लेंस पारदर्शी वस्तुएं हैं जो सूर्य के प्रकाश को अपवर्तित कर सकती हैं। वे मुख्य रूप से कांच से बने होते हैं। शब्द "अपवर्तित प्रकाश" का अर्थ है घटना प्रकाश किरणों के प्रसार की दिशा बदलने की क्षमता। आइए विचार करें कि पतले लेंस में छवियों का निर्माण कैसे किया जाता है।
ऐतिहासिक पृष्ठभूमि
प्राचीन यूनानियों और रोमनों को ज्ञात पहले लेंस पानी से भरे गोलाकार कांच के बर्तन थे। आधुनिक ऑप्टिकल ग्लास के इन प्रोटोटाइप का इस्तेमाल आग जलाने के लिए किया जाता था।
13वीं शताब्दी के अंत में ही यूरोप में पहला ग्लास लेंस बनाया गया था। तब से, उनके निर्माण की प्रक्रिया में ज्यादा बदलाव नहीं आया है। 17वीं शताब्दी में आइजैक न्यूटन द्वारा ऑप्टिकल वस्तुओं की सतहों को चमकाने के लिए टार का उपयोग एकमात्र नवाचार था।
ऑप्टिकल ग्लास को इकट्ठा करना और बिखेरना
पतले लेंस में छवियों के निर्माण को समझना आसान बनाने के लिए, विचार करेंसवाल यह है कि ऑप्टिकल ग्लास क्या हैं। सामान्य तौर पर, केवल दो प्रकार के लेंस होते हैं, जो उनके आकार और प्रकाश प्रवाह को अपवर्तित करने की क्षमता में भिन्न होते हैं। निम्नलिखित प्रकार प्रतिष्ठित हैं:
- अभिसारी लेंस। इस प्रकार के किनारों की मोटाई से इसके मध्य भाग की मोटाई अधिक होती है। एक अभिसारी लेंस में परिणामी छवि उस पर पड़ने वाले प्रकाश के दूसरी तरफ बनती है। इस प्रकार में प्रकाश को एक बिंदु (सकारात्मक फोकस) में एकत्रित करने की क्षमता होती है।
- अपसारी लेंस। इनका मध्य भाग किनारों से पतला होता है। अपने आकार के कारण, ये ऑप्टिकल ग्लास उन पर प्रकाश की घटना को बिखेरते हैं, जिससे लेंस के उसी तरफ एक छवि का निर्माण होता है, जिस पर किसी वस्तु से किरणें गिरती हैं। उत्पन्न छवि वास्तविक वस्तु से बहुत छोटी है। यदि इस प्रकाशिक कांच द्वारा प्रकीर्णित किरणों को इस प्रकार जारी रखा जाए कि उनका उद्गम निर्धारित किया जा सके, तो ऐसा प्रतीत होगा कि वे इसके सामने एक बिंदु से निकलती हैं। इस बिंदु को फोकस कहा जाता है, जो एक अपसारी लेंस के लिए ऋणात्मक या काल्पनिक होता है।
ऑप्टिकल चश्मे के विभिन्न आकार
मौजूदा दो प्रकार के लेंस कई तरह से बनाए जा सकते हैं। निम्नलिखित 6 रूप प्रतिष्ठित हैं:
- उभयलिंगी।
- प्लानो-उत्तल।
- उत्तल मेनिस्कस (अवतल-उत्तल) के साथ।
- बीकोनकेव।
- प्लानो-अवतल।
- एक अवतल मेनिस्कस (उत्तल-अवतल) के साथ।
उत्तल कांच के तत्व
लेंस और भवन की भौतिकी को समझने के लिएपतले इमेजिंग लेंस, इस ऑप्टिकल ऑब्जेक्ट के मूल तत्वों को जानना आवश्यक है। आइए उन्हें सूचीबद्ध करें:
- प्रकाशिक केंद्र (O) वह बिंदु है जिससे होकर प्रकाश बिना अपवर्तित हुए गुजरता है।
- मुख्य अक्ष एक सीधी रेखा है जो प्रकाशिक केंद्र के बिंदु और मुख्य फोकस से होकर गुजरती है।
- मुख्य या मुख्य फोकस (F) वह बिंदु है जिसके माध्यम से प्रकाश किरणें या उनके विस्तार गुजरते हैं यदि वे ऑप्टिकल ग्लास पर अपनी मुख्य धुरी के समानांतर गिरते हैं।
- सहायक अक्ष - कोई भी सीधी रेखा जो प्रकाशिक केंद्र से होकर गुजरती है।
- वक्रता की त्रिज्या लेंस बनाने वाले गोले की दो त्रिज्याएँ R1 और R2 हैं।
- वक्रता केंद्र - गोले के दो केंद्र, C1 और C2, जो ऑप्टिकल ग्लास की सतह बनाते हैं।
- फोकल लेंथ (f) - फोकल पॉइंट और ऑप्टिकल सेंटर के बीच की दूरी। मान (f) की एक और परिभाषा है: यह ऑप्टिकल लेंस के केंद्र से छवि तक की दूरी है, जो असीम रूप से दूर स्थित वस्तु देता है।
ऑप्टिकल गुण
