لنز یا عدسی قطعه‌ای شفاف از جنس شیشه و یا پلاستیک است که حداقل یک سمت آن انحنا دارد. واژه لنز برگرفته از کلمه یونانی «lentil» و به معنای عدس است. به علت شباهت عدس به عدسی محدب که متداول‌ترین نوع عدسی است، این نام‌گذاری انجام‌شده است.
عدسی‌ها چه‌کار می‌کنند؟
نوری که از عدسی‌ها عبور می‌کند به‌موجب تفاوت ضریب شکست محیط پیرامون در مقایسه با محیط داخل عدسی، دچار تغییر سرعت و تغییر مسیر می‌شود. به بیان ساده‌تر نور خروجی از عدسی طوری به نظر می‌رسد که گویا از فاصله‌ای نزدیک‌تر و یا دورتر تابیده‌شده است. به همین دلیل هنگام مشاهده تصویر در عدسی‌ها، تصاویر دورتر و یا نزدیک‌تر از مکان واقعی‌شان به نظر می‌رسند.
انواع عدسی‌ها
عدسی‌ها به دو دسته اصلی عدسیهای محدب و عدسیهای مقعر تقسیم می‌شوند.
عدسی محدب
عدسی محدب نوعی عدسی است که قسمت مرکز آن به سمت بیرون عدسی خمیده است. به عدسیهای محدب به دلیل اینکه هنگام عبور امواج نور موازی از داخل آن‌ها، شعاع‌های نور به سمت یکدیگر خم می‌شوند و در نقطه‌ای معین همدیگر را قطع می‌کنند، عدسیهای همگرا گفته می‌شود. لازم به ذکر است که به نقطه‌ای که شعاع‌های نور بعد از عبور از عدسی همگرا می‌شوند و یا به بیان دیگر، در یک نقطه جمع می‌شوند، نقطه کانونی گفته می‌شود.
عدسی مقعر
در عدسیهای مقعر یا واگرا کاملاً برخلاف عدسیهای محدب، مرکز عدسی به سمت داخل انحنا دارد. همین امر موجب واگرایی و یا از هم دور شدن شعاع‌های نور هنگام عبور از عدسی می‌شود.
عدسی مقعر باعث دور شدن شعاع‌های نوری که قبل از تابش به این عدسی در حال حرکت در جهتی موازی بوده‌اند، می‌شود. اگر مسیر شعاع‌های نور را بعد از عبور نور از عدسی به سمت ورودی نور بررسی کنیم، در نقطه‌ای فرضی شعاع‌های نور کانون تشکیل خواهند داد؛ این نقطه کانون مجازی عدسی نام دارد. همچنین همانند عدسیهای محدب، به فاصله میان مرکز عدسی تا کانون (مجازی) عدسی، فاصله کانونی گفته می‌شود.
عدسی مرکب
با ترکیب عدسیهای محدب و مقعر می‌توان لنزها و یا به‌عبارت‌دیگر عدسی‌هایی ساخت که تغییرات پیچیده‌تری بر روی شعاع‌های نور اعمال می‌کنند. به عدسی که از دو و یا چند عدسی ساده تشکیل شده است، عدسی مرکب گفته می‌شود.
چطور قدرت عدسی‌ها را اندازه‌گیری کنیم؟
احتمالاً تابه‌حال با دوربین‌های شکاری و یا تلسکوپ به پیرامون خود نگاه کرده‌اید و متوجه این موضوع شده‌اید که میزان بزرگنمایی و یا در بعضی مواقع کوچک شدن اجسام هنگام مشاهده از چشمی این ابزارها با هم متفاوت است. سیستم اندازه‌گیری ساده‌ای برای فهم قدرت عدسیهای مختلف به نام فاصله کانونی وجود دارد. همان‌طور که قبلاً اشاره کردیم، فاصله کانونی به فاصله میان مرکز لنز تا کانون عدسی گفته می‌شود. فاصله کانونی کوتاه‌تر به معنای قدرت بیشتر عدسی است. (اگر یک شیشه تخت را همانند یک عدسی در نظر بگیریم، فاصله کانونی آن مساوی با بی‌نهایت خواهد بود، به‌عبارت‌دیگر شعاع‌های نوری که از داخل یک صفحه تخت شیشه‌ای عبور می‌کنند، هیچ‌گاه در نقطه‌ای کانون تشکیل نخواهند داد. در سمت دیگر اگر فرض کنیم کانون یک عدسی خاص درست بعد از خروج نور از سطح آن شکل میگیرد، آن عدسی قدرتمندترین عدسی خواهد بود)
فاصله کانونی برحسب واحدهای میلی‌متر، سانتی‌متر، اینچ و واحدی ویژه به نام دیوپتر اندازه‌گیری می‌شود. برای تغییر اندازه‌گیری فاصله کانونی بر اساس دیوپتر به متر بر اساس فرمولی که در پایین نوشته‌ایم باید عمل کرد.
