Name: The History and Science of Lenses
Uploaded: 2019-10-07T16:26:26.000Z
Duration: 25 min 28 s
Description: Thousands of YouTube videos with English-Chinese subtitles! Now you can learn to understand native speakers, expand your vocabulary, and improve your pronunciation...

Hi! John Hess from Filmmaker IQ.com and today we'll dive into the history and science

Chào các bạn! Tôi là John Hess đến từ Filmaker IQ.com và hôm nay tôi sẽ nói về lịch sử phát triển, khía cạnh khoa học của ống kính

of lenses and how these little pieces of glass make filmmaking possible.

và làm cách nào những mẩu thủy tinh nhỏ xíu này có thể giúp quay phim trở thành hiện thực

People have been fascinated by the properties of translucent crystals and glass since antiquity

long before we understood any about light.

Con người đã từng thấy rất hứng thú với đặc tính của các tinh thể trong suốt và thủy tinh từ thời cổ đại

The first lens or oldest artifact that resembled a lens is the Nimrud lens - dating back 750

rất lâu trước khi chúng ta hiểu được bất cứ thứ gì về bản chất của ánh sáng

to 710 BC Assyria. The intended use of this piece of

Thấu kính đầu tiên hay di vật cổ nhất có đặc điểm giống một thấu kính được gọi là thấu kính Nimrud

polished crystal is still a bit of a mystery - perhaps it was just used a decorative stone, perhaps it was

có niên đại từ năm 750 cho tới năm 710 trước Công nguyên (thời kỳ Assyria)

used as a magnifying glass for making intricate engraving or

Mục đích sử dụng của miếng kính được đánh bóng này cho đến nay vẫn còn là một bí ẩn

có thể nó được dùng làm đá trang trí

The Ancient Greeks and Romans give us the first recorded mention of a lens in Aristophanes'

có thể nó được dùng làm kính phóng đại để dùng trong quá trình chạm khắc tinh xảo

play “The Clouds” from 424 BC mentioning a burning-glass -

a fire starting magnifying glass made out of water filled glass sphere. In fact our

Người Hy Lạp và La Mã cổ đại cung cấp cho chúng ta một bản ghi chép đầu tiên về một thấu kính trong một vở kịch của Aristophanes

word “lens” comes from the Latin for Lentil which is shaped like a

mang tên "The Clouds" (Những đám mây) từ năm 424 trước Công nguyên

có nhắc tới thứ thủy tinh cháy (burning glass) là một thấu kính phóng đại tạo lửa được làm từ một khối cầu thủy tinh chứa nước.

But these first lenses were either polished crystals or water filled glass vessels - the

Trong thực tế, từ "thấu kính" (lens) mà chúng ta dùng ngày nay có nguồn gốc Latin là Lentil

idea of producing a lens purely out of glass didn't come

là một thứ có hình dạng như thấu kính hội tụ hai mặt

Tuy nhiên những thấu kính đầu tiên này được chế tạo bằng cách đánh bóng tinh thể hoặc đổ nước vào bình thủy tinh

It began with this man: Abu Ali Hasan Ibn Al-Haitham, also known as Alhazen. Born in

ý tưởng về chế tạo thấu kính chỉ từ thủy tinh phải tới thời kỳ Trung cổ mới xuất hiện

Basrah in 945AD in what is now present day Iraq, he settled in

Nó bắt đầu từ người đàn ông này: Abu Ali Hasan Ibn Al-Haitham, hay còn được gọi là Alhazen

Spain where his ideas would found the basics of the scientific revolution including theories

sinh ra ở Basrah năm 945 sau Công nguyên mà ngày nay là Iraq

on vision, optics, physics, astronomy and mathematics. He

Ông định cư ở Tây Ban Nha khi ý tưởng của ông gặp được các lý thuyết nền tảng của cách mạng khoa học

was the first to accurately describe the eye as a receiver of light rather an emitter of

bao gồm các học thuyết về thị giác, quang học, vật lý, thiên văn và toán học

rays that the Greek scholars Ptolemy and Euclid believed. He

Ông là người đầu tiên mô tả chính xác đôi mắt là bộ phận nhận ánh sáng chứ không phải bộ phận phát tia sáng

was the first to describe the camera obscura - a pinhole camera that had been known to

như các nhà bác học Hy Lạp Ptolemy và Euclid vẫn tin tưởng

Ông là người đầu tiên mô tả "camera obscura" - một loại máy ảnh pinhole đã được người Trung Quốc biết tới nhưng chưa bao giờ viết lại.

