Instrumen Optis [PDF]

Citation preview

Seberapa instrumen opiis terbesar di dunia terdapat di pun*ak lt4auna Kea, sehuah Sununq berapi di l{awaii yanq sudah nrali yang tingginya 430* m {14^fi0$ fli, yang msmiliki p*mandangen *akrawnla *angat j*rnih. Tidak seperti g*nerasi t*l*skrp yang lerdahu[r yafiS mf,ngsilnakan iensa, t*l*sk*p ini rr'renggunakan csrmin lengkung untuk rnerrifokuskarr cahaya dari b*nrja benda yang jauh.



36-1 PrHolnulurtt



KAMERA



Dalam bab sebelumnya kita telah mempelajari dasar-dasar



Elemen-elemen dasar sebuah kamera (camera) adalah sebuah lensa pengumpul (konvergen), sebuah kotak yang tidak dapat



tentang bagaimana bayangan dibentuk oleh cermin dan lensa.



Sekarang sudah saatnya menggunakan pemikiran ini untuk beberapa peralatan optik yang lazim digunakan, dan menanyakan bagaimana peralatan seperti itu bekerja. Bagaimana sebuah kamera menyerupai mata manusia? Apa perbedaan utamanya? Apakah yang harus dilakukan oleh seorang juru kamera atau seorang operator proyektor untuk "memfokuskan" gambar? Bagaimana halnya bahwa kombinasi tertentu dari dua lensa akan membuat sebuah mikroskop, tetapi kombinasi yang berbeda akan membuat sebuah teleskop? Kita akan mampu men-



jawab semua ini dan banyak lagi pertanyaan lain dengan menggunakan prinsip-prinsip dasar dari perilaku cermin dan lensa yang telah kita pelajari dalam Bab 35. Konsep bayangan, sangat penting dalam memahami peralatan optik sederhana dalam Bab 35, memainkan peranan yang sama pentingnya dalam analisis instrumen optis. Kita terus mendasarkan analisis krta pada model sinar dari cahaya, sehingga kandungan bab ini termasuk dalam judul umum



optika geometrik.



36-2 Knuenn DAN PRoYEKToR Kamera dan proyektor adalah beberapa di antara peralatan optik yang paling lazim. Peralatan itu menggunakan optikoptik yang serupa untuk melakukan tugas-tugas yang saling komplementer atau saling melengkapi. Kamera membuat sebuah bayangan kecil dari sebuah benda dan merekam



film. Film ini kemudian dapat digunakan sebagai benda oleh sebuah proyektor, yang menghasilkan sebuah bayangan besar pada sebuah layar.



bayangan itu pada



dimasuki cahaya ("camera" adalah kata Latin yang berarti sebuah kamar atau ruangan tertutup), sebuah film yang peka terhadap cahayauntuk merekam sebuah bayangan, dan sebuah penutup untuk membiarkan cahaya dari lensa menumbuk film



itu



selama waktu yang sudah ditetapkan (Gambar 36-1a).



Lensa itu membentuk bayangan nyata yang terbalik pada film dari benda yang sedang dipotret. Lensa kamera berkualitas tinggi mempunyai beberapa elemen, yang mengirimkan koreksi parsial dari berbagai oherasi, termasuk kebergantungan indeks referensi pada panjang gelombang dan pembatasan yang



diharuskan oleh aproksimasi paraksial. (Kita akan membicarakan aberasi lensa dalam Subbab 36-7). Sebuah rancangan lensa klasik adalah rancangan "Tessar" Zeiss, yang diperlihatkan dalam Gambar 36-1b. Bila kamera itu berada dalamfoArus yang wajar, posisi film itu berimpit dengan posisi bayangan nyata yang dibentuk oleh lensa itu. Maka hasil pemotretan yang dihasilkan akan setajam mungkin. Dengan sebuah lensa pengumpul, jarak bayangan bertambah jika jarak benda berkurang (lihat Gambar 35-33a,35-33b, dan 35-33c dan pembahasan dalam Subbab 35-7). Maka dalam "memfokuskan" kamera itu, lensa itu digerakkan lebih dekat ke film untuk sebuah benda yang jauh dan lensa itu digerakkan lebih jauh dari film untuk sebuah benda yang dekat. Seringkali hal ini dilakukan dengan memutarkan lensa itu dalam sebuah bantalan yang bergalur. Pilihan panjang fokus/untuk sebuah lensa kamera bergantung pada ukuran film dan sudut pandang yang diinginkan. Gambar 36-2 memperlihatkan tiga hasil pemotretan yang diambil pada film berukuran 35 mm dengan kamera yang sama di posisi yang sama,' tetapi dengan lensa-lensa yang



FISIKA UNIVERSITAS



567



Film yang dibukakan



digantung



{ar)



^e



{bi



atas kcluar dari .jalan cahava scrbelum pcuutl-tll itu membuka.



28 mm



105 mm



icr:ih bc::tti i!r'1tr.!r: it;liit



I \rllt{ rrlrrr i-.,,r' 1'-i\i rrii.



l',r::1r .uriui p:irtriuug vang iebrlr keeii. !ir'ltiiii.r.iirigi



300 mm blyan-car



l4 nrrl x



-i(. it1ttt,,,,"t lrla'rgitfLl ke."utlul



|ltnaiillt \L'f,,,'i,rtll.li'it.:1.: Llrrj iI;i! ritfi ji]lt irr:;llriri.