برفرض این موضوع که فاصله کانونی عدسی برابر با ۲ دیوپتر باشد، با تقسیم ۱ متر بر ۲، فاصله کانونی برحسب سانتی‌متر که برابر با ۵۰ سانتی‌متر است، به دست می‌آید. به‌این‌ترتیب اگر فاصله کانونی عدسی ۱۰ دیوپتر باشد، فاصله کانونی آن عدسی برابر با ۱۰ سانتی‌متر خواهد بود. در نسخه‌های دریافتی از دکتر چشم‌پزشک و یا بینایی‌سنج نیز فاصله کانونی عدسیهای عینک‌ها با واحد دیوپتر نوشته شده است.
فاصله کانونی تنها قابلیت مهم در عدسی‌ها نیست. عدسیهای بزرگ‌تر نور بیشتری را نسبت به عدسیهای کوچک‌تر جذب می‌کنند و به همین دلیل می‌توانند تصویری با روشنایی بیشتر بسازند. این امر در هنگام انتخاب لنز برای دوربین‌ها، اهمیت بالایی دارد. در لنزهای عکاسی اندازه‌گیری مخصوصی به نام عدد f وجود دارد که بیانگر میزان گشودگی لنز است و از تقسیم فاصله کانونی بر قطر لنز به دست می‌آید. به‌طورکلی به همراه لنزهای با عدد f کوچک‌تر، می‌توان عکس‌هایی با روشنایی بالاتر گرفت و هرچه عدد f بزرگ‌تر باشد، محدوده فوکوس وسیع‌تر خواهد بود.
لنزهای قابل تنظیم (لنز زوم)
لنزهای عکاسی به دو دسته اصلی لنزهای فیکس (پرایم) و لنزهای زوم تقسیم می‌شوند. نوع پرایم لنزهایی هستند که فاصله کانونی ثابتی دارند، درنتیجه امکان تغییر در میزان بزرگنمایی در این لنزها وجود ندارد. این لنزها معمولاً از کیفیت اپتیکال بالا، حداکثر گشودگی دیافراگم بالاتر، وزن و اندازه کوچک‌تر نسبت به لنزهای زوم برخوردارند.
لنزهای زوم دارای فاصله کانونی متغیری هستند که به این واسطه می‌توان در هنگام استفاده، میزان بزرگنمایی تصویر را به همراه آن‌ها تغییر داد. این لنزها در بازه‌های فاصله کانونی متفاوتی برای نیازها و موقعیت‌های متفاوت تولید می‌شوند. در این نوع از لنزها، عدسیهای داخل لنز قادر به حرکت هستند و با تغییر فاصله عدسیهای داخلی لنز، فاصله کانونی قابل تغییر است. لنزهای زوم در دوربین‌های شکاری و تلسکوپ‌ها نیز استفاده می‌شوند. در بسیاری از دوربین‌های کامپکت و همچنین گوشی‌های هوشمند نیز امکان بزرگنمایی وجود دارد، اما در اکثر مواقع عملیات بزرگنمایی در این محصولات به‌صورت دیجیتال انجام می‌شود. برخلاف زوم اپتیکال، زوم دیجیتال باعث افت کیفیت تصویر می‌شود.
عدسی‌ها چه کاربردهایی دارند؟
در بسیاری از وسایل مانند چراغ‌های اتومبیل‌ها، چراغ‌قوه‌ها، لامپ‌های ال‌ای‌دی استفاده شده در بردهای الکترونیک، عدسی‌ها کاربرد دارند. همچنین در ساختار چشم‌های ما، عدسیهای دقیق و حیرت‌انگیزی وجود دارد. چشم‌ها، لنزهای بسیار قدرتمندی هستند که علاوه بر کیفیت اپتیکال بسیار بالا، سیستم فوکوس بسیار پیچیده و دقیقی نیز به همراه دارند که این سیستم توسط عضلات کوچکی کنترل می‌شود. برای درک بهتر سیستم فوکوس چشم، می‌توانید از یک دوربین دوچشمی شکاری استفاده کنید. از داخل دوربین دوچشمی به مسافت دور و بعد به جایی نزدیک نگاه کنید؛ متوجه خواهید شد که برای دید واضح نیاز به تنظیم فوکوس دوربین دوچشمی خواهید داشت. اما به‌محض نگاه کردن به هر سوژه‌‌ای در دور و نزدیک، چشم‌های ما به سرعت فوکوس را به‌صورت ایده‌آلی تنظیم می‌کنند.
