|
Prof. Dr. Sinsi
|
Mercekler,Aynalar,Dürbünveteleskop Vb. Optik Sistemler (Fizik)
Mercek Çeşitleri:
Yüzlerinin durumuna ve biçimine göre, üçü ince kenarlı, üçü de kalın kenarlı olmak üzere altı tür mercek ayırt edilir Yüzlerin C1 ve C2 eğrilik merkezlerinden geçen doğruya merceğin ana ekseni adı verilir ( yüzlerden biri düzlemse, merkezlerden biri sonsuza gider) S1 S2 uzunluğu merceğin kalınlığıdır Kalınlık, yüzlerin eğrilik yarı çapı karşısında önemsiz kalıyorsa, mercek ince, karşıt bir durum söz konusu olduğunda da kalındır İnce kenarların bazı özellikleri, incelenmesi daha güç olan kalın merceklere de yaygınlaştırılabilir
İnce mercekler: İnce mercekler durumunda S1 ve S2 noktalarının, ana eksen üzerinde bulunan ve merceğin optik merkezi adı verilen bir O noktasında birbiriyle karşılaştıkları kabul edilir İnce mercekler ince kenarlı ya da kalın kenarlı olabilirler İnce kenarlılar yakınsak merceklerdir: Ana eksene paralel olan her ışın demeti bir F noktasında yakınsayarak görünür hale geçer Kalın kenarlılar söz konusu olduğundaysa mercek ıraksaktır Bu sonuçlar kırılma yasalarından kaynaklanır Bir merceğin, bir cismin tam belirgin (net) bir görüntüsünü vermesi için, cismin her noktasına görüntünün bir noktası denk düşmelidir: Bu durumda sisteme stigmatik adı verilir Bunu gerçekleştirmek çok güç, hatta büyük boyutlu cisimler söz konusu olduğunda olanaksızdır Bununla birlikte, görüntüyü oluşturmak üzere kullanılan ışınların ana eksen ile yaptıkları eğim az olduğu ve mercekten optik merkeze yakın geçtikleri zaman (Gauss koşulları) yeterli derecede iyi bir sonuç elde edilir
Bu durumda, ana eksene dik bir düz cisimden, eksene dik bir düz görüntü sağlanır Görüntü, bu noktaya yerleştirilmiş olan bir ekran üzerinde gözlenebiliyorsa buna gerçek görüntü, karşıt durumdaysa zahir görüntü adı verilir
Yakınsak mercekler: Ana eksene paralel ışınların yakınsama noktası olan F noktasına ana görüntü-odak adı verilir Bu odak ana eksen doğrultusunda, sonsuzdaki bir nesne-noktanın görüntüsüdür(uygulamada nesne-noktanın görüntüsünün tam F üzerinde olması için, bu noktanın OF uzunluğunun on katı kadar bir uzaklıkta bulunması çoğunlukla yeterli olur)
Öte yandan, ana eksen üzerinde öyle bir F noktası da belirlenebilir ki, F’ten çıkan ışınlar mercekten geçtikten sonra ana eksene paralel bir ışın demeti oluştururlar Söz konusu F noktasının görüntüsü bu durumda ana eksen üzerinde sonsuzda bulunur ve F noktasına ana nesne-odak adı verilir
OF ve OF’ uzunlukları sırasıyla merceğin nesne-odak uzaklığı ve görüntü-odak uzaklığı olarak adlandırılır Ana eksene eğik olarak gelen paralel bir ışın demeti, ana eksene F’ nokatasında dik olan bir düzlemde ki bir H’ noktasında (ikincil görüntü-odak) yakınsar; bu düzlem, görüntü-odak düzlemidir Aynı biçimde, ikincil nesne-odak ve nesne-odak düzlemi tanımlanabilir
