INSTRUMEN OPTIK A. Kamera 1. Bagian Bagian –bagian –bagian Kamera Kamera Eleme Elemenn-ele eleme men n esens esensia iall dari dari sebua sebuah h kamera kamera adala adalah h sebua sebuah h lens lensaa yang yang
dilengkapi dengan shutter (pengatur cahaya), pagar kedap cahaya, dan film peka caha cahay ya (ata (atau u sens sensor or elek elektr tron onik ik)) yang ang mere mereka kam m suat suatu u bay bayanga angan. n. Lens Lensaa membentuk bayangan nyata terbalik yang dan diperkecil dari benda yang sedang difoto difoto.. Untuk Untuk memberi memberikan kan jarak jarak bayang bayangan an yang yang benar benar untuk untuk berbag berbagai ai jarak jarak benda, lensa dipindahkan lebih dekat atau ata u lebih jauh dari film f ilm atau ata u sensor. Film terdiri dari bahan kimia yang peka terhadap cahaya yang mengalami perubahan ketika cahaya menimpanya. ambar !. "agian bagian kamera
2. Prinsi Prinsip p kerja kerja kamera kamera #bje #bjek k yang yang akan akan difo difoto to haru harusl slah ah bera berada da pers persis is di depa depan n lens lensa. a. $etik $etikaa
diafragma dibuka, cahaya yang mele%ati objek masuk melalui celahdiafragma menu menuju ju lens lensaa mata mata,, dan dan lens lensaa mata mata akan akan membe membent ntuk uk suat suatu u baya bayang ngan an pada pada benda. &upaya bayangan benda tersebut tepat jatuh tepat di film dengan jelas haru aruslah slah let letak di len lensa haru arus diges igeser er-g -ges eser er sup supaya aya mendekat ekatii dan juga menjauhi film. 'iagram pembentuk bayangan dikamera tertunjukkandi tertunjukkandi gambar berikut
1
ambar . *embentukan bayangan pada kamera
'i kamera kamera bayan bayangan gan diafra diafragm gmaa diharu diharusk skan an jatuh jatuh tepat tepat di plat plat film film yang yang memiliki sifat peka terhadap cahaya. $etika plat film yang peka cahaya terkena cahay cahayaa sudah sudah dipast dipastika ikan n plat plat film film akan akan mengal mengalami ami perub