चाहे वह एक साधारण उत्तल ग्लास हो या जटिल ऑप्टिकल सिस्टम, जो अलग-अलग लेंसों का एक संग्रह है, उनके ऑप्टिकल गुण दो मापदंडों पर निर्भर करते हैं: फोकल लंबाई और फोकल लंबाई और लेंस के व्यास के बीच संबंध।
फोकल लेंथ को दो तरह से मापा जाता है:
- सामान्य दूरी की इकाइयों में, जैसे कि 10cm, 1m, इत्यादि।
- डायोप्टर में, यह एक ऐसा मान है जो मीटर में मापी गई फोकल लंबाई के व्युत्क्रमानुपाती होता है।
उदाहरण के लिए, 1 डायोप्टर की शक्ति वाले ऑप्टिकल ग्लास की फोकल लंबाई 1 मीटर होती है, जबकि 2 डायोप्टर की क्षमता वाले लेंस की फोकल लंबाई केवल 0.5 मीटर होती है।
लेंस का व्यास और फोकल लंबाई के साथ इसका संबंध प्रकाश या उसके प्रकाश आउटपुट को इकट्ठा करने के लिए ऑप्टिकल ग्लास की क्षमता को निर्धारित करता है।
लेंस से गुजरने वाली किरणों के गुण
8 वीं कक्षा के स्कूलों में, पतले लेंस में चित्र बनाना भौतिकी के महत्वपूर्ण विषयों में से एक है। इन छवियों को बनाने का तरीका जानने के लिए, किसी को न केवल मूल अवधारणाओं और तत्वों को जानना चाहिए, बल्कि वैकल्पिक रूप से सक्रिय वस्तु से गुजरने वाली कुछ किरणों के गुणों को भी जानना चाहिए:
- मुख्य अक्ष के समानांतर गुजरने वाली कोई भी किरण इस तरह से अपवर्तित होती है कि या तो यह फोकस से गुजरती है (एक अभिसारी लेंस के मामले में), या इसकी काल्पनिक निरंतरता फोकस से गुजरती है (एक के मामले में) भिन्न एक).
- फोकस से गुजरने वाली किरण को अपवर्तित कर दिया जाता है ताकि वह मुख्य अक्ष के समानांतर अपनी गति जारी रखे। ध्यान दें कि एक अपसारी लेंस के मामले में, यह नियम मान्य है यदि उस पर बीम की घटना की निरंतरता ऑप्टिकल वस्तु के दूसरी तरफ स्थित फोकस से गुजरती है।
- लेंस के केंद्र से गुजरने वाली प्रकाश की कोई भी किरण किसी भी अपवर्तन का अनुभव नहीं करती है और दिशा नहीं बदलती है।
पतले लेंस में चित्र बनाने की विशेषताएं
यद्यपि ऑप्टिकल एकत्रित करना और बिखेरनाचश्मे में समान गुण होते हैं, उनमें से प्रत्येक में छवियों के निर्माण की अपनी विशेषताएं होती हैं।
छवियों का निर्माण करते समय, पतले लेंस का सूत्र है:
1/एफ=1/डीओ+1/डीमैं, जहां do और di ऑप्टिकल केंद्र से वस्तु और उसकी छवि तक की दूरी है।
ध्यान दें कि फोकस दूरी (f) अभिसारी लेंस के लिए धनात्मक है और अपसारी लेंस के लिए ऋणात्मक है।
एक एकत्रित ऑप्टिकल ग्लास से गुजरने वाली किरणों के उपरोक्त गुणों के प्रयोग से निम्नलिखित परिणाम प्राप्त होते हैं:
- यदि वस्तु 2f से अधिक की दूरी पर स्थित है, तो एक वास्तविक छवि प्राप्त होती है, जिसका आकार वस्तु से छोटा होता है। हम इसे उल्टा देखते हैं।
- लेंस से 2f की दूरी पर रखी गई वस्तु के परिणामस्वरूप वस्तु के समान आकार का वास्तविक उल्टा प्रतिबिंब बनता है।
- यदि वस्तु f से अधिक लेकिन 2f से कम की दूरी पर हो, तो उसका वास्तविक उल्टा और बड़ा प्रतिबिम्ब प्राप्त होता है।
- यदि वस्तु केंद्र बिंदु पर है, तो ऑप्टिकल ग्लास से गुजरने वाली किरणें समानांतर हो जाती हैं, जिसका अर्थ है कि कोई छवि नहीं है।
- यदि कोई वस्तु एक फोकस दूरी से अधिक निकट है, तो उसका प्रतिबिम्ब काल्पनिक, सीधा और स्वयं वस्तु से बड़ा होगा।
चूंकि अभिसारी और अपसारी लेंस से गुजरने वाली किरणों के गुण समान होते हैं, इस प्रकार के पतले लेंस द्वारा दिए गए प्रतिबिम्बों का निर्माण समान नियमों के अनुसार किया जाता है।
चित्रविभिन्न अवसरों के लिए इमेजिंग
