Lentilă

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

În optică, lentila este o piesă realizată dintr-un material transparent (sticlă, material plastic, etc.), cu două suprafeţe opuse în general curbe, folosită singură sau împreună cu alte piese similare pentru a concentra sau diverge lumina şi a forma imagini ale obiectelor. Lentilele se bazează pe fenomenul de refracţie a luminii, adică schimbarea direcţiei de propagare a acesteia la trecerea dintr-un mediu transparent în altul.

În limba română cuvîntul "lentilă" provine din franceză, unde lentille însemna iniţial linte (o plantă ale cărei seminţe au o formă plată uşor bombată), iar apoi a fost folosit şi pentru a desemna piesa optică avînd aproximativ aceeaşi formă.

[modifică] Istorie

Lentilele, într-o formă sau alta, sînt produse şi folosite de om de cîteva mii de ani, dar prima menţiune o găsim în Grecia Antică, în comedia "Nephelai" (Norii) a poetului Aristofan, care vorbeşte despre o lentilă convergentă folosită la a da foc unui obiect concentrînd razele soarelui pe acesta. Pliniu cel Bătrîn (23-79) scrie că împăratul roman Nero folosea o bucată de smarald cu suprafeţele concave pentru a urmări luptele de gladiatori, probabil pentru că suferea de miopie. Matematicianul persan Alhazen (965-1038) a scris primul tratat semnificativ de optică, în care discută despre rolul cristalinului ochiului în formarea imaginilor pe retină. Lentilele au început să se răspîndească abia după inventarea ochelarilor, probabil în Italia, la sfîrşitul secolului al XIII-lea.

[modifică] Tipuri de lentile

Lentilele se pot clasifica după modul în care acţionează asupra razelor de lumină în

lentile convergente, care transformă un fascicul paralel într-unul convergent;

lentile divergente, care transformă un fascicul paralel într-unul divergent.

Cele mai multe lentile au suprafeţele sferice pentru că această formă se realizează cel mai uşor, dar pentru anumite aplicaţii sînt necesare suprafeţe asferice, de exemplu hiperbolice.

Pentru obţinerea unor imagini de bună calitate adesea lentilele se folosesc în combinaţii atent calculate, numite lentile compuse. Acestea se folosesc la obiectivele aparatelor fotografice şi la alte instrumente optice ca microscopul, telescopul, luneta, etc.

[modifică] Elementele unei lentile

O lentilă simplă se compune dintr-un material transparent mărginit de două suprafeţe şlefuite, în general sferice. Forma lentilei şi caracteristicile materialului determină proprietăţile optice ale acesteia:

Axa optică este axa de simetrie a lentilei, care trece prin centrele de curbură ale suprafeţelor ei. Cînd una dintre suprafeţe este plană, axa optică este acea perpendiculară pe suprafaţa plană care trece prin centrul de curbură al celeilalte suprafeţe.

Focarele lentilei sînt acele puncte în care se concentrează (sau din care diverg) razele de lumină care vin într-un fascicul paralel orientat după axa optică.

Distanţa focală este distanţa dintre lentilă şi focar.

Puterea optică este inversul distanţei focale exprimate în metri. Unitatea de măsură a puterii optice este dioptria, egală cu m^–1. Lentilele convergente au puterea optică pozitivă, iar cele divergente negativă.

[modifică] Aberaţii optice

Lentilele sferice simple prezintă o serie de defecte care împiedică folosirea lor ca atare în cele mai multe aplicaţii. Pentru corectarea lor se folosesc fie lentile asferice, fie, cel mai adesea, lentile compuse al căror calcul este în general extrem de complex.

[modifică] Aberaţia sferică

Forma sferică a lentilelor, deşi simplu de realizat practic, nu este forma ideală care să asigure refracţia precisă a luminii. În special razele de lumină care intră în lentilă la marginea acesteia suferă o refracţie mai mare decît este nevoie, ceea ce duce la o focalizare defectuoasă şi la formarea unor imagini cu atît mai neclare cu cît lentila are un diametru mai mare.

[modifică] Coma

Această aberaţie care apare chiar la o lentilă simplă asferică, deci calculată să focalizeze exact un fascicul paralel venind pe direcţia axei optice a lentilei. Atunci cînd fasciculul paralel de lumină face un unghi nenul cu axa lentilei imaginea obţinută nu mai este un punct luminos, ci o pată de lumină de forma unei comete. Efectul este cu atît mai puternic cu cît unghiul cu axa optică este mai mare.

[modifică] Aberaţia cromatică

Materialul transparent al lentilei (sticlă, materiale plastice, lichide, etc.) nu refractă lumina de toate culorile în acelaşi fel. Fenomenul se numeşte dispersie şi înseamnă dependenţa indicelui de refracţie de lungimea de undă; el se manifestă în cazul lentilelor prin formarea de imagini la distanţe diferite şi de mărimi diferite în funcţie de culoare. Imaginile obţinute cu o astfel de lentilă vor prezenta irizări colorate ale părţilor din imagine care ar trebui să prezinte o trecere bruscă de la o zonă luminoasă la una întunecată.

[modifică] Distorsiuni

Adesea, un obiect cu muchii drepte va da prin lentilă o imagine în care aceste muchii sînt curbate, fie toate spre axa optică, fie toate spre marginea cadrului. Acest fenomen se datorează faptului că relaţia dintre unghiul de intrare în lentilă (unghiul dintre raza venită de la un punct şi axa optică) şi unghiul de ieşire (dintre axa optică şi imaginea punctului respectiv) nu este liniară. În funcţie de sensul abaterii de la neliniaritate, imaginea unui dreptunghi va deveni fie în formă de "butoiaş" fie de "perniţă".

[modifică] Curbura câmpului

Imaginea unui obiect plan aşezat perpendicular pe axa optică este în mod ideal tot plană. În realitate, lentilele simple dau o imagine curbată, astfel încît surprinderea acestei imagini pe un sensor plan - film fotografic (pelicula cinematografică, sensor CCD, etc.) suferă de o neclaritate din ce în ce mai pronunţată spre marginea cadrului.

[modifică] Astigmatism

În mod ideal imaginea unui punct luminos trebuie să fie tot un punct. În practică, lentilele reale (inclusiv lentila ochiului, cristalinul) nu au o formă perfectă, şi deci imaginea unui punct este o pată luminoasă cu atît mai mare cu cît efectul e mai puternic. Astigmatismul ochiului se poate corecta folosind lentile cilindrice.