Guide

Optikk og linser

Optikk og linser

Ordet fotografi betyr lystegning - å tegne med lys. Det er objektivet i et kamera som tegner bildet. Det er ikke nødvendig å ha særlig kunnskap om optikk for å kunne fotografere, men en viss forståelse av de grunnleggende optiske prinsippene vil kunne være nyttige for fotografen.

Optikken som teoretisk og anvendt vitenskap er mye eldre enn fotografiet. Det eksisterte bildedannende objektiver før Daguerres og Niépces tid. Deres oppfinnelse av den fotografiske prosess satte til gjengjeld en stadig voksende forskning som bl.a. førte til Petzvals portrettobjektiv og senere til de moderne meget lyssterke og finttegnende objektiver.

Et klassisk design som er videreutviklet av mange objektivprodusenter.
Et klassisk design som er videreutviklet av mange objektivprodusenter.

Et godt objektiv er resultatet av et omfattende beregningsarbeid. Før datamaskiner ble tatt i bruk, tok utviklingstiden for et objektiv flere år for en matematiker, og formlene for et objektiv var gjerne på størrelse med en bok. I dag har datamaskinene forenklet arbeidet, men fremdeles er det mye å ta hensyn til. Vi ser nærmere først på litt basisteori for optikk, før vi ser på noen av de vanligste optiske fenomenene som må tas hensyn til når man konstruerer et objektiv.

Lys og lysbrytning

Synlig lys kan defineres som den del av det elektromagnetiske bølgespektrum som kan aktivere nervespissene på det menneskelige øyets netthinne, altså de bølgelengdene vi kan se. Det elektromagnetiske spektrum omfatter et meget stort område, fra svært kortbølget kosmisk stråling til langbølget radiostråling.

I et lufttomt rom forplanter lyset seg med ca. 300 000 km/s. Hastigheten i atmosfæren er litt mindre da luft har større optisk tetthet, selv om forskjellen er veldig liten. Brytningsindeksen til et medium er et mål på optisk tetthet, og er forholdet mellom lyshastigheten i vakuum og lyshastigheten i mediet. Får man oppgitt brytningsindeksen til et medium, n, kan man dermed beregne lyshastigheten i mediet. Luft har brytningsindeks n= 1.0003, som betyr at lyshastigheten i luft er ca 299 955km/s. I praksis er det altså liten forskjell mellom luft og vakuum, og man regner vanligvis med samme lyshastighet i luft og vakuum.

Lys brytes annerledes i vann og i glass, derfor ser det ut som blyanten står med en annen vinkel under vann.
Lys brytes annerledes i vann og i glass, derfor ser det ut som blyanten står med en annen vinkel under vann.

Vann har større optisk tetthet enn luft - lysets hastighet i vann er ca. 225.000 km/s, mens glassets optiske tetthet er igjen større enn vannets, og lyshastigheten i glass varierer mellom 150 000 og 200 000 km/s, avhengig av hva slags glass som er brukt.

En lysstråle, som beveger seg fra et stoff med en optisk tetthet til et stoff med en annen optisk tetthet blir avbøyd. Kortbølgede stråler som fiolett og blått lys brytes kraftigere enn rødt lys som har større bølgelengde. Medier der brytningen er avhengig av bølgelengde (og dermed frekvens) kalles dispersive medier, og fenomenet kalles fargespredning eller generelt sett dispersjon. Et resultat av dette er fargefeilbryting (kromatisk abberasjon), og produsentene av optikk bruker gjerne glass med lav dispersjonsrate for å unngå dette. Men slikt glass har ofte større brytningsindeks, er kostbart, så mange prøver derfor å kompensere fenomenet på andre måter.

Optiske medier

Glass som anvendes til optikk, framstilles i ulike utgaver. Hovedsakelig skiller vi mellom kronglass og flintglass. Kronglass har en stor brytning men liten fargespredning, mens flintglasset har liten brytning, men stor fargespredning. Disse to glassortene brukes ofte sammen for å oppheve hverandres feil, i tillegg til felles oppgaver. I dag brukes det imidlertid ofte plast som hovedbestanddel i linser, særlig i billige objektiver.

Alle fotografiske objektiver er sammensatt av et antall linseelementer. Skal et objektiv være godt korrigert, skal det ha minimum tre linser. Stor lysstyrke eller kort brennvidde vil kreve flere elementer for å oppnå tilstrekkelig korreksjon av optiske feil. Zoomobjektiver, dvs objektiver med variabel brennvidde som er høyst vanlig på digitale kamera, krever ofte 8 -10 elementer eller flere. Jo mindre bildeformat (film eller digital sensor) man har, desto større er kravene til linsekvaliteten.

Linseelementer

Et sfærisk linseelement er avgrenset av to kuleflater, og kan fullstendig karakteriseres av radien til de to kuleflatene, tykkelsen til linsen og brytningsindeksen til glasset. Dersom tykkelsen til linsen er mye mindre enn brennvidden og de øvrige dimensjonene, slik at strålegangen går inn og ut av linseelementet i tilnærmet samme høyde fra senter, bruker man betegnelsen tynn linse. Da er brennvidden og dermed forstørrelsen bestemt utelukkende av brytningsindeksen og radiene til kuleflatene. Brennvidden til linseelementene er bestemt av avstanden til det punktet der lysstråler parallelt til den optiske aksen samles til ett punkt når de sendes gjennom linsen. Uansett hvor på linsen du sender inn strålen, vil den fokuseres i samme punkt. Merk dog at det ikke gjelder stråler som ikke er parallelle med den optiske aksen.

Forskjellige typer linseelementer. Bildet er hentet fra Wikipedia.
Forskjellige typer linseelementer. Bildet er hentet fra Wikipedia.

Linseelementer må ikke være sfæriske, men det er ofte praktisk å bruke det, fordi man forholdsvis greit kan beregne strålegangen gjennom et sett med linseelementer. Når man beregnet objektiver for hånd, var dette nyttig. I dag, med betraktelig større regnekraft i datamaskiner, er det lettere å bruke asfæriske elementer, og man ser at langt flere objektiver har fått dette - også av den billigere sorten. I tillegg har bedre automasjonssystemer gjort det mulig å produsere slike linseelementer billigere, som også har bidratt til at man kan bruke slike elementer også i billige objektiver.

Kommentarer (14)

Norges beste mobilabonnement

Desember 2016

Kåret av Tek-redaksjonen

Jeg bruker lite data:

ICE Mobil 1GB


Jeg bruker middels mye data:

Hello 5GB


Jeg bruker mye data:

Hello 10 GB


Jeg er superbruker:

Telia Smart Total


Finn billigste abonnement i vår mobilkalkulator

Forsiden akkurat nå

Til toppen