Optics sont partout - les téléviseurs, les lunettes, les téléphones cellulaires. La science de la lumière et de la technologie de la manipulation de la lumière envahissent notre société. Une raison est que la lumière suit des règles très simples. Cela rend plus facile de concevoir un système et de prédire comment cela va fonctionner. L'un des outils les plus précieux utilisés pour prédire et d'améliorer la performance des systèmes optiques est le tracé de rayons. faisceaux virtuels - plus correctement appelés rayons virtuels - sont une classe spéciale de rayon optique.
Tracé laser
Les scientifiques et les ingénieurs définissent un rayon comme un petit segment d'un faisceau lumineux. Par exemple, si une ampoule était entouré par une sphère en carton opaque, puis un petit sténopé a été mis dans le carton, que la lumière viendrait près de ce que les scientifiques considèrent comme un rayon. Il est une définition utile, car les performances des systèmes optiques peuvent être représentés par la façon dont le système change quelques rayons.
Règles Ray-Tracing
Une lentille simple, telle que celle d'un téléphone cellulaire, prendra lumière lointaine - le soleil, par exemple, ou peut-être un lampadaire à l'autre extrémité du bloc - et de se concentrer à un point. La distance entre la lentille à ce point focalisé est appelé la longueur focale. Un rayon qui pénètre dans la lentille parallèlement à son axe sera plié pour passer par le point focal. Un rayon qui pénètre dans la lentille après avoir voyagé à travers le point focal émergera parallèle à l'axe. Un rayon qui passe par le centre d'une lentille ne sera pas pliée du tout. En calculant ou le dessin où ces rayons traversent, les performances d'une lentille peut être prédite.
Make It Complicated
Une lentille complexe, comme l'un dans un appareil photo haute performance ou d'un projecteur de film, est composé de plusieurs lentilles individuelles mis en place. En raison des règles simples de l'optique et de la valeur de la trace des rayons X, les performances de l'ensemble du système peut être prédite en suivant quelques rayons à travers le système. Parce que cela peut être fait mathématiquement, les ingénieurs utilisent des programmes informatiques ray-tracing pour concevoir des systèmes optiques, les retravailler jusqu'à ce qu'ils soient juste à droite.
aller virtuel
Un miroir plan est une des optiques simples. Quand vous regardez dans un miroir, il semble comme s'il y a tout un monde de l'autre côté, même si il n'y a rien là, mais le dos du miroir. Cependant, vous pouvez imaginer un rayon qui se déplace de la pointe de votre nez, par exemple, pour le miroir, puis à travers le miroir. Pour voir le bout de votre nez dans le miroir, vous vous concentrez vos yeux derrière la surface du miroir. Il n'y a pas de lumière derrière le miroir, mais la lumière semble venir de là. C'est un rayon virtuel.
Un autre besoin de rayons virtuels
Une loupe est un autre bon exemple d'un système qui peut le mieux être analysé avec des rayons virtuels. Une loupe est créé lorsqu'un objectif est utilisé pour regarder un objet qui est plus près que sa propre longueur focale. Lorsque vous regardez à travers une loupe, il apparaît comme si la lumière provient d'un objet plus grand derrière l'objectif. La lumière est pas en réalité à venir de l'endroit où vos yeux se concentrent. Vos yeux regardent une image virtuelle créée par la projection des rayons virtuels.