Lenzen (optiek)

Onderstaand plaatje heb ik uit mijn Natuurkunde boek gekopieerd om duidelijk te maken waar we het over hebben als we spreken over "lenzen".

U herkent vast wel de symbolische weergave van een lens. De lijntjes geven de optische as en de lichtlijn aan. Deze lichtlijn is voor ons van belang, want fotograferen gaat nu eenmaal met licht en dat licht kunnen we door gebruik te maken van lenzen manipuleren.
Als U het voorwerp (V) links bekijkt door de lens (L) en U bevindt zich ter hoogte van het pijltje rechts, dan "ziet" U een afbeelding van dit voorwerp (v'). U merkt dat het uitgezonden licht, in dit schemaatje afgebeeld via de rode lichtlijn, door de lens afgebogen wordt en daardoor via het brandpunt (B) omgekeerd wordt. Zo'n brandpunt kennen we nog wel, omdat we allemaal wel eens een met een vergrootglas de oneindig verre zon een gaatje ergens in hebben laten branden.

De afstand die ons brandglas moest hebben tot het onderwerp van het branden, noemen we de brandpuntsafstand. Deze brandpuntsafstand is afhankelijk van een aantal faktoren!

Zo blijkt dat een lens die, zoals in ons bovenstaande voorbeeldje, bol/bol is een ander brandpunt te hebben dan een exemplaar dat anders, bijvoorbeeld platter, van vorm is. Gaat U er overigens van uit dat iedere lens een voorkant en een achterkant heeft die onderling een verschillende optische werking kunnen hebben.
Om dit uit te leggen moeten we verder op de werking van optiek en de invloed van de optische wetten ingaan!


Optische regels en wetten

Voordat we ook maar iets kunnen zeggen over lenzen en optiek, moeten we kijken naar het eigenlijke fenomeen waarmee we werken, licht. Zoals ik daar al geschreven heb gaan we ervan uit dat licht bestaat uit een samenstelling van diverse golfvormen.
Helaas blijken de eigenschappen van licht iets af te wijken van de gangbare verschijnselen van golven en dat maakt het zo aantrekkelijk om de mogelijkheden die samenhangen met deze speciale eigenschappen uit te buiten.

Normaal buigen golven bij het raken van een obstakel om en het blijkt nu dat licht in dat opzicht afwijkt. Neem bijvoorbeeld de golfjes die optreden bij een in de vijver geworpen steen.
Zo zien we bij licht dat dit niet uitwaaiert als een bolvormige golf, maar zich rechtlijnig voortplant in een homogeen medium zoals bijv.lucht, glas.
Een direkt bewijs voor deze eigenschap wordt eigenlijk geleverd doordat licht schaduwen vormt. Licht vormt dus bundels.

Als we een bundel licht op een reflecterend oppervlak laten vallen, zal deze bundel (geheel of gedeeltelijk) worden teruggekaatst. (reflectie) Dit noemen we verstrooiing van het licht en dit stelt ons in staat om voorwerpen die zelf geen licht uitzenden toch te zien!

We zien daarnaast dat een lichtbundel bij de overgang van het ene medium (lucht) naar het andere (water, glas) enigzins verandert van baan. (breking)

Bij iedere overgang van het ene medium in het andere treden er veranderingen op in de richting van een lichtbundel, maar ook zal een deel van de bundel licht afgebogen worden door reflecties die aan de oppervlakte optreden.

Een combinatie van bovenstaande eigenschappen resulteert erin dat we licht met de toepassing van verschillende materialen kunnen manipuleren. We kunnen lichtbundels met spiegels een andere richting geven of met absorberende oppervlakken min of meer tot stitstand brengen. Omdat er dan geen reflectie optreedt zien we weinig tot niets. Het is donker.

We kunnen de breking en (interne) reflectie die optreedt bij het toepassen van verschillende materialen (glas) gebruiken om lichtbundels te veranderen van vorm.
Waarbij we er wel terdege rekening mee moeten houden dat we de samenstelling van het licht niet te veel moeten beinvloeden. Immers een bundel licht bestaat uit een verzameling onderling verschillende lichtstralen. Zo'n verzameling is uniek en behoort bij het door ons waargenomen onderwerp.

Ik moet nu even, om spraakverwarring te vookomen, een afspraak met U maken. Als ik het over licht heb, dan praat ik niet over het licht dat opgewekt wordt in een bron, maar dan heb ik het vrijwel uitsluitend over gereflecteerd licht. Om een en ander echter makkelijker uit te leggen is het, in de spreektaal, eenvoudiger om ieder punt van een onderwerp als afzonderlijke lichtbron te zien. (maar dat is dus in vrijwel alle gevallen een reflectie!)
Het komt in de fotografie eigenlijk nauwelijks voor dat we een lichtbron zelf willen vastleggen. Het licht dat we bij het maken van foto's gebruiken is dus reeds verstrooid en heeft mede daardoor een variabele samenstelling.
Alleen wit licht van homogene samenstelling fotograferen lijkt me trouwens wat saai.


Van lens naar objectief

Zoals ik hierboven beschreven heb, kunnen we met een spiegel en een lens, de vorm, de samenstelling en de richting van een lichtbundel manipuleren.
Iedere lens heeft namelijk, door de manier waarop deze in vorm is geslepen, een eigen afbuigende (brekende) invloed op een lichtbundel. Door glas met een speciale samenstelling toe te passen kan dit ook weer een invloed uitoefenen op het lichtdoorlatende vermogen van de lens. Iedere lichtdoorgang zal derhalve een verandering teweeg brengen in de bundel.
Door een combinatie te maken tussen de verschillende eigenschappen en veranderingen die ermee samenhangen in de lichtbundel is het dus mogelijk om een afbeelding te maken van een voorwerp.