चित्रों में, एक अभिसारी लेंस को एक रेखा द्वारा इंगित किया जाता है जिसके सिरों पर बाहर की ओर इशारा करते हुए तीर होते हैं, और एक अपसारी लेंस को एक रेखा द्वारा इंगित किया जाता है जिसके सिरों पर तीर होते हैं जो अंदर की ओर निर्देशित होते हैं, अर्थात, एक दूसरे पर।
पतले लेंस में छवियों के निर्माण के लिए विभिन्न प्रकार के चित्र, जिनकी चर्चा पिछले पैराग्राफ में की गई थी, नीचे दिए गए चित्र में दिखाए गए हैं।
जैसा कि आकृति से देखा जा सकता है, सभी छवियां (किसी भी प्रकार के ऑप्टिकल ग्लास और उनके सापेक्ष वस्तु के स्थान के लिए) दो बीम पर बनाई गई हैं। एक को मुख्य अक्ष के समानांतर निर्देशित किया जाता है, और दूसरा ऑप्टिकल केंद्र से होकर गुजरता है। इन पुंजों का उपयोग सुविधाजनक होता है क्योंकि लेंस से गुजरने के बाद इनके व्यवहार का पता चल जाता है। यह भी ध्यान दें कि वस्तु का निचला किनारा (इस मामले में लाल तीर) मुख्य ऑप्टिकल अक्ष पर स्थित है, इसलिए यह केवल वस्तु के शीर्ष बिंदु की छवि बनाने के लिए पर्याप्त है। यदि वस्तु (लाल तीर) ऑप्टिकल ग्लास के सापेक्ष मनमाने ढंग से स्थित है, तो इसके ऊपरी और निचले दोनों हिस्सों की स्वतंत्र रूप से एक छवि बनाना आवश्यक है।
किसी भी इमेज को बनाने के लिए दो बीम काफी हैं। यदि परिणाम को लेकर अनिश्चितता है, तो इसे तीसरी किरण का उपयोग करके जांचा जा सकता है। इसे फोकस के माध्यम से निर्देशित किया जाना चाहिए (अभिसारी लेंस के सामने और अपसारी लेंस के पीछे), फिर ऑप्टिकल ग्लास से गुजरने और उसमें अपवर्तन के बाद, बीम मुख्य ऑप्टिकल अक्ष के समानांतर होगा। यदि पतले लेंस में प्रतिबिम्ब बनाने की समस्या का समाधान हो जाता हैठीक है, तो यह उस बिंदु से गुज़रेगी जहाँ दो मुख्य किरणें प्रतिच्छेद करती हैं।
ऑप्टिकल वस्तुओं के निर्माण की प्रक्रिया
ज्यादातर लेंस विशेष प्रकार के कांच से बने होते हैं जिन्हें ऑप्टिकल लेंस कहा जाता है। इस तरह के गिलास में कोई आंतरिक तनाव, हवा के बुलबुले और अन्य खामियां नहीं हैं।
लेंस बनाने की प्रक्रिया कई चरणों में होती है। सबसे पहले, वांछित आकार की अवतल या उत्तल वस्तु को उपयुक्त धातु के औजारों का उपयोग करके ऑप्टिकल ग्लास के एक ब्लॉक से काट दिया जाता है। फिर इसे टार से पॉलिश किया जाता है। अंतिम चरण में, अपघर्षक उपकरणों का उपयोग करके ऑप्टिकल ग्लास का आकार बदला जाता है ताकि गुरुत्वाकर्षण का केंद्र ऑप्टिकल केंद्र के साथ बिल्कुल मेल खाता हो।
विभिन्न प्रकार के प्लास्टिक को प्राप्त करने और संसाधित करने के लिए प्रौद्योगिकियों के विकास के कारण, लेंस अब तेजी से पारदर्शी प्रकार के प्लास्टिक से बनाए जा रहे हैं, जो अपने ग्लास समकक्षों की तुलना में सस्ते, हल्के और कम नाजुक होते हैं।
आवेदन क्षेत्र
विभिन्न दृष्टि समस्याओं को हल करने के लिए ऑप्टिकल चश्मे का उपयोग किया जाता है। इसके लिए, प्लास्टिक कॉन्टैक्ट लेंस और ग्लास वाले (चश्मे के साथ) दोनों का उपयोग किया जाता है।
इसके अलावा, फोटोग्राफिक कैमरों, माइक्रोस्कोप, टेलीस्कोप और अन्य ऑप्टिकल उपकरणों में ऑप्टिकल ग्लास का उपयोग किया जाता है। वे लेंस की एक पूरी प्रणाली का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, सबसे सरल सूक्ष्मदर्शी के मामले में, जिसमें दो ऑप्टिकल ग्लास होते हैं, पहला वाला वस्तु की वास्तविक छवि बनाता है, औरदूसरे का उपयोग इसकी छवि को बड़ा करने के लिए किया जाता है। इसलिए, पतले लेंस में छवियों के निर्माण के नियमों के अनुसार, दूसरा ग्लास पहले से उचित दूरी पर स्थित है।
