Lens (optiek)
Een lens is een transparant, veelal glazen voorwerp waarmee lichtstralen geconvergeerd dan wel gedivergeerd kunnen worden. De meeste lenzen zijn zgn. sferische lenzen, lenzen met twee bolvormige oppervlakken. Daarnaast zijn er ook cilindrische en andervormige lenzen.
Inhoud |
[bewerk] Sferische lenzen
Met sferische lenzen kunnen beelden vergroot of verkleind worden. Voor veel doeleinden worden groepen van lenzen gebruikt die dan wel objectief worden genoemd; ook een oculair van een microscoop of telescoop bestaat meestal uit verscheidene lenzen. Het menselijk oog bevat ook een lens.
De mate van vergroting of verkleining hangt af van de sterkte van de lens. Deze lenssterkte S is het omgekeerde van de brandpuntsafstand f en wordt uitgedrukt in dioptrie (dpt = m − 1).
[bewerk] Brandpuntsafstand
De brandpuntafstand van een lens is de afstand tussen de lens en het punt waar evenwijdig invallende stralen na doorgang door de lens samenkomen of samen zouden komen. Brandpuntsafstanden kunnen uiteenlopen van fracties van enkele millimeters (microscoopobjectieven, fisheye lens van een fototoestel), tot enkele meters (bij een telescooplens). In onderstaande figuur wordt de brandpuntsafstand f aangegeven. Te zien is dat het licht van een verre lichtbron (de evenwijdige rode lijnen) door de lens gefocusseerd wordt in het brandpunt.
 |
| Positieve lens |
Een negatieve lens heeft een virtueel brandpunt. In onderstaande figuur is te zien dat het licht van een verre lichtbron, de rode evenwijdige lijnen aan de linkerkant van de figuur, na het passeren van de lens uit elkaar gaan (divergeren). Het virtuele brandpunt is het punt waar deze divergerende lichtstralen schijnbaar vandaan komen.
 |
| Negatieve lens |
Van een positieve lens, een vergrootglas of loep, kan eenvoudig de brandpuntsafstand worden bepaald. Wordt licht van een verre lichtbron (bijvoorbeeld de zon) afgebeeld via de lens op bijvoorbeeld een papier, dan ontstaat een scherp beeld van de lichtbron, op een afstand van de lens gelijk aan de brandpuntsafstand.
De oorsprong van het woord brandpuntsafstand is dat de afbeelding van de zon het papier echt kan verbranden. De lens moet dan enige tijd exact op dezelfde plek gehouden worden. In het brandpunt wordt het papier dan zo heet, dat het in brand vliegt.
[bewerk] Optische as
De mate waarin een lichtstraal van richting verandert is afhankelijk van de hoek tussen de lichtstraal en het oppervlak van de lens. Als de hoek tussen lichtstraal en lensoppervlak 90o is vindt geen richtingverandering plaats. Of er nu sprake is van een positieve of negatieve lens, elke lens heeft een optische as waar het licht rechtdoor gaat (aan de voorzijde én aan de achterzijde is de hoek tussen lensoppervlak en lichtstraal een rechte hoek)..
[bewerk] Toepassingen
[bewerk] Brillen
Eenvoudige lenzen, zoals bijvoorbeeld toegepast bij brillenglazen, hebben een sferisch oppervlak, dat wil zeggen het oppervlak kan worden gedacht als een deel van een zuivere bol. In de bovenstaande figuren is de straal van deze bollen aangeven met R1 en R2. Deze bolvorm kan concaaf of convex zijn:
- Een convexe lens is bol. Een convexe lens heeft een positief brandpunt. Door deze lens wordt het beeld vergroot. In een bril wordt dit een positieve lens genoemd. Mensen die verziend zijn hebben een bril met positieve lenzen nodig.
- Een concave lens is hol, dat wil zeggen dat de lens in het midden dunner is dan aan de rand. Een concave lens heeft een virtueel brandpunt. Door deze lens wordt het beeld verkleind. In een bril wordt dit een negatieve lens genoemd. Mensen die bijziend zijn hebben een bril met negatieve lenzen nodig.
- Bij sommige mensen zijn de brekingsafwijkingen niet in alle richtingen gelijk (astigmatisme). Er wordt dan bovenop de bolvormige vorm van de lens een cilindrische vorm ingeslepen.
De sterkte van de lens wordt aangegeven in dioptrie.
[bewerk] Fotografie
In de fotografie worden veel samengestelde lenzen gebruikt. Hiermee kunnen lensfouten, dat zijn afwijkingen in de afbeelding die via de lens wordt gemaakt, gecompenseerd worden.
Een van de belangrijkste afwijkingen is de sferische aberratie. Een bolvormige lens met een niet-verwaarloosbare dikte maakt geen perfect brandpunt, zoals geïllustreerd is in onderstaande figuur.
 |
| Sferische aberratie |
Omdat een bolvormige lens het eenvoudigste is te maken, worden bolvormige lenzen toch het meeste toegepast. Lenzen met een afwijkende (bijvoorbeeld parabolische) vorm heten asferische lenzen. Met asferische lenzen zijn sommige beeldafwijkingen beter te corrigeren dan met sferische. Ze worden daarom steeds meer toegepast, ook dankzij verbeterde productietechnieken. Zo kan bijvoorbeeld een zeer dunne geperste asferische kunststoflens gecombineerd worden met een sferische lens van glas. Ook worden computergestuurde slijptechnieken toegepast. Het tegenwoordig met computers kunnen berekenen van optiek met asferische lenzen is natuurlijk ook een belangrijke voorwaarde voor de realisatie ervan.
Een andere belangrijke lensafwijking is de chromatische aberratie. Hiermee wordt bedoeld dat de verschillende kleuren licht niet dezelfde brandpuntsafstand hebben. Dit wordt veroorzaakt doordat de brekingsindex van het gebruikte lensmateriaal niet voor alle golflengten van het licht gelijk is (dispersie).
Er bestaan ook zoomlenzen, die een variabele brandpuntsafstand hebben. In dat geval moet dan gedacht worden aan een lenzenstelsel, waarbij het effectieve brandpunt van het stelsel bepaald wordt door de onderlinge afstand van de verschillende samenstellende lenzen.
[bewerk] Andere toepassingen van lenzen
[bewerk] Niet-optische lenzen
Behalve voor licht is het ook mogelijk lenzen te maken voor andere "stralen" die op de een of andere manier beïnvloed kunnen worden. Een van de meest bekende is het afbuigen van elektronenstralen. Niet alleen in elektronenmicroscopen wordt dit toegepast, ook al in eenvoudige kathodestraalbuizen zoals in televisietoestellen en computerbeeldschermen worden elektronenlenzen gebruikt om de elektronenstraal zo goed mogelijk op één punt van het beeldscherm te bundelen.
