Lenses

  Lenses

A lens is a piece of transparent material such as glass or plastic, with curved surfaces. There are 2 types of lenses, convex / converging lens and concave / diverging lens. Here is a brief introduction of terms used in ray diagram for lenses:

An object emanates an infinite number of light rays. However, when drawing ray diagrams for lenses, 3 light rays from the object known as the principal rays are defined:
Ray 1: Incident ray through optical center, C, passes without refraction.
Ray 2: Incident ray parallel to principal axis is refracted to pass through focal point, F.
Ray 3: Incident ray through focal point, F, is refracted to pass parallel to principal axis.

The point where the 3 rays meet is where the image is formed. Therefore, any 2 of the 3 principal rays is needed to find the image position. Also, the rays do not stop at the image.

A convex lens converges the light rays that pass through the lens. 6 different types of images can be formed depending on the position of the object.

When :                     Properties:                                         Used for:

1. u= infinity                - Real                                                                 
                                   - Inverted
                                   - Diminished                                        Telescope (objective lens)                                                          
                                   - Laterally inverted
                                   - v = f


2. u>2f                        - Real
                                   - Inverted
                                   - Diminished                                         Camera/Human Eyes
                                   - Laterally inverted
                                   - f < v < 2f


3. u=2f                       - Real
                                  - Inverted 
                                  - Same size as object                           Photocopier (equal-size copy)                                                          
                                  -  Laterally inverted
                                  - v = 2f


4. f<u<2f                    - Real
                                  - Inverted
                                  - Magnified                                             Photocopier (enlarged copy)                                                   
                                  - Laterally inverted
                                  - v > 2f


5. u=f                         - Virtual
                                  - Upright
                                  - Magnified
                                  - Not laterally inverted                            Telescope (eyepiece)                                                
                                  - Image appears to be coming from infinity


6. u<f                       - Virtual
                                - Upright
                                - Magnified                                               Magnifying glass                                 - - 
                                - Not laterally inverted
                                - Image appears to be coming from the same side of the lens as the object


Legend:
u: object distance
v: image distance
f: focal length