BİR NESNENİN YAKINSAK BİR MERCEK ARACILIĞIYLA VERİLMİŞ GÖRÜNTÜSÜNÜN GEOMETRİK OLARAK ELDE EDİLMESİ Basit olarak bir AB doğru parçasıyla gösterilmiş olan düz bir nesne ve mercek konumu ve boyutları çizim yoluyla saptanabilen bir A’ B’ görüntüsü verir(Çizim kolaylığı için bazı noktalar ana eksenden uzaklaşmış olsalar bile, Gauss koşullarının gerçekliği kabul edilir) Merceğin ana ekseni üstünde bir A noktasıyla, bu eksene dik olan AB doğrusu seçilir Aranan görüntü, merceğin ana eksenine dik olan ve B noktasından B’ görüntüsü bilindiğinden tam olarak saptanan bir A’B’ doğru parçasıdır B’ elde etmek için, B’den çıkan demetin iki özel ışını göz önüne alınır(geometride, bir nokta, bilinen iki doğrunun kesişmesiyle tam olarak belirlenir);sözgelimi, F noktasından geçerek gelen ışınla, O optik merkezden geçerek gelen ışın kullanılabilir Bu iki ışının kesişme noktası, aranan B’ noktasıdır(B’den geçen ışınların tümü, mercekten geçtikten sonra B’ noktasındanda geçerler) Nesnenin konumuna göre görüntü gerçek yada zahiridir
Iraksak mercekler:Ana eksene paralel ışınlı bir demete F’ noktasından çıkıyormuş gibi olan ıraksak bir demet denk düşer; bu noktaya anagörüntü-odak denir Ana nesne-odak adı verilen birF noktasında, zahiri olarak yakınsayacak biçimde bir demetin mercek üstüne gönderilmesiyle, ana eksene paralel olarak ortaya çıkan bir demet elde edilir Yakınsak mercekteki gibi, ıraksak merceklerde de görüntü-odak ve nesne-odak düzlemleri ile görüntü-odak ve nesne-odak uzaklıkları’nın tanımı yapılır
BİR NESNENİN IRAKSAK BİR MERCEK ARACILIĞIYLA VERİLMİŞ GÖRÜNTÜSÜNÜN GEOMETRİK OLARAK ELDE EDİLMESİ Burada da yakınsak mercekler için yapılan işlemin aynısı gerçekleştirilir:B noktasından çıkan iki özel ışın (sözgelimi,biri O’ dan, öteki F’ den geçen ) kullanılır Birincisi sapmaz;ikincisiyse ana eksene paralel olarak çıkan bir ışın gibi sapar Bu iki ışının kesişme noktası, aranan B’ noktasıdır Nesnenin konumuna göre, görüntü gerçek yada zahiridir
Mercek Sapınçları:
Mercek Gauss koşullarına uygun olarak kullanılmadığı zaman, elde edilen görüntüler bozulur ve sapınç (aberasyon) diye adlandırılan olaylar görülür
Renkser Sapınç: Beyaz ışıkta aydınlanmış bir nesne, az ya da çok önemli renklenme gösteren bir görüntü verir Buna merceğin kırılma indisinin, ışığın dalga boyuyla birlikte değişmesi yol açar Beyaz ışık farklı renklerdeki belirli sayıda ışınımın üst üste gelmesi biçiminde ele alınırsa (tek bileşenli [tek renkli] ışınım) bu ışığın kırmızı ışınımları morunkilerle aynı noktaya yakınsamazlar Böylelikle farklı renklerde birçok görüntü elde edilir Bunlar ancak kısmen üst üste gelirler
Geometrik Sapınç: Büyük açılımlı bir demet kullanıldığında bir nesne noktası, bir P’görüntü noktası verir; çünkü merceğin kenar bölgelerinden geçen ışınlar eksene yakın bölgeden geçenlere oranla daha çok parlar; yakınsak bir merceğin merkez bölgesine göre kenarları da yakınsak, ıraksak bir merceğin kenarları da daha ıraksaktır (küresel sapınma) Yukarıdaki bozulma düzeltilse bile, mercek, ana eksenin yakınında bulunan bir noktanın görüntüsünü, bu noktadan çıkan demet çok genişse normal biçiminde vermez Biçimi kuyruklu yıldızı (komet) anımsatan bir leke elde edilir; bu sapınca koma adı verilir
Dar demetlerin kullanılması, kusurlardan arınmış görüntülerin elde edilmesi için yeterli olmaz Gerçek merceğin ana eksenine çok eğimli olarak gelen ince bir ışık demetiyle nesne-noktanın iki ayrı görüntüsü meydana gelir Astigmatizm adı verilen bu sapınç bir dairesel yarı çaplarını aynı anda net bir görüntüsü elde edilmesinin olanaksızlaşmasından kaynaklanır: Yatay çap belirgin olunca dikey çap belirsizdir; bu durumun tersi de söz konusudur
Ayrıca bu kusurlar düzeltilse bile ana eksene dik olan geniş bir düzlemsel yüzeyin görüntüsü eğri bir yüzeydir Bu kusara alan eğriliği adı verilir
Yukarıda sözü edilen kusurlar giderildikten sonra başkaları ortaya çıkabilir; bunların sonucu olarak görüntülerin doğrusal büyümesi, merceğin ekseninden uzaklaştıkça artar Böylece, eksenden geçmeyen bir doğru çizgi içbükeyliği görüntünün merkezine doğru (fıçı biçiminde bükülme) ya da ters yönde (hilal biçiminde bükülme) dönmüş olan eğri bir çizgi verir
Bu sapınçların azaltılması sorunu çok güçtür, çünkü düzeltilmeleri için gerekli koşullar çoğu kez birbirine karşıttır Gözlükçüler, isteğe göre, çeşitli merceklerin biçimlerinden, maddelerinden ve karşılıklı yerlerinden yararlanmak amacıyla bir çok merceği bir arada kullanırlar
Özel Mercekler:
Silindirik mercekler, silindir bir yüzey ve bir düzlemle, küresel-silindirik mercekler bir küre ve silindirle sınırlandırılmıştır Bazı merceklerse yüzlerinden biri bir düzlem ya da bir küreyle değiştirilebilen, iki tor yüzeyiyle sınırlandırılmıştır; bu tor mercekler özellikle gözlerdeki astigmat durumunun düzeltilmesine yararlar Fresnel’in deniz fenerlerinde kullanılan kademeli mercekleri eksenin küresel sapıncının kısmen, ama yeterli olarak giderilmesini sağlar Merkez bölgesinin kalınlığının azaltılması, büyük çapta uygulamaların gerçekleştirilmesine olanak verir Böylelikle ısınma ve büyük enerji yitimi tehlikesi de azaltılmış olur
Merceklerin Kullanıldığı Yerler:
Dışbükey mercekler fotoğraf makinelerinde kullanılır Fotoğraf makinesinde, merceğin hemen arkasında bir fotoğraf filmi bulunur Fotoğraf makinesinin boyutları ve film ile mercek arasındaki uzaklık göz önünde tutlacak olursa, fotoğrafı çekilecek görüntünün makineye oldukça uzak olduğu kavranabilir İşte mercek bu uzaktaki cisimlerden, insanlardan ya da manzartadan gelen ışık ışınlarını toplayarak ardındaki film üzerinde ödaklar ve burada görüntünün baş aşağı, yani ters bir resmini oluşturur Refleks tipi makinelerde, birincisinin aynısı ikinci bir mercek daha bulunur; bu mercek, aynı görüntüyü arkadaki bir cam ekranın üzerine düşürerek fotoğrafçının odaklama ayarını iyi yapabilmesine ve çekeceği resmi tam olarak görebilmesini sağlar
Zoom objektifliği makinelerde ise odak uzaklığının değişmesini sağlayan ayrı bir mercek sistemi bulunur
Sinema filmi göstericilerinden ya da slayt makinelerinde parlak biçimde aydınlatılmış filmden gelen ışık üzerine düşürmeye yarayan dışbükey mercekler kullanılır Film yalnızca 35 mm genişliğindedir, ama ekran üzerine düşürülen görüntünün genişliği metrelerce olabilir
Gözdeki Mercek :
Gözde de, görüntüyü oluşturan bir dışbükey mercek sistemi vardır Öndeki kavisli, saydam katman (kornea) ile arasındaki suyumsu sıvı bir sıvı mercek oluşturur; gözbebeğinden (iristeki küçük delik ) göze giren ışık, ilk aşamada bu mercek tarafından odaklanır Sonra ışık, gözbebeğinin ardında yer alan, içteki dışbükey göz merceğinden geçer Bakılmakta olan cismin görüntüsünün odaklama ayarının yapılabilmesi için, küçük kaslar göz merceğinin eğriliğini ve biçimini değiştirebilir Görüntü, gözün arkasında, ağtabaka denen ışığa duyarlı bir alanın üzerinde oluşur Mercek sistemi dışbükey olduğundan görüntü baş aşağı gelmiş durumdadır;görüntüyü doğru konuma getiren beyindir
|