لنزها در عدسی عینک‌ها، میکروسکوپ‌ها، پروژکتورهای ویدیویی و همچنین بر روی صفحه بسیاری از ساعت‌های مچی برای بزرگنمایی قسمتی از صفحه ساعت وجود دارند.
لنزها چطور ساخته می‌شوند؟
قبل از قرن بیستم و متداول شدن استفاده از پلاستیک، عدسی‌ها با سابیدن، شکل‌دهی و درنهایت صیقلی کردن قطعات شیشه‌ای ساخته می‌شدند. شیشه‌های معمولی که در پنجره‌ها از آن‌ها استفاده می‌کنیم به دلیل وجود حباب‌های هوا و سایر نواقص گزینه مناسبی برای ساخت لنز نیستند. وجود حباب‌های هوا، ناخالصی‌ها و سایر نواقص در شیشه‌ها موجب رفتار غیرمنظم در شکست نور و درنتیجه تصویری بی‌کیفیت می‌شود. به همین دلیل برای ساخت عدسی‌ها از نوعی شیشه با خلوص بالاتر که شیشه اپتیکال نام دارد، استفاده می‌شود.
بسیاری از افراد عدسیهای پلاستیکی را برای استفاده در عینک‌ها به عدسیهای شیشه‌ای ترجیح می‌دهند. عدسیهای پلاستیکی در مقایسه با عدسیهای شیشه‌ای هم سبک‌ترند و هم مقاومت بالاتری نسبت به ضربه و شکستن دارند. همچنین لنزهای پلاستیکی را می‌توان در انواع و خواص مختلف قالب‌گیری و تولید کرد که این موضوع نیز موجب قیمت مقرون‌به‌صرفه این نوع عدسی‌ها شده است. اما عدسیهای پلاستیکی به‌آسانی خش‌دار می‌شوند که باید به این موضوع به‌عنوان یکی از معایب عدسیهای پلاستیکی اشاره کرد. البته از مواد مختلفی به‌عنوان کوتینگ (لایه پوششی) بر روی عدسیهای پلاستیکی استفاده می‌شود تا این نوع عدسی‌ها مقاومت بیشتری داشته باشند. لازم به ذکر است که استفاده از کوتینگ محدود به عدسیهای پلاستیکی نمی‌شود و از انواع کوتینگ بر روی تمام عدسی‌ها برای مقاصد مختلفی ازجمله جلوگیری از انعکاس‌های اضافی، دفع چربی و آب استفاده می‌شود.
لنزها از چه مواد اولیه‌ای ساخته می‌شوند؟
اکثر لنزها از پلاستیک و یا شیشه ساخته می‌شوند. مسلماً لنزها را باید از مواد بسیار شفافی ساخت تا خواص اصلی شعاع‌های نور دچار انحراف نشوند. بعضی از عدسیهای اولیه مانند عدسی نمرود که قدمتی ۳۰۰۰ ساله دارد از کریستال ساخته شده‌اند که طبق تحقیقات به‌عمل‌آمده از این عدسی به‌عنوان ذره‌بین و یا برای برافروختن آتش استفاده می‌شده است. نرون کلاودیوس سزار نیز از لنزهایی که از زمرد ساخته می‌شدند برای تماشای نبردهای گلادیاتورها استفاده می‌کرده است. استفاده از ابزار اپتیکال مدرن مانند عینک‌های طبی و تلسکوپ‌ها از زمان کشف روش‌هایی برای ساخت عدسیهای باکیفیت مرسوم شدند؛ عینک طبی در قرن ۱۳ میلادی و تلسکوپ در قرن ۱۷ میلادی اختراع شدند.
در طول قرن بیستم با امکان ساخت عدسیهای باکیفیت پلاستیکی که هزینه ساخت بسیاری پایینی نیز دارند، استفاده از آن‌ها در بسیاری از وسایل متداول شد. البته عدسیهای پلاستیکی معایبی از قبیل عدم برابری کیفیت اپتیکال، تأثیر بیشتر تغییرات دمایی در از دست دادن خواص اپتیکال، عدم برابری در عبور امواج نور و عدم شکست نور به‌خوبی عدسیهای شیشه‌ای به همراه دارند. البته لازم به ذکر است که عدسیهای شیشه‌ای نیز معایبی مانند وزن سنگین، قیمت بالا و عدم مقاومت در برابر ضربه، به همراه دارند. با وجود این توضیحات می‌توان به این نتیجه رسید که عدسیهای پلاستیکی و عدسیهای شیشه‌ای، نقاط قوت و ضعف متفاوتی دارند و ازاین‌رو هرکدام از آن‌ها در شرایط و موقعیتی مختلف مناسب است.
