Εστιακή απόσταση ενός κυρτού φακού

Η εστιακή απόσταση ενός οπτικού συστήματος είναι το αντίστροφο της οπτικής ισχύος του συστήματος. μετρά πόσο έντονα το σύστημα συγκλίνει ή αποκλίνει από το φως. Ένα σύστημα με θετική εστιακή απόσταση συγκλίνει το φως, ενώ ένα με αρνητική εστιακή απόσταση αποκλίνει το φως. Ένα σύστημα με μικρότερη εστιακή απόσταση λυγίζει τις ακτίνες πιο έντονα, φέρνοντάς τις πιο κοντά στην εστίαση ή αποκλίνοντάς τις πιο γρήγορα.

Μια θετική εστιακή απόσταση είναι η απόσταση κατά την οποία οι ευθυγραμμισμένες (παράλληλες) ακτίνες εστιάζονται στην ειδική κατάσταση ενός λεπτού φακού στον αέρα ή μια αρνητική εστιακή απόσταση καθορίζει πόσο μακριά μπροστά από το φακό πρέπει να τοποθετηθεί μια σημειακή πηγή παράγουν μια ευθυγραμμισμένη δέσμη. Η εστιακή απόσταση ενός γενικότερου οπτικού συστήματος δεν έχει διαισθητική σημασία. είναι απλώς το αντίστροφο της οπτικής ισχύος του συστήματος.

Εστιακή απόσταση

Η μεγαλύτερη εστιακή απόσταση (χαμηλότερη οπτική ισχύς) οδηγεί σε μεγαλύτερη μεγέθυνση και στενότερη γωνία θέασης στις περισσότερες φωτογραφίες και σε όλα τα τηλεσκόπια, όπου το θέμα είναι ουσιαστικά απείρως μακριά. Αντίθετα, μικρότερη εστιακή απόσταση ή μεγαλύτερη οπτική ισχύς οδηγεί σε μικρότερη μεγέθυνση και μεγαλύτερη γωνία θέασης. Σε εφαρμογές όπου η μεγέθυνση γίνεται φέρνοντας το αντικείμενο κοντά στον φακό, όπως η μικροσκοπία, μια μικρότερη εστιακή απόσταση (μεγαλύτερη οπτική ισχύς) οδηγεί σε μεγαλύτερη μεγέθυνση.

Η εστιακή απόσταση ενός λεπτού φακού στον αέρα είναι η απόσταση μεταξύ του κέντρου του φακού και των κύριων εστιών του (ή σημείων εστίασης). Η εστιακή απόσταση ενός συγκλίνοντος φακού (για παράδειγμα, ενός κυρτού φακού) είναι θετική και είναι η απόσταση στην οποία μια ευθυγραμμισμένη δέσμη φωτός θα συγκεντρωθεί σε ένα μόνο σημείο. Η εστιακή απόσταση ενός αποκλίνοντος φακού (όπως ένας κοίλος φακός) είναι αρνητική και είναι η απόσταση από την οποία μια ευθυγραμμισμένη δέσμη φαίνεται να αποκλίνει αφού περάσει μέσα από τον φακό.

Ας θεωρήσουμε ότι η απόσταση από το αντικείμενο στον φακό είναι u, η απόσταση του φακού από την εικόνα είναι v και η εστιακή απόσταση f σχετίζεται ως:

1f=1u-1v

Εστιακό μήκος κυρτού φακού

Το μέσο των κυρτών φακών είναι παχύτερο. Οι ακτίνες φωτός που περνούν μέσα από τον φακό ωθούνται πιο κοντά (συγκλίνουν). Συγκλίνων φακός είναι αυτός που είναι κυρτός.

Η εστιακή απόσταση ενός λεπτού κυρτού φακού μπορεί εύκολα να προσδιοριστεί προβάλλοντας μια εικόνα μιας μακρινής πηγής φωτός σε μια οθόνη. Ο φακός ρυθμίζεται γύρω από την οθόνη μέχρι να εμφανιστεί μια ευκρινής εικόνα. Σε αυτήν την περίπτωση, το 1 / u είναι ασήμαντο, επομένως η εστιακή απόσταση δίνεται από

f∝v όπου v είναι η απόσταση εικόνας

Όταν οι παράλληλες δέσμες φωτός διέρχονται από έναν κυρτό φακό, οι διαθλώμενες ακτίνες συγκλίνουν σε ένα μόνο σημείο, γνωστό ως κύρια εστίαση. Η εστιακή απόσταση είναι η απόσταση μεταξύ της κύριας εστίασης και του κέντρου του φακού.

Η γωνία θέασης—πόσο μέρος της σκηνής θα καταγραφεί—και η μεγέθυνση—πόσο μεγάλα θα είναι τα μεμονωμένα στοιχεία—καθορίζονται από την εστιακή απόσταση του φακού. Όσο μικρότερη είναι η γωνία θέασης και όσο μεγαλύτερη είναι η μεγέθυνση, τόσο μεγαλύτερη είναι η εστιακή απόσταση. Όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία θέασης και όσο μικρότερη είναι η μεγέθυνση, τόσο μικρότερη είναι η εστιακή απόσταση.

Τύποι κυρτών φακών

Υπάρχουν βασικά τρεις τύποι κυρτών φακών:

Επίπεδο-κυρτός φακός

Το σχήμα αυτού του φακού είναι επίπεδο-κυρτό.

Από τη μια πλευρά είναι κυρτό προς τα έξω, ενώ από την άλλη είναι επίπεδο. Τα στοιχεία έχουν θετική εστιακή απόσταση και μία σφαιρική και μία επίπεδη επιφάνεια. Αυτοί οι φακοί έχουν σχεδιαστεί για εφαρμογές που δεν απαιτούν πολύ παράλληλο φως. Χρησιμοποιείται σε μια ποικιλία εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένων των φαρμακευτικών προϊόντων, της άμυνας και των ρομπότ.

Διπλός κυρτός φακός

Λυγίζει προς τα έξω και από τις δύο πλευρές. Ένας άλλος όρος για αυτό είναι ο αμφίκυρτος φακός ή απλώς κυρτός. Βρίσκεται σε μια ποικιλία προϊόντων, όπως προβολείς, μονόφθαλμα, τηλεσκόπια και κάμερες.

Κοίλος-Κυρτός φακός

Τυλίγεται προς τα μέσα από τη μία πλευρά ενώ καμπυλώνει προς τα έξω από την άλλη. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αντισταθμίσει τις σφαιρικές εκτροπές σε άλλους φακούς. Η δουλειά του είναι να διατηρεί υπό έλεγχο την ακτίνα λέιζερ. Ένας κοίλος-κυρτός φακός, συχνά γνωστός ως μηνίσκος, είναι ένα ζευγάρι φακών με μία κυρτή και μία κοίλη πλευρά.

Χρήσεις κυρτού φακού

Υπάρχουν διάφορες χρήσεις των κυρτών φακών στο περιβάλλον μας. Μερικά παρατίθενται παρακάτω:

• Μεγεθυντικοί φακοί
• Γυαλιά ματιών
• Οπτικά μικροσκόπια
• Προβολείς
• Κάμερες
• Ανθρώπινο μάτι
• Τηλεσκόπια
• Ηλιακά κύτταρα πολλαπλών συνδέσεων
• Ματάκια στις πόρτες
• Κοπάλια

Συμπέρασμα 

Σε αυτό το άρθρο μελετήσαμε την εστιακή απόσταση των κυρτών φακών και κάποιους άλλους σημαντικούς όρους. Ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά ενός φακού είναι η εστιακή του απόσταση. Εκφράζεται συνήθως σε χιλιοστά από τους κατασκευαστές (mm).

Η απόσταση μεταξύ του πίσω κύριου σημείου και του αισθητήρα αναφέρεται ως εστιακή απόσταση και αναφέρεται στο διάστημα μεταξύ του κέντρου του φακού και του σημείου όπου οι ακτίνες φωτός συγκλίνουν στο εστιακό σημείο.