But for our story today, Alhazen was key for his theories on glass lenses. Based on his

Nhưng cho câu chuyện của chúng ta ngày hôm nay, Alhazen đã nhấn mạnh lý thuyết của ông vào thấu kính thủy tinh.

works, European monks began to fashion reading stones,

Dựa theo nghiên cứu của ông, các tu sỹ Châu Âu đã bắt đầu quảng bá "đá đọc sách"

hemispherical pieces of polished glass that could be placed on top manuscripts to make

là những mẩu thủy tinh bán cầu được đánh bóng

có thể đặt trên bản viết cho dễ đọc

This, as you could imagine, was a godsend for monks with aging eyes…But why stop there? As glass making became

Điều này, giống như các bạn có thể tưởng tượng,  giống như một bảo vật trời cho với các tu sỹ mắt kém...

more sophisticated, Italian glassmakers began making reading

stones thinner and even light enough to wear. The first spectacles appeared in Venice between

Khi thủy tinh được chế tạo phức tạp hơn, những người làm thủy tinh Italy bắt đầu làm được đá đọc sách mỏng hơn và thậm chí đủ nhẹ để đeo.

1268 and 1300 AD. This mid-14th-century frescos by

Cặp kính đầu tiên đã xuất hiện ở Venice trong khoảng 1268-1300 sau Công nguyên.

Tommaso da Modena, featured monks donning the trendiest and most sophisticated wearable

Tấm bích họa từ giữa thế kỷ 14 này của Tommaso da Modena cho thấy các tu sỹ đang đeo thứ thiết bị thời thượng và mang tính công nghệ cao nhất của thời đại.

Tuy nhiên thấu kính không chỉ được dùng làm công cụ và thời trang mà còn được dùng trong các nghiên cứu khoa học quan trọng

But Lenses weren't just for utility and fashion - they were about to be used for important

đó là để nhìn thấy những thứ ở rất xa hoặc rất gần

scientific study - that is being able to see things really

Ống kính thiên văn khúc xạ (refracting telescope) đầu tiên được chế tạo bởi những người làm kính Hà Lan vào năm 1608 và được cải tiến bởi Galileo vào năm 1609

far away and really close up. The first refracting telescopes for astronomy were built by Dutch

Vài năm sau đó Galileo đã thay đổi một vài chi tiết của ống kính thiên văn này để tạo ra chiếc kính hiển vi đầu tiên.

spectacle makers in 1608 and refined by Galileo in

Từ việc mở tầm mắt ra dải ngân hà bao la với những quan sát về mặt trăng sao Mộc của Galileo

1609. A few years later Galileo would alter a few elements on the telescope and create

cho tới thế giới bên trong với vi tế bào mà Robert Hooke thấy được giúp chúng ta biết thêm về Sinh vật học

Thấu kính mang ý nghĩa thực sự và ẩn dụ của một vật tạo lửa cho hiểu biết khoa học của loài người.

From opening up the vast cosmos, with Galileo observing the moons of Jupiter to inner space

NHƯNG THẤU KÍNH HOẠT ĐỘNG THẾ NÀO?

revealing to Robert Hooke the microscopic cells furthering

Đây là thời điểm tốt trong câu chuyện của chúng tôi để dừng lại và xem xét khía cạnh khoa học về cơ chế hoạt động của thấu kính

our understanding of biology - the lens has been both a literal and metaphorical fire

Luôn luôn có chút phức tạp khi chúng ta nói tới lịch sử phát triển khoa học vì có nhiều kiến thức cơ bản ngày nay chúng ta nghiễm nhiên công nhận

starter for humanity's scientific understanding.

nhưng lại là bí ẩn với các nhà khoa học thời trước.

