซ้าย) และเลนส์ถ่ายภาพเทเลเซนทริก (ชุดขององค์ประกอบทางขวา)

กฎการหักเหของสนอล

ก่อนที่จะพูดถึงแต่ละประเภทของเรขาคณิตเลนส์ ลองพิจารณาก่อนว่าเลนส์แสงสามารถเบนแสงได้อย่างไรโดยใช้สมบัติการหักเห การหักเหคือวิธีที่แสงเบี่ยงออกจากรังสีเดิมในปริมาณหนึ่งเมื่อแสงเข้าหรือออกจากสื่อกลาง การเบี่ยงออกนี้เป็นฟังก์ชันของดัชนีการหักเหของสื่อกลางและมุมของแสงเทียบกับเส้นปกติของผิว สิ่งนี้ควบคุมโดยกฎการหักเหของสนอล (สมการที่ 1) โดยที่ n1 เป็นดัชนีการหักเหของสื่อกลางที่แสงตกกระทบ θ1 เป็นมุมของแสงที่ตกกระทบ n2 เป็นดัชนีของสื่อกลางที่หักเห และ θ2 เป็นมุมของแสงที่ถูกหักเห กฎของสนอลอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างมุมการตกกระทบและมุมการส่งผ่านของแสงขณะที่มันเคลื่อนที่ผ่านสื่อกลางหลายชนิด (รูปที่ 2)

กฎการหักเหของสนอล

ก่อนที่จะพูดถึงแต่ละประเภทของเรขาคณิตเลนส์ ลองพิจารณาก่อนว่าเลนส์แสงสามารถเบนแสงได้อย่างไรโดยใช้สมบัติการหักเห การหักเหคือวิธีที่แสงเบี่ยงออกจากรังสีเดิมในปริมาณหนึ่งเมื่อแสงเข้าหรือออกจากสื่อกลาง การเบี่ยงออกนี้เป็นฟังก์ชันของดัชนีการหักเหของสื่อกลางและมุมของแสงเทียบกับเส้นปกติของผิว สิ่งนี้ควบคุมโดยกฎการหักเหของสนอล (สมการที่ 1) โดยที่ n1 เป็นดัชนีการหักเหของสื่อกลางที่แสงตกกระทบ θ1 เป็นมุมของแสงที่ตกกระทบ n2 เป็นดัชนีของสื่อกลางที่หักเห และ θ2 เป็นมุมของแสงที่ถูกหักเห กฎของสนอลอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างมุมการตกกระทบและมุมการส่งผ่านของแสงขณะที่มันเคลื่อนที่ผ่านสื่อกลางหลายชนิด (รูปที่ 2)

รูปที่ 2: กฎการหักเหของสนอล