Tiêu cự của thấu kính: nguyên lý quang học nhãn khoa

Để hiểu được hệ thống quang học của mắt, chúng ta cần nắm được những nguyên tắc cơ bản của quang học, bao gồm vật lí về khúc xạ ánh sáng, tiêu điểm, tiêu cự, vv... Đầu tiên những nguyên tắc vật lý sẽ được trình bày một cách ngắn gọn, sau đó chúng ta sẽ thảo luận về quang học của mắt.

Hình. Hai thấu kính trên của hình này có cùng tiêu cự, nhưng tia sáng đi vào thấu kính trên thì song song, còn tia sáng đi vào thấu kính giữa thì phân kỳ; ảnh hưởng của tia song song và tia phân kì đến tiêu cự được thể hiện. Thấu kính dưới cùng có công suất khúc xạ lớn hơn nhiều so với một trong hai thấu kính còn lại (tức là nó có tiêu cự ngắn hơn nhiều), chứng tỏ rằng thấu kính càng mạnh thì tiêu điểm càng gần thấu kính.

Khoảng cách từ một thấu kính hội tụ đến nơi mà các tia sáng song song hội tụ tại một điểm được gọi là tiêu cự của thấu kính đó.

Các tia sáng đi đến thấu kính hội tụ không phải là một chùm tia song song mà là phân kì bởi vì nguồn phát các tia sáng không đặt xa thấu kính đó. Chính vì các tia sáng phân kì từ một nguồn phát, như trong hình vẽ nên nó không hội tụ tại nơi như của chùm tia song song. Hay nói cách khác, các tia sáng phân kì đi qua thấu kính hội tụ, thì khoảng cách từ điểm hội tụ đến thấu kính là xa hơn so với tiêu cự của thấu kính.

Mô tả các tia sáng phân kì đi tới một thấu kính hội tụ có độ cong nhiều hơn so với hai thấu kính kia. Trong hình vẽ này, khoảng cách từ thấu kính cho tới nơi mà các tia sáng hội tụ đúng bằng khoảng cách đó trong hình vẽ đầu tiên, hình mà thấu kính có độ hội tụ ít hơn nhưng chùm tia chiếu đến là song song. Điều này chứng tỏ rằng cả chùm tia song song và chùm tia phân kì đều có thể được hội tụ tại cùng một khoảng cách so với thấu kính, miễn là thấu kính thay đổi độ lồi thích hợp.

Mối liên quan giữa tiêu cự của thấu kính, khoảng cách so với nguồn sáng, và khoảng cách đến điểm hội tụ của thấu kính được mô tả trong công thức sau:

1/f = 1/a + 1/b

Trong đó f là tiêu cự của thấu kính, a là khoảng cách từ nguồn sáng đến thấu kính, và b là khoảng cách từ điểm hội tụ ở mặt kia đến thấu kính.