This is a good time in our story to stop and look at the science of how lenses work. It's

Mặc dù vậy, chúng ta hãy gian lận một chút và dùng những hiểu biết của thế kỷ 20 cho những khám phá của các nhà khoa học

always a little tricky when looking at the history of

như Willebrord Snellius, Christiaan Huygens hay Issac Newton

science because a lot of the basic understandings we take for granted today were total mysteries

Hãy bắt đầu với hiểu biết của thế kỷ 20 về ánh sáng.

Bây giờ chúng ta đã biết Ánh sáng là một dạng bức xạ điện từ bao gồm sóng radio, vi sóng, hồng ngoại, tia X và sóng gamma

Having said that though, let's cheat and apply some 20th century understanding to the

Tất cả sóng điện từ di chuyển với tốc độ ánh sáng trong môi trường chân không

discoveries being made by people like Willebrord Snellius,

Một hằng số cố định 299,792,458 mét trên giây hay xấp xỉ 186,282 dặm trên giây.

bất kể ai là người quan sát chúng.

Let's start with a 20th century understanding of light. We now know that Light is a form

Nhưng đó là tốc độ của ánh sáng trong chân không

of electromagnetic radiation which also includes radio,

Khi ánh sáng truyền đi trong một môi trường, các hạt điện tích âm electron trong môi trường cản trở đường đi của tia sáng

microwaves, infrared, ultraviolet, X-rays and gamma waves.

All electromagnetic radiation travels at the speed of light in a vacuum - a constant 299,792,458

Mức giảm tốc độ này được xác định bằng hệ số khúc xạ (chiết suất) của vật liệu (material's index of refraction)

meters per second (approximately 186,282 miles per

hệ số càng lớn thì ánh sáng truyền qua môi trường càng chậm (chiết suất = tốc độ ánh sáng trong chân không / tốc độ ánh sáng trong môi trường)

second). That's regardless of who the observer is.

Không khí có chiết suất rất nhỏ 1.000293

But that is the speed of light in a vacuum.

thế nên với bất cứ thứ gì, miễn không phải với cấp độ hành tinh, thì nó không đáng kể.

When light travels through a medium, the electrons inside the medium disrupt the path light ray

- slowing it down. The amount of slowing down is

Nếu chúng ta chiếu tia lazer qua một bể nước  bằng một góc nhất định thì chúng ta có thể thấy quá trình làm chậm tốc độ này bẻ lệch tia sáng khi nó truyền qua nước

described by the material's “index of refraction” - the larger the index of refraction

Khi nó chạm tới đáy bể, tia sáng tiếp tục đi theo góc ban đầu của nó.

- the slower light travels through that medium.

Nhưng nếu chúng ta làm cong bề mặt nhận sáng và điểm thoát ra của ánh sáng, chúng ta có thể bẻ cong tia sáng

Air has a miniscule index of refraction: 1.000293 - so for anything that's not on a planetary

và hướng nó đi theo một đường khác

scale, it's negligible. Water has an index of 1.33. If

Để chứng minh cho điều này tôi đã làm một số ống kính tự chế bằng sáp trong.

we shine a laser through an aquarium at an angle, we can see how the slowing down of

Tôi dùng một mẩu sáp trong hình chữ nhật

light bends the light beam as it travels through the water, once

it reaches the end of of the aquarium, the light beam continues along it's original angle.

chúng ta có thể xác định được chiết suất bằng định luật Snell (định luật khúc xạ ánh sáng)

But if we curve the surfaces of the entrance and exit points we can bend the light and

Bây giờ nếu chúng ta làm cong bề mặt  thành dạng lồi (thấu kính hội tu)

direct light beams along a different path.

đây là một thấu kính hội tụ kép (double convex lens)

To demonstrate I've created a few homemade lenses using gel wax. Using a square piece

và chúng ta có thể điều hướng ánh sáng

of gel wax and a protractor we can determine the index of

Thấu kính hội tụ (convex) sẽ bẻ ánh sáng vào phía trong

trong khi đó một thấu kính phân kỳ (concave), đây là một thấu kính phân kỳ kép, sẽ làm ánh sáng phân tán ra.

Now if we curve the surface - into a convex shape - here a double convex lens - we can

redirect a light beam. Convex lens will bend light inwards

Đó là tất cả những gì các bạn có thể làm với thấu kính tự chế.

where as a concave lens - here a double concave lens, will diverge light.