Een ideale lens zal dus een voorwerp zo eerlijk mogelijk afbeelden. Zonder afwijkingen en kleurveranderingen. (abberaties)
Zo'n ideale lens heeft de voor het licht benodigde glassamenstelling. Maar.......... helaas zijn in de fotografie, de omstandigheden niet ideaal en zeker niet standaard. We zullen dus een oplossing moeten vinden die in het algemeen bruikbaar is.

Bij de opbouw van een ideale "lens" zullen we de diverse eigenschappen van aparte lenzen moeten gebruiken om deze in samenwerking te dwingen tot de verandering in de lichtbundel die wij ons wensen. De opzet van een lens of lenzenstelsel is namelijk altijd om een bundel licht in een bepaalde verandering te dwingen.
Helaas gelden vooraf in een laboratorium bepaalde gegevens niet onverminderd in het dagelijkse leven. In het veld blijken er telkens weer fenomenen de kop op te steken die de uitgerekende mogelijkheden twijfelachtig maken.
Zo zal het licht in een proefopstelling altijd een bepaalde samenstelling hebben en in de natuur is dat wel even anders.
Als voorbeeld wil ik hier alleen de veranderingen in de samenstelling van het zonlicht geven die er zich over de dag (en het jaar) voordoen. (het licht in de vroege morgen is echt anders dan dat rond het middaguur en vergeet niet het stof dat in de loop van de dag opgedwarreld is)
In een testopstelling kunnen we een bundel licht met een bepaalde intensiteit laten toenemen door deze bundel te laten convergeren (dmv. een positief Brandpunt) en divergeren (negatief Brandpunt).
Op deze wijze kunnen we de lichtbundel iedere keer in optimale vorm brengen voor verdere behandeling bij de passage door een volgend lensdeel. Ieder lensdeel zal dus ook zijn eigen funktie hebben.
(convergeren=samenstromen / divergeren=uitwaaieren)
De afbeelding die we uiteindelijk met onze lens opwekken, levert zodoende een zo bruikbaar mogelijk beeld op het focusvlak en daar stoppen we dan de film/CCD.
Maar hoe zit dat met die lichtintensiteit en -samenstelling van de bundel?

Bij het ontwerp van een objectief (want dat is uiteindelijk de vorm die een lenzenstelsel moet krijgen in ons geval) moet er rekening worden gehouden met een veelvoud van dit soort (onzekere) faktoren.
We willen bij het fotograferen zoveel mogelijk licht op het filmvlak krijgen zonder dat dit allerlei vervelende afwijkingen ten opzichte van ons onderwerp met zich meebrengt.
Een ontwerper zal dus altijd een compromis moeten zoeken tussen het ideaal in een laboratorium opstelling, de natuur en de wensen van de fotograaf. (Waarbij, niet onbelangrijk, de prijs!)


Zien en kijken

Zoals we hierboven reeds zagen, kunnen wij de ons omringende zaken alleen maar zien als ze of zelf licht uitstralen (kaars, lamp, zon) of als ze het omgevingslicht reflecteren. Ieder oppervlak heeft een eigen reflecterende eigenschap.
Wij hebben geleerd om deze verschillende eigenschappen te interpreteren. Kortom wij zien of iets bijvoorbeeld een metalen of een houten oppervlak heeft. Dat hebben we uit ervaring zo geleerd.
Met de eigenschappen van het omgevingslicht hebben wij ook de nodige ervaringen opgedaan en daarom kunnen wij onder verschillende omstandigheden onze interpretatie aanpassen. Zelfs al zien we bijvoorbeeld alleen rood licht, dan nog zijn we in staat om, zij het beperkt, kleuren te zien. Dat doen we echter niet met onze ogen, maar dat doen we met onze hersenen.
Gras is altijd groen, dus het kan niet anders zijn dan dat er licht van een andere kleur gebruikt wordt als gras er een keer niet groen uit lijkt te zien.

Hierin verschillen we dus van fotografie. Hoe intelligent onze camera's ook mogen zijn, de mogelijkheid om te interpreteren ontbreekt nog steeds. Gras is bruin bij rood licht en dus voor ons niet meer erg goed herkenbaar op een foto of dia.


Kwaliteits faktoren:

Als we licht willen gaan manipuleren met lenzen, zullen we rekening moeten houden met de fenomenen die hierboven aangestipt worden. Hoe meer fouten er worden uitgesloten en hoe beter het benodigde licht voor ons doel wordt gemanipuleerd hoe hoger de kwaliteit.

De vorm van de lenzen en de manier waarop deze vorm, bijvoorbeeld door gieten en slijpen tot stand komt.

Het gebruikte glas. Door de diverse toevoegingen aan het glas mengsel tijdens de fabricage kunnen de optische kwaliteiten beïnvloed worden.

Het opheffen van foutjes en voorkomen van ongewenste nevenverschijnselen zoals interne reflectie en ongewenste lichtbreking. (coatings op de lensoppervlakken)

De mechaniese opbouw en het onderlinge functioneren van de diverse elementen die een lenzenstelsel vormen.

Zie voor meer informatie over objectieven ook bij Spiegelreflex

Terug naar het begin of Kontakt maken via e-mail