Lý thuyết về thấu kính phân kỳ

Trong thế giới của quang học và công nghệ, thấu kính phân kì đã trở thành một công cụ quan trọng không chỉ trong nghiên cứu mà còn trong các ứng dụng thực tiễn. Với khả năng tập trung ánh sáng và điều chỉnh tiêu cự, thấu kính này đã mở ra những cánh cửa mới trong việc khai thác và ứng dụng ánh sáng.

Thấu kính phân kỳ là gì? 

Thấu kính phân kì, còn được biết đến với tên gọi thấu kính rìa dày, là một khối chất trong suốt, thường được làm từ nhựa hoặc thủy tinh, với đặc điểm là đồng nhất và có hình dạng được giới hạn bởi một mặt lõm kết hợp với một mặt phẳng. Ngoài ra, thấu kính phân kì cũng có thể được giới hạn bởi hai mặt lõm.

Đặc điểm của thấu kính phân kỳ

Các đặc điểm của thấu kính phân kì bao gồm:

– Thường thì phần giữa của thấu kính rìa dày sẽ mỏng hơn so với phần rìa.

– Khi ánh sáng chiếu vào một cách song song với trục của thấu kính và theo phương vuông góc với mặt của nó, chúng ta sẽ quan sát được hiện tượng chùm tia ló phân kì.

– Khi sử dụng thấu kính phân kì để quan sát, vật được quan sát sẽ xuất hiện nhỏ hơn so với khi không sử dụng kính.

Trục chính, quang tâm, tiêu điểm, tiêu cự của thấu kính phân kì 

Các khái niệm quan trọng về thấu kính phân kì mà cần nhớ:

– Trục chính của thấu kính phân kì: Được định nghĩa là đường thẳng đi qua quang tâm, với đặc điểm là vuông góc với mọi mặt trên thấu kính.

– Quang tâm của thấu kính phân kì: Thường được ký hiệu là O, là điểm chính giữa của thấu kính, nơi mọi tia sáng chiếu qua đều sẽ được truyền thẳng.

– Tiêu điểm của thấu kính phân kì: Được ký hiệu là F và F’, là điểm hội tụ của các chùm sáng đi qua kính và đi qua phần được kéo dài của thấu kính.

– Tiêu cự của thấu kính phân kì: Được ký hiệu là f, được xác định là khoảng cách từ tiêu điểm của thấu kính đến quang tâm.

Tiêu cự: OF = OF’ = f

Cách vẽ thấu kính phân kỳ

Thấu kính phân kỳ được vẽ như sau:

Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kỳ

Đặc điểm của hình ảnh được tạo ra bởi thấu kính phân kì

– Khi vật được đặt rất xa thấu kính và vuông góc với trục chính, hình ảnh cũng sẽ được tạo ra và vuông góc với trục chính của thấu kính phân kì.

– Hình ảnh ảo của vật sẽ nằm ở một vị trí cách thấu kính một khoảng bằng với tiêu cự của nó.

– Dù vật sáng được đặt ở bất kỳ vị trí nào trước thấu kính phân kì, hình ảnh ảo luôn được tạo ra, nhỏ hơn vật, cùng chiều với vật và luôn nằm trong đoạn tiêu cự của thấu kính phân kì.

Tính chất của hình ảnh tạo bởi thấu kính phân kì

– Vị trí ảnh: Hình ảnh của vật luôn nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính (F’ < d’ < 0). Khi vật di chuyển gần thấu kính, hình ảnh sẽ di chuyển ra xa thấu kính và ngược lại.

– Kích thước ảnh: Hình ảnh của vật luôn nhỏ hơn vật (h’ < h). Tỉ số độ cao giữa hình ảnh và vật là h’/h = -d’/d.

– Chiều của ảnh: Hình ảnh của vật luôn cùng chiều với vật.

– Tính chất của ảnh: Hình ảnh của vật là ảnh ảo, không thể hiện trên màn chắn.

=> Tóm lại, thấu kính phân kì tạo ra hình ảnh ảo, cùng chiều với vật, nhỏ hơn vật và luôn nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính.

Cách xây dựng hình ảnh của một điểm sáng S được tạo ra bởi thấu kính phân kỳ

Bắt đầu từ điểm S, vẽ hai trong ba tia sáng đặc biệt tới thấu kính, sau đó kéo dài hai tia đó để tạo thành tia ló ra khỏi thấu kính.

Điểm giao nhau của hai tia ló sẽ là vị trí của hình ảnh thật S’ của điểm S. Ngoài ra, điểm giao của hai đường kéo dài của hai tia ló cũng chính là hình ảnh ảo S’ của điểm S được tạo ra bởi thấu kính phân kì.

Cách dựng ảnh của một vật sáng AB tạo bởi thấu kính phân kỳ

Để xây dựng hình ảnh của một vật sáng AB được tạo ra bởi thấu kính phân kì (biết AB nằm vuông góc với trục chính của thấu kính, điểm A nằm trên trục chính), chúng ta thực hiện các bước sau:

Trước tiên, xây dựng hình ảnh B’ của điểm B bằng cách sử dụng hai trong số ba tia sáng đặc biệt.

Sau đó, với điểm B’ đã xác định, ta hạ một tia vuông góc từ B’ xuống trục chính, và từ đó xác định được vị trí của hình ảnh A’ của điểm A.

Ứng dụng của thấu kính phân kỳ

Thấu kính phân kỳ có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau:

1. Ứng dụng trong kỹ thuật hình ảnh và máy ảnh: Thấu kính phân kỳ được sử dụng trong các máy ảnh và hệ thống quay phim để tạo ra hình ảnh rõ nét và sắc nét hơn, đồng thời cũng giúp điều chỉnh kích thước và chiều sâu của ảnh.
2. Ứng dụng trong công nghệ y tế: Thấu kính phân kỳ được sử dụng trong các thiết bị y tế như kính hiển vi và máy quét MRI để cải thiện chất lượng hình ảnh và đồng thời tăng độ phân giải.
3. Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất: Trong công nghiệp, thấu kính phân kỳ được sử dụng trong quá trình kiểm tra chất lượng và đo lường vật liệu, giúp nâng cao hiệu suất sản xuất và chính xác của quy trình sản xuất.
4. Ứng dụng trong viễn thông và quang học: Trong các ứng dụng viễn thông và quang học, thấu kính phân kỳ được sử dụng trong việc truyền tải và xử lý tín hiệu quang học, giúp tăng cường hiệu suất và chất lượng của hệ thống truyền dẫn dữ liệu.
5. Ứng dụng trong công nghệ oto và hàng không vũ trụ: Thấu kính phân kỳ cũng được sử dụng trong các hệ thống cảm biến và máy quét trên các phương tiện vận tải như ô tô và tàu vũ trụ, giúp cải thiện an toàn và hiệu suất của các hệ thống này.

Tổng quát, thấu kính phân kỳ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và chất lượng của nhiều ứng dụng công nghệ khác nhau.