Miért drága a jó üveglencse?

 

Mindenkit érdeklő kérdések

Szórakoztató ás tanulságos nézegetni az optikus üzletek kirakatát, a sokféle lencsét, nagyítót, fényképezőgépet. Érdekes, hogy mindig az a gép drágább, amelyiknek nagyobb átmérőjű a lencséje. Néha olyan magányosan álló lencsét is lehet látni, amelynek ára 10 000 forint körül jár. Szemüveglencsét ás egyszerű nagyítólencsét már néhány forintért lehet kapni. De láthatunk olyan lencsét, amely nyeles foglalatban van, tehát egyszerű olvasólencse és mégis több száz forint az ára. Egyszerű, átlátszó üvegből van az egyik is, a másik is. Miért olcsó akkor az egyik és drága a másik? Miért kerülnek sok ezer forintba az egészen kicsiny fényképezőgépek lencséi?
Azt mindenki sejti, hogy a drágább lencse jobb, finomabb, mint az olcsóbb. De mit jelent az, hogy jobb, finomabb?
Feltűnő, hogy újabban a fényképezőgépek meg a messzelátók lencséi nem olyanok, mint régebben. Felületük nem üvegtiszta, hanem valamiféle vöröses, máskor meg ibolyaszínűen csillogó réteggel vannak bevonva.
Mire való ez? Azt hinné az ember, hogy a fény be se tud jutni az ilyen bevont felületű lencsébe.
Amint látjuk, bőven akad a lencsékre vonatkozó kérdeznivaló.
Nemcsak az optikusok kirakataiban találkozunk lencsékkel. Ma már nincs család, ahol valamiféle lencse ne volna. A család egyik tagja szemüveget visel, fényképez, esetleg kis vetítőgépe van a gyereknek, vagy messzelátója.
A tudományos életben és a technikában pedig nélkülözhetetlenek a lencsék.

(Annyit meg kell jegyezni, hogy a fejezetben említett árak - természetesen - ma már nem érvényesek, az arányok azonban igen!)

 

Mit tud a domború lencse?

Csak a domború lencsékről, az úgynevezett nagyítólencsékről lesz szó, velük találkozunk leggyakrabban. induljunk ki jól ismert tapasztalatokból.
1. Ha napsugárba tartjuk a domború lencsét, a napsugarakat egy pontba gyűjti össze. Ez a pont a gyújtópont, a fókusz. Mérjük meg, hogy a gyújtópont hány centiméterre van a lencsétől. Ez a fókusztávolság (ábra).

A gyűjtőlencse a Napból érkező párhuzamos fénysugarakat egy pontban,
a gyújtópontban (fókuszban) egyesíti

A fókusztávolság olyan fontos adat, hogy ráírják a lencse foglalatára. Így például, ha ezt a jelzést látjuk ott: F = 50 mm, ez a lencse fókusztávolságát jelenti. Néha az "F" vagy "f" betűjelzés is hiányzik, sőt még a "mm" jelzést sem írják oda, csak a számot, 50 vagy 45. Sokszor pedig centiméterben írják oda, például 5 cm vagy 13 cm és így tovább.
2. A domború lencse másik közismert tulajdonsága pedig az, hogy nagyításra lehet használni. Ha például nyomtatott szöveg fölé tartjuk, nagyobbnak látjuk a betűket.
Észrevehettük, hogy minél domborúbb a lencse, annál jobban nagyít. De a domború lencsének kisebb a fókusztávolsága, tehát mennél kisebb a lencse fókusztávolsága, annál jobban nagyít.
Hogyan kell helyesen tartani a nagyítólencsét? Közel kell-e tartani a betűkhöz és messziről nézni, vagy a nagyítót közvetlenül szemünk elé kell-e tartani ás közel hajolni ahhoz a tárgyhoz, amit nagyítani akarunk?
A nagyító akkor nagyít legjobban, ha közvetlenül szemünk elé tartjuk és így hajolunk közel a
tárgyhoz.
3. A domború lencsék harmadik jól ismert tulajdonsága pedig az, hogy egy távolabbi tárgy képét lehet velük papírra vetíteni.
A képalkotás még egy erősebb (rövidebb gyújtótávolságú) szemüveglencsével is kitűnően sikerül. Tartsunk a domború szemüveglencse mögé fehér papírt, a papírra vetíthetjük szobánk ablakának és az ablakon át látszó távoli tárgyaknak a képét.
Ha ezt a kísérletet megpróbáljuk, nem leszünk elragadtatva az így keletkező képtől, annyira homályos és rossz. Pedig a lencsét rendszerint képalkotásra használjuk fel.

 

Egyszerű lencse - rossz kép

Milyen lencse alkot világos, tiszta, éles képet? Ezt nagyon fontos tudni. Ezért végezzük el otthon a következő tanulságos kísérleteket. Csak egy asztali villanylámpára van szükségünk, meg egy lencsére. A lencse erősebb szemüveglencse is lehet. A kísérleteket este végezzük.
Kísérlet. Tartsuk a lencsét a villanylámpa közelébe, és próbáljuk meg a fehér falra vagy papírlapra vetíteni az izzószál nagyított képét (ábra).

Az asztali villanylámpa izzószálának képét gyűjtőlencsével fehér papírlapra vetíthetjük

Egy kis próbálgatás után - miközben a lencsét közelebb, távolabb tartjuk a lámpától - sikerül. Az izzószál fényes hernyónak látszik. Hiába próbáljuk tisztábbra állítani, nem sikerül. Nem lehet kivenni jól még az izzószál tekervényeit sem. És a képen az izzószál széle szivárványszínű, egészen elmosódott.
A kép színezettsége nagy baj, mert a zöld színű kép máshová esik, mint a piros színű, és ez lehetetlenné teszi, hogy tiszta kép keletkezzék.
De figyeljük meg csak a nagyított kép szélét! Az izzószál két vége egészen eltorzul, elgörbül a kép szélén, rá se lehet ismerni, még rosszabb a szélén, mint a közepén.
Az ilyen egyszerű lencse tehát nagyon rossz képet ad. Ha erre lennénk utalva, akkor aligha lenne mozink, a fényképezés sem volna olyan általános szórakozás, és a csillagokról is nagyon keveset tudtunk volna meg a rossz képet adó, egyszerű lencsék segítségével.
Foglaljuk össze a fő hibákat: 1. A kép roppant elmosódott, életlen. 2. A kép körvonalai színesek, ami fokozza az életlenségét. - A képmező széle felé egyre fokozódnak a hibák, egyre nagyobb a torzulás.

 

Olcsó módszer a hibák csökkentésére

Hogyan lehetne megjavítani a kép jóságát? Meglepően egyszerűen. Fedjük be a lencsét átlátszatlan papirossal, csak a közepén hagyjunk körülbelül egy centiméter átmérőjű lyukat. A fény csak ezen a lyukon mehet át. Csak a lencse középső része szerepel a képalkotásban (ábra).

Azt a lencsét, amivel a képet előállítjuk, egy dugóba vágott résbe szoríthatjuk bele. Mennél kisebb nyíláson halad át a fény, annál tisztább a kép

Próbáljuk meg most a falra vetíteni az izzószál képét. A kép közel sem olyan fényerős, mint előbb volt, de sokkal tisztább, sokkal élesebb. Az izzószál tekervényeit most már lehet látni, a színeződés is gyengébb. A kép szélén megmaradt még a torzulás, de kisebb mértékben.
A kép jóságát tehát úgy lehet fokozni, hogy nem az egész lencsét használjuk fel, hanem csak a közepét, a többi részét lefedjük. Nézzük csak meg az olcsóbb fényképezőgépek lencséjét: csak a közepükön van egy kis lyuk, ahol a fény bemehet. Mennél kisebb ez a lyuk a lencse gyújtótávolságához képest, annál élesebb képet alkot a lencse, de a kép annál sötétebb, mert a kis lyukon kevesebb fény jut át.
Ezelőtt 130 évvel a fényképészek még ilyen roppant kis nyílással készítettek tűrhető képeket. Mivel a kis nyíláson át gyenge fény haladt át, 20 - 30 percig kellett mozdulatlanul maradnia annak, akit fényképeztek, hogy a gyenge fény kellőképpen hathasson a fényképezőlemezre.

 

Miért áll több lencséből a jó lencse?

Egyetlen lencsét lehetetlen annyira tökéletesíteni, hogy nagyobb nyílással is jó képet adjon. De megtalálták a megoldást.
Több lencsét tettek egymás háta mögé. Egymagában mindegyik lencse hibás volt. De a lencséket szándékosan csiszolták olyan alakúra, hogy az egyik lencse bizonyos hibáját a másik lencse ellenkező irányú hibája kiegyenlítette, megszüntette - bizonyos mértékig.
A jó lencse tehát mindig több lencséből áll. A jó lencse sohasem egy lencse, hanem egész lencserendszer.
Érdemes megjegyezni, hogy magyar ember, Petzval József alkotott a világon először, 1840-ben, olyan lencserendszert, amellyel pillanat alatt lehetett kitűnő fényképet készíteni. Olyan szellemes számítás alapján szerkesztette meg ezt a Petzval-féle objektívet, hogy az ma, több mint száz év múltán is csodálkozásra készteti a szakembereket.

 

A kitűnő anasztigmát lencse

A Petzval-féle fényképezőlencse négy lencséből áll. De olyan sokféle lencsehiba van, hogy a még tökéletesebb képet alkotó lencserendszerekben még több lencse van egymás mögött.
A ma általánosan használt, jobb fényképezőgépek lencséje 4-5-6-7 lencséből összetett lencserendszer. Egy-egy ilyen lencserendszer megalkotását évekig tartó számítások előzik meg. Ezután meg kell szerkeszteni az elkészítésükhöz szükséges gépeket, és ezredmilliméter pontossággal kell lecsiszolni a lencsék felületét.

Íme egy példa: a Zeiss gyár Biotar nevű hat lencséből álló objektívjének (ábra) adatait két szakember három évig számította. Elkészítéséhez 46 gép, 273 különleges szerszám szükséges, és a lencse 283 munkafolyamaton megy át.

A Zeiss gyár Biotar nevű lencséje. Hat gondosan számított és illesztett lencséből áll

Ez érthetővé teszi azt, hogy miért drága a jó képet alkotó lencse
A kitűnő fényképezőgépek lencséje egymaga több ezer, esetleg tízezer forintba kerülhet.
Régebben a gyárak összefoglaló héven anasztigmátnak nevezték ezeket a tökéletesség magas fokán álló lencséket. De ma a gyárak rendszerint külön nevet adnak értékes lencséiknek.
A Biotar lencse foglalatán a fókusztávolságot jelző számon kívül még ezt a jelet látjuk: 1 : 2. Ez azt jelenti, hogyha a fókusztávolságot kettővel elosztjuk, megtudjuk, hogy a lencse mekkora nyílással rajzol még éles képet. Mennél nagyobb ez a nyílás, annál értékesebb a lencse, mert hiszen a nagyobb nyílású lencse fényerősebb képet rajzol.

 

A legújabb találmány a bevonatos lencse

Újabban a jobb lencsék mindkét felületét igen vékony fémhártyával vonják be. Igaz, hogy a fémek átlátszatlanok, de a lencsék felületén levő fémhártya olyan vékony, mint a milliméter tizedrészének az ezredrésze. Az ilyen vékony réteg teljesen átlátszó.
Mire való?

Célját azonnal megértjük. A jó képek alkotásához több lencséből álló lencserendszereket kell alkalmazni. Ha fény esik a lencsére, akkor ennek a fénynek mintegy 5%-a visszaverődik a lencse mindegyik felületéről (ábra). A lencsének két felülete van. Mindegyiken 5% verődik vissza, Összesen tehát 10%-kal kevesebb fény megy át az egyszerű lencsén, mint amennyi ráesik.

A fényforrásból érkező fénynek csak mintegy 90%-a jut ár a lencsén, mert a két határfelület mindegyikén 5% a veszteség visszaverődés miatt


Tegyük fel, hogy a lencserendszernek 4 szabad felülete van. Akkor a fénynek közelítőleg 4.10 = 40%-a verődik vissza. Ezért a lencse által alkotott kép 40%-kal gyengébb fényű, mint lehetne akkor, ha sikerülne megszüntetni a fényvisszaverődést.
Bármilyen meglepően hangzik is, de a mérések bizonyítják, hogy az ilyen tízezred milliméter vastag fémréteggel bevont felületű lencséken esetleg 40%-kal is több fény megy át, mint a bevonat nélküli, régimódi lencséken. Ha a fényképezőgépben, messzelátóban, mikroszkópban bevonatos lencsét alkalmazunk, körülbelül 40%-kal fényerősebb kép keletkezik (utolsó ábra).
A bevonatos lencséket csak 15 éve gyártják. Mióta használ egyáltalában lencsét az emberiség?

A lencsekészítés aránylag nem régi találmány. Csak 1300 körül kezdtek lencséket csiszolni Olaszországban, és eleinte szemüvegnek használták. Ma már alig tudjuk elképzelni, hogy milyen lehetett az öregek és a rosszul látók élete az 1300 előtti korban szemüveg nélkül.
Még később jött rá az ember arra, hogy az üveglencséket nagyító, messzelátó és mikroszkóp készítésére alkalmazza.

Egy 10-szeresen nagyító Zeiss messzelátó szemlencséje (okulárja) összesen öt lencséből áll. A lencserendszer hat szabad felülete érintkezik a levegővel. Emiatt a fény- veszteség 26%. A ragasztott felületeken történő fényvisszaverődés további veszteséget okoz. Mindehhez számítsuk még hozzá a másik lencse, a tárgylencse felületein történő fényvisszaverődést. Ekkor a lencserendszer összes fényvesztesége kb. 45% volna. - Bevonatos felületű lencsékkel sikerül 20%-ra csökkenteni ezt a veszteséget

Felhasznált irodalom