BAB 36 INSTRUMEN OPTIS



568



panjang fokusnya berbeda. Sebuah lensa yang mempunyai panjang fokus yang panjang, dinamakan lensatelefoto. memberikan sebuah sudut pandang kecil dan bayangan besar dari sebuah benda jauh (seperti patung dalam Gambar 36-2c); sebuah lensa yang mempunyai panjang fokus yang pendek memberikan bayangan yang kecil dan sudut pandang yang lebar (seperti dalam Gambar 36-2a) dan dinamakan lensa bersudut lebar. Untuk memahami perilaku ini, ingatlah kembali bahwa panjang fokus adalahjarak dari lensa ke bayangan bila benda berada jauh tak berhingga. Umumnya untuk sebarang jarak benda, penggunaan sebuah lensa yang panjang fokusnya lebih panjang akan memberikan jarak bayangan yang lebih besar. Inijuga akan memperbesar tinggi bayangan itu; seperti yang dibicarakan dalam Subbab 35-6, rasio dan tinggi bayangan y' terhadap tinggi benda y (perbesaran lateral) sama dengan nilai mutlak dari rasio jarak bayangan s'terhadap jarak benda s (Persamaan



(35-17)):



*=t=-t'. ys Dengan sebuah lensa dengan panjang fokusnya yang pendek, rasio s'ls adalah kecil, dan sebuah benda berjarak tertentu hanya memberikan sebuah bayangan kecil. Bila digunakan sebuah lensa dengan panjang fokus yang panjang, maka bayangan benda yang sama ini dapat menutupi seluruh luas film itu. Maka semakin panjang fokus itu, semakin sempit pula sudut pandang (Gambar 36-2d). Sudut pandang itu dapat ditambah dengan hanya menambahkan ukuran film tersebut. Bila diikatkan ke sebuah kamera yang menggunakan film berukuran 35 mm, yang luas bayangannya itu adalah 24 mm x 36 mm, maka sebuah lensa dengan f = 50 mm akan memberikan sebuah sudut pandang 45'; sebuah lensa dengan sudut pandang ini dinamakan lensa "normal". Bila digunakan pada sebuah kamera potret yang menggunakan film berukuran 60 mm x 70 mm, maka sebuah lensa yang panjang fokusnya sama seperti ini bertindak sebagai sebuah lensa bersudut lebar dengan sudut pandang 63". Supaya film itu merekam bayangan dengan sempurna, total energi cahaya per satuan luas yang mencapai film itu ("bukaan") harus jatuh di dalam batas-batas tertentu. Ini dikontrol oleh penutup (shutter) dan celah lensa (lens aperhtre). Penutup itu dapat diatur setahap demi setahap yang bersesuaian dengan faktor-faktor sebesar dua, seringkali 1 s sampai ffi s. Intensitas cahaya yang mencapai film itu sebanding dengan luas yang dipandang oleh lensa kamera dan sebanding dengan luas efektif dari lensa itu. Ukuran luas yang "dilihaf' oleh lensa itu sebanding dengan llfz. Luas efektif lensa itu dikontrol dengan bantuan sebuah celah lensa yang dapat diatur, atau diafragma, yakni sebuah lubang yang hampir berbentuk lingkaran dengan diameterD yang berubah-ubah; maka luas efektifitu sebanding dengan D2. Dengan memasukkan faktor-faktor ini secara bersamaan, kita melihat bahwa intensitas cahaya yang mencapai film dengan lensa tertentu sebanding dengan D2lf . Kemampuan mengumpulkan cahaya dari sebuah lensa biasanya dinyatakan oleh fotografer dalam rasio f /D, yang dinamakan bilangany' (f-number) dari lensa itu



tsllansan-f- =



Diafragma yang



Paniane fokus



f



Diameter celah



D



' "



(36-1)



dapat diatur



Misalnya, sebuah lensa dengan panjang fokus/= 50 mm dan diameter celah D = 25 mm dikatakan mempunyai bilangany' sebesar 2, atau "sebuah celah sebesar.l'/2".Intensitas cahaya yang mencapai film itu berbanding terbalik dengan kuadrat dari bilangany' Untuk sebuah lensa dengan celah yang diametemya berubah-ubah, penambahar diameter



oleh sebuah faktor sebesar .uf akan mengubah bilangany' sebesar ll rD dan menambah intensitas di film itu oleh sebuah faktor sebesar 2. Celah yang dapat diatur biasanya memCelah



punyai skala yang ditandai dengan bilangan-bilangan yang berturutan [seringkali dinamakan perhention-.1 t1-stop)l yang dikaitkan dengan laktor sebesar uf . seperti



//8



Gambar 36-3 Daianr



seburLh lens:r



kanera. bilarrgarr-l yang lehih



besar'



beralti cliarrctcr cclah yang lebih kecii.



t;



U



f/2; ft2,8; f/a; f/5,6; f/8; .f/tt;



f/t6;



dan seterusnya. Bilangan yang lebih besar menyatakan celah dan bukaan (exposure) yang



FISIKA UNIVFRSITAS



569



fl