9. Erilaisia linssejä

Johdanto

Tarkastelet setelin yksityiskohtia luupin avulla. Kun valonsäteet kulkevat luupin kuperan linssin läpi, ne taittuvat ja kuva suurenee.

50 euron setelin yksityiskohdat tulevat selkeämmin näkyville, kun niitä tarkastellaan suurentavan linssin läpi.

Linssit voivat olla koveria tai kuperia. Kupera linssi on keskeltä paksumpi kuin reunoilta. Kovera linssi on keskeltä ohuempi kuin reunoilta. Esimerkiksi silmälaseissa käytetään sekä koveria että kuperia linssejä ja niiden yhdistelmiä.
Linssejä käytetään erilaisissa laitteissa. Kotoa löytyviä laitteita, joissa hyödynnetään linssejä on esimerkiksi silmälasit, kamera, kiikari, suurennuslasi ja CD- ja DVD-soitin.

Kupera linssi

Kupera linssi kokoaa yhdensuuntaisia valonsäteitä. Kuperan linssin tunnistaa siitä, että se on keskeltä paksumpi kuin reunoilta. Valonsäteet taittuvat siten, että ne kulkevat polttopisteen kautta. Tilanteessa käytetään mallia, jossa valonsäteet taittuvat linssin keskikohdassa. Todellisuudessa valo taittuisi sekä linssiin tullessa ja että sieltä poistuessa. Malli on kuitenkin riittävä kuvaamaan tilannetta.

Kuperassa linssissä yhdensuuntaiset valonsäteet taittuvat kulkemaan polttopisteen f kautta.

Katsottaessa läpi silmälasien kuperien linssien tietokoneen näytön teksti suurenee.

Kuvan muodotuminen koverassa linssissä

Koveran linssin osalta ensimmäisen säteen säteen jatkeen (katkoviivalla piirretty säde) on kuljettava linssin edessä olevan valopolttopisteen kautta. Pistettä kutsutaan valepolttopisteeksi, koska sijaitsee linssin edessä ja sen kautta kulkevat säteenjatkeet.

Kuvan muodostuminen koverassa linssissä. Säteiden piirtojärjestys on ilmoitettu numeroin. Kuva muodostuu kohtaan, jossa taittuneen säteenjatke ja tuleva valonsäde leikkaavat. Siten kovera linssi muodostaa aina pienennetyn valekuvan.

Tutustu kuvan muodostumiseen koverassa linssissä interaktiivisen työkalun avulla.

Kovera linssi

Kovera linssi hajottaa valonsäteitä. Valonsäteet taittuvat siten, että niiden säteen jatkeet (katkoviivalla piirretyt säteet) kulkevat valepolttopisteen kautta. Polttopistettä sanotaan valepolttopisteeksi, koska sen kautta kulkevat säteenjatkeet, jotka eivät ole todellisia säteitä, ja polttopiste sijaitsee linssin edessä.

Koverassa linssissä yhdensuuntaiset valonsäteiden jatkeet (katkoviivalla piirretty osuus) kulkevat valepolttopisteen f kautta. Polttopistettä sanotaan valepolttopisteeksi, koska se sijaitsee linssin edessä ja sen kautta kulkevat säteenjatkeet.

Katsottaessa läpi silmälasien koverien linssien tietokoneen näytön teksti pienenee.

Linssien käyttö

Linssejä käytetään monissa optisissa laitteissa, kuten kiikareissa, kameroissa, kaukoputkissa, mikroskoopeissa, silmälaseissa ja suurennuslaseissa. Monissa laitteissa on linssien lisäksi myös peilejä. Näin on esimerkiksi peilikaukoputkessa

Kuvan muodotuminen kuperassa linssissä

Kuvan muodostumista linsseissä voidaan tarkastella geometrisen optiikan avulla kuten peilienkin tapauksessa. Periaatteet ovat samat piirrettävien säteiden osalta. Kuvan muodostuminen tapahtuu kahden valonsäteen tarkastelun avulla, säteet 1 ja 2. Linssien tapauksessa säteet taittuvat kohdatessaan linssin. Kuperan linssin säde 1 taittuu siten, että se kulkee linssin takana olevan polttopisteen kautta. Säde 2 piirretään kulkemaan linssin ja optisen akselin leikkauspisteen kautta. Todellisuudessa säteelle tapahtuisi kohdassa yhdensuuntaissiirtymä. Tilannetta kuitenkin yksinkertaistetaan siten, että säde jatkaa suoraviivaisesti kulkuaan.

Kuvan muodostuminen kuperassa linssissä. Säteiden piirtojärjestys on ilmoitettu numeroin. Kuva muodostuu kohtaan, jossa taittuneet säteet leikkaavat. Jos esine on polttopisteen ja linssin välissä, säteenjatkeet leikkaavat ja muodostuu valekuva.

Kuvan muodostuminen kuperassa linssissä.

Tutustu kuperan linssin muodostamaan kuvaan interaktiivisen työkalun avulla.

Polaroidut linssit

Polaroidut linssit vähentävät heijastuksia. Niitä käytetään esimerkiksi aurinkolaseissa. Linssin rakenne on sellainen, että se poistaa osan pinnoilta tulevista heijastuksista.

Vasemmanpuoleisessa kuvassa on vedenpinta katsottuna ilman polaroituja aurinkolaseja ja oikeanpuoleisessa kuvassa aurinkolasien kanssa. Lasit ovat vähentäneet veden pinnasta tulevia heijastuksia, mikä havaitaan siten, että järven pohjassa olevat kivet nähdään paremmin. Esimerkiksi kalastajat käyttävät tällaisia laseja, jotka helpottavat kalojen näkemistä.

Polaroidun linssin toiminta: valkoinen valo on valoa, joka värähtelee joka suuntaan. Heijastumisen jälkeen valo on pinnan suuntaan polaroitunutta eli se värähtelee enää pinnan suuntaisesti. Polaroidun linssin rakenne on “kalterimainen”. Sen läpi pääsee vain “kalterien” suunnassa värähtelevä valo. Koska heijastunut valo värähtelee kohtisuorasti “kaltereihin” nähden, valo ei pääse linssin toiselle puolelle. Näin pinnasta heijastunut valo häviää.