Để khám phá đặc tính của thấu kính, chúng tôi đã làm thí nghiệm với các thấu kính thủy tinh thật.

There's only so much you can do with homemade lenses. To explore the properties of lenses

và đến thăm YouTube Space ở Los Angeles

we stepped up our experiments with real glass lenses and a

Phần đầu tiên và cũng là phần quan trọng nhất của một thấu kính đơn là tiêu cự

Tiêu cự là khoảng cách từ ống kính tới điểm các tia sáng song song (collimated light rays) hội tụ.

The first and most important part of a single lens is the focal length. The focal length

Bạn có thể hình dung tia song song như tia sáng đến từ một điểm rất xa trong không gian, giống như mặt trời

is the distance from the lens to the point where collimated

Sử dụng một cặp đèn chiếu lazer và chút sương mù, chúng ta có thể nhìn thấy

light rays, that's parallel light rays, converge. You can think of collimated light

là thấu kính hội tụ này có tiêu cự 130mm

as light coming from a very far away point in space - like the

Để xác định tiêu cự của một thấu kính phân kỳ, chúng ta sẽ để cho các đường thằng phân kỳ đi ngược lại

sun. Using a pair of laser pointers and some fog, we can see that this convex lens has

Thấu kính phân kỳ kép này có tiêu cự khoảng 125mm

Bây giờ chúng ta có thể nói tới cách lấy nét một ảnh thật bằng thấu kính đơn

For determining the focal length of a concave lens - we would continue our diverging lines

Khi đối tượng lấy nét ở vị trí rất xa, nghĩa là chúng ta đang phải làm việc với các tia song song

backwards - this double concave lens has a focal length of about 170mm

Thế nên để chụp được 1 hình nét, chúng ta cần có cảm biến hình ảnh tại khoảng tiêu cự.

So now let's talk about how we get a real focused image using a single lens. When the

Tuy nhiên không phải tất cả các tia sáng đều song song - các tia sáng phát ra từ vật thể theo dạng cầu

object we're trying to focus on is very far away - we're dealing

và bạn càng ở gần vật thể thì các tia sáng càng phân kỳ

with collimated light rays. So in order to get a focused image, we would need to our

Vậy làm thế nào thấu kính tập trung ánh sáng từ một vật ở gần như vậy?

Để giải quyết vấn đề này chúng ta đẳng thức thấu kính mỏng

But not all light rays are collimated - light radiates from objects in a spherical fashion

1 / Khoảng cách tới vật thể + 1/ Khoảng cách tới mặt phẳng hình ảnh (sensor) = 1/ tiêu cự

and closer you are to something the more divergent the

Đầu tiên, hãy nói về vật nằm ở rất xa.

light rays. So how does a lens focus the light from an object that's close? To solve this

Do khoảng cách tới vật thể tiến gần tới vô hạn, giá trị nghịch đảo của nó sẽ tiến gần tới 0

question we have the thin lens equation 1/Distance from the

để lại cho chúng ta đẳng thức khoảng cách tới mặt phẳng ghi hình bằng tiêu cự

Object + 1/Distance to the image plane = 1/focal length.

Đến đây là tốt rồi, nhưng chúng ta hãy thử tập trung vào một thứ gì đó gần hơn nữa xem.

First off let's talk about a really far away object. As the Distance to the Object

Các bạn an tâm, chúng tôi sẽ không quá điên cuồng với toán học đâu

approaches infinity, the 1/distance to object approaches zero -

mà thực tế là sẽ trực quan hơn với một thấu kính và vài cái bút lazer và theo dõi hướng đi của tia sáng.

leaving us a little algebra and the distance to the image plane equals the focal length.

Chúng tôi sẽ phát tia lazer đầu tiên vuông góc với thấu kính.

So far so good - but let's try to focus on something closer. Don't worry, we won't

Một khi tia sáng đi qua thấu kính, nó sẽ bị lệch về phía điểm focus ở phía xa của thấu kính

Subtitles ListPlay Video

The History and Science of Lenses

sophisticated

amount

feature

quality