Soczewka – proste urządzenie optyczne składające się z jednego lub kilku sklejonych razem bloków przezroczystego materiału (zwykle szkła, ale też różnych tworzyw sztucznych, żeli, minerałów, a nawet parafiny ). Istotą soczewki jest to, że przynajmniej jedna z jej powierzchni roboczych jest zakrzywiona, np. jest wycinkiem sfery, innej obrotowej krzywej stożkowej jak parabola, hiperbola lub elipsa, albo walca.

Ze względu na dobór powierzchni ograniczających rozróżniamy soczewki:
wypukłe- dwuwypukłe, płasko wypukłe, płasko-wklęsłe i wypukło wklęsłe, przypominające dwa pryzmaty złączone wierzchołkami.
wklęsłe- dwuwklęsłe, płasko-wklęsłe i wypukło- wklęsłe, przypominające dwa pryzmaty złączone wierzchołkami.

Właności skupiające soczewki, np. światła Oznacza to, ze gdy do soczewki docierają równoległe promienie światła, to po przejściu przez nią wszystkie te promienie- nazywane wiązką promieni "spotkają" się w jednym punkcie – ogniskiem soczewki, lub punktem skupienia. Soczewka zmienia bieg promieni i nie są one już do siebie równoległe, ale przecinają się w ognisku soczewki. Położenie tego punktu zależy od promieni krzywizny obu powierzchni ograniczających soczewkę, a także materiału, z którego soczewka jest wykonana i otoczenia, w którym się znajduje. Z kolei odległość ogniska soczewki od środka optycznego soczewki nazywamy ogniskową. Im powierzchnie soczewki są bardziej spłaszczone, tym dłuższa jest ogniskowa tej soczewki, czyli ognisko znajduje się dalej od soczewki. Jeśli ogniskowa jest dodatnia to soczewka jest skupiająca- padająca na soczewkę wiązka róznolegych do osi promienie ulegla skupieniu w ognisku, a jeśli jest ujemna soczeka jest rozpraszająca, wiązka równoległa do osi, po przejściu przez soczewkę staje się wiązką rozbieżną, w ognisku przecinają się przedłużenia promieni. Oś symetrii soczewki, nosi nazwę jej główną osią.
Zdloność skupiająca soczewki - Wielkość ta, to odwrotność wartości ogniskowej z=1/f. Jej jednostką są dioptrie [z=1/f] = 1D = 1/1m. Ma zdolność skupiającą dodatnią, rozpraszająca ujemną.

Równanie soczewki jest to równanie określające zależność pomiędzy odległością przedmiotu od soczewki a odległością jego obrazu otrzymanego w tej soczewce

gdzie

x – odległość przedmiotu od soczewki,

y – odległość obrazu od soczewki,

f – ogniskowa soczewki.

Zastosowanie soczewek:

• lupy,

• lornetki, okulary lecznicze,

• szkła kontaktowe,

• aparaty fotograficzne

• kamery

• mikroskopy

• optyczne urządzenia astronomiczne, itp.

Działanie oka
Światło wpadające do oka biegnie przez rogówkę, komorę przednią oka, soczewkę i ciało szkliste, by zakończyć swą podróż na siatkówce wywołując wrażenie wzrokowe przekazywane do mózgu za pośrednictwem nerwów łączących się w nerw wzrokowy. Rogówka, wraz z cieczą wodnistą, soczewką i ciałem szklistym, stanowią układ skupiający promienie świetlne tak, by na siatkówce pojawiał się ostry obraz obserwowanego przedmiotu i dawał jak najostrzejsze wrażenie wzrokowe. Dlatego też soczewka ma możliwość zmiany swojego kształtu, a co za tym idzie mocy optycznej. Pozwala to na ogniskowanie na siatkówce przedmiotów znajdujących się w różnych odległościach od oka. Zdolność tę nazywamy akomodacją. Ostre widzenie uzyskiwane jest wtedy, gdy ognisko obrazowe pokrywa się z siatkówką. W przypadku, gdy oko nie jest w stanie zogniskować światła dokładnie na siatkówce mówimy o wadach wzroku.

Wady oka:
krótkowidz- ma zbyt wydłużoną gałkę oczną, na skutek czego, mimo akomodacji, promienie w jego oku przecinają się na ogół przed siatkówką. Zdolność skupiająca soczewki jego oka jest zbyt duża, powoduje to, że obraz powstający na siatkówce jest nie ostry. Żeby dobrze zobaczyć przedmiot krótkowidz przysuwa go bliżej oczu. Krótkowidz patrząc na obiekty odległe nie może pomóc sobie akomodacją. Jeśli jednak jest wystarczająco jasno to pomaga sobie mrużąc oczy, zmniejszając rozproszenie obrazu na siatkówce poprzez zwiększenie głębi ostrości. W celu poprawy ostrości widzenia krótkowidza stosuje się okulary korekcyjne lub soczewki kontaktowe. Są to soczewki rozpraszające wklęsło-wypukłe^[1]. Ich moc optyczną podaje się w dioptriach dodając znak minus.
Dalekowidz- ma małą zdolność skupiającą soczewki oka, stąd obraz powstaje za siatkówką. Musi zatem stosować okulary z soczewkami skupiającymi. Wada ta pojawia się często u osób starszych, najczęściej jest to spowodowane obniżeniem sprawności mięśni oka, nie utrzymujących właściwej wypukłości soczewki.

Krótkowzroczność Dalekowzroczność

Głownym elementem aparatu fotograficznego, aparatu projekcyjnego, kamery i rzutnika pisma jest obiektyw, który jest soczewką skupiającą. W przypadku aparaty fotograficznego przedmiot znajduje się w odległości x>2f, a na kliszy fotograficznej otrzymujemy obraz pomniejszony, odwrócony i rzeczywisty.

J eden z najprostszych przyrządów optycznych współpracujących z okiem który stanowi po prostu odpowiednio oprawiona soczewka skupiająca o odpowiednio dużej zdolności skupiającej, i który służy do uzyskiwania powiększonych obrazów niewielkich przedmiotów. Lupy powiększające- obraz w mniejszym stopniu zalicza się do szkieł powiększających. Mikroskop prosty - Jest to lupa umożliwiająca obserwowanie drobnych obiektów z powiększeniem ich obrazów wynoszącym kilkanaście a nawet kilkadziesiąt razy. Przedmiot oglądany za pomocą lupy umieszcza się w odległości mniejszej niż wynosi ogniskowa soczewki. Powstaje wtedy prosty, powiększony obraz pozorny przedmiotu. Działanie lupy polega na zwiększeniu kąta pod jakim widzimy obraz. Gdy chcemy dostrzec drobne szczegóły przedmiotu, staramy się widzieć go pod dużym kątem widzenia .W tym celu przedmiot przesuwamy możliwie blisko oka. Oglądanie przedmiotu z tak małej odległości połączone jest z szybkim męczeniem się oka. Dzięki lupie oko się nie męczy.

L ornetka jest to przyrząd ułatwiający oglądanie obojgiem oczu odległych przedmiotów. Składający się z odpowiednio połączonych dwóch lunet.Lornetka pryzmatyczna posiada zarówno okular, jak i obiektyw o dodatniej ogniskowej, pomiędzy nimi znajduje się układ pryzmatyczny umożliwiający otrzymanie prostego, nie odwróconego obrazu. Najczęściej w lornetkach pryzmatycznych, uzyskuje się powiększenia od 6-do 12-krotnych. Aby powiększyć obraz uzyskany przez obiektyw i skierować go do naszego oka w formie równoległych wiązek światła używa się okularu, który w najprostszej postaci może składać się z jednej soczewki rozpraszającej lub skupiającej. W lornetce znajdują się jeszcze pryzmaty, które służą do odwrócenia obrazu uzyskiwanego przez obiektyw, tak aby po przejściu przez okular był on prosty.

P rzyrząd optyczny złożony z dwóch elementów optycznych: obiektywu (może nim być soczewka skupiająca lub zwierciadło wklęsłe) i okularu lub z okularu i zwierciadła, połączonych tubusem. Teleskopy dają obraz rzeczywisty powiększony, odwrócony lub prosty. Im większa będzie powierzchnia obiektywu, tym więcej światła skupi on w swoim ognisku.
Teleskop ma przede wszystkim za zadanie zebrać jak najwięcej promieniowania emitowanego przez odległe, a więc z reguły bardzo słabe obiekty, dlatego podstawowym parametrem charakteryzującym jego możliwości jest średnica jego obiektywu. Od średnicy zależy też możliwość rozróżniania szczegółów obrazu tworzonego przez teleskop, co wynika z falowej natury światła. Obraz utworzony przez obiektyw w ognisku można np. oglądać przez okular, spełniający tu rolę lupy. Kątowe powiększenie takiego teleskopu jest równe stosunkowi ogniskowej obiektywu do ogniskowej okularu. O wyborze okularu decyduje obserwator, zatem powiększenie nie jest ustalonym parametrem teleskopu. Obecnie rzadko prowadzi się profesjonalne obserwacje wizualne, gdyż zazwyczaj istotne jest utrwalenie obrazu tworzonego przez teleskop, często w zakresie promieniowania niedostępnym dla oka (bezpośrednio na kliszy fotograficznej lub w obrazowym urządzeniu elektronicznym), albo wykonanie fizycznych badań światła skupianego przez teleskop (natężenia, składu widmowego), do czego służą fotometry i spektrografy umieszczane w ognisku teleskopu.Obiektyw klasycznego teleskopu optycznego utworzony jest ze skupiającego układu soczewek lub wklęsłego lustra. W pierwszym przypadku teleskop n azywa się refraktorem, w drugim - reflektorem. Pojedyncza soczewka skupiająca nie może stanowić obiektywu dobrego teleskopu, gdyż właściwe jej wady (aberracja sferyczna i chromatyczna) czyniłyby taki teleskop urządzeniem praktycznie bezwartościowym dla profesjonalnej astronomii. Obiektyw refraktora składa się zazwyczaj z co najmniej trzech soczewek, w których odpowiedni dobór krzywizn, współczynników załamania szkła i usytuowania zapewnia znaczne zmniejszenie wspomnianych wad całego układu. Obiektyw lustrzany z natury rzeczy nie ma aberracji chromatycznej, brak aberracji sferycznej zapewnia kształt lustra (zazwyczaj paraboloida obrotowa), a gięcie się szkła pod własnym ciężarem eliminuje się, podpierając tylną ścianę lustra w tylu punktach, w ilu potrzeba (co jest wykluczone w przypadku soczewek). Dlatego największe współczesne teleskopy to reflektory. Ich niedogodnością jest jedynie konieczność odnawiania co jakiś czas aluminiowej powierzchni odbijającej światło.

Lunety służą głównie do obserwacji odległych przedmiotów. Składają się z dwóch podstawowych części: obiektywu i okulara, osadzonych współosiowo na przeciwległych końcach metalowej rury. Długość rury jest tak dobrana, aby ognisko obrazowe obiektywu pokrywało się z ogniskiem przedmiotowym . Luneta jest zatem układem bezogniskowym, tzn. że równoległa wiązka światła wchodząca do lunety wychodzi z niej również jako równoległa. Rozmiary obrazu otrzymywanego za pomocą lunety nie są większe od rzeczywistych rozmiarów przedmiotu; działanie jej polega jedynie na powiększeniu kąta widzenia pod jakim patrzymy na przedmiot, czyli na pozornym zbliżeniu przedmiotu do obserwatora. Niekiedy wynalazek lunety przypisuje się XII-wiecznemu angielskiemu filozofowi Rogerowi Baconowi. Jednak o wiele bardziej prawdopodobne jest to, że wymyślili ją wcześniej uczeni arabscy. Pierwszą lunetę skonstruował optyk holenderski Z. Jansen w 1604. Istnieją dwa zasadnicze rodzaje lunet soczewkowych: luneta Keplera i luneta Galileusza.
Luneta astronomiczna, zwana także lunetą Keplera składa się z dwóch współosiowych układów optycznych, z których każdy ma właściwości soczewki skupiającej. Zadaniem obiektywu Ob jest wytworzenie rzeczywistego, odwróconego i zmniejszonego obrazu odległego przedmiotu. Ten powstający w ognisku obiektywu obraz jest następnie oglądany przez lupę, zwaną okularem Ok.