Hiểu về hình học của thấu kính quang học

Khi các nhà thiết kế quang học nói về thấu kính quang học, họ đang đề cập đến một thấu kính đơn lẻ hoặc một nhóm các thấu kính (Hình 1). Các ví dụ về thấu kính đơn lẻ bao gồm thấu kính lõm-lồi (PCX), thấu kính lồi hai mặt (DCX), thấu kính phi cầu, v.v. Các ví dụ về thành phần ghép nối bao gồm thấu kính chụp ảnh telecentric, mục tiêu hiệu chỉnh vô cực, bộ mở tia, v.v. Mỗi tổ hợp bao gồm một loạt các phần tử thấu kính, mỗi phần tử có hình học thấu kính cụ thể điều khiển ánh sáng theo cách riêng của nó.

Hình 1: Thấu kính phẳng-lồi (phần tử đơn bên trái) và thấu kính chụp ảnh telecentric (tổ hợp phần tử bên phải)

Luật khúc xạ của Snell

Trước khi đi sâu vào từng loại hình học thấu kính, hãy xem xét cách các thấu kính quang học làm cong ánh sáng bằng cách sử dụng đặc tính khúc xạ. Khúc xạ là cách ánh sáng lệch khỏi một lượng nhất định khi nó đi vào hoặc rời khỏi một môi trường. Sự lệch này là hàm số của chỉ số khúc xạ của môi trường và góc của ánh sáng so với vectơ pháp tuyến của bề mặt. Thuộc tính này được điều chỉnh bởi luật khúc xạ của Snell (phương trình 1), trong đó n1 là chỉ số khúc xạ của môi trường tới, θ1 là góc của ánh sáng tới, n2 là chỉ số của môi trường khúc xạ, và θ2 là góc của ánh sáng khúc xạ. Luật của Snell mô tả mối quan hệ giữa góc tới và góc truyền của ánh sáng khi nó di chuyển qua nhiều loại môi trường (Hình 2).

Luật khúc xạ của Snell

Trước khi đi sâu vào từng loại hình học thấu kính, hãy xem xét cách các thấu kính quang học làm cong ánh sáng bằng cách sử dụng đặc tính khúc xạ. Khúc xạ là cách ánh sáng lệch khỏi một lượng nhất định khi nó đi vào hoặc rời khỏi một môi trường. Sự lệch này là hàm số của chỉ số khúc xạ của môi trường và góc của ánh sáng so với vectơ pháp tuyến của bề mặt. Thuộc tính này được điều chỉnh bởi luật khúc xạ của Snell (phương trình 1), trong đó n1 là chỉ số khúc xạ của môi trường tới, θ1 là góc của ánh sáng tới, n2 là chỉ số của môi trường khúc xạ, và θ2 là góc của ánh sáng khúc xạ. Luật của Snell mô tả mối quan hệ giữa góc tới và góc truyền của ánh sáng khi nó di chuyển qua nhiều loại môi trường (Hình 2).

Hình 2: Luật khúc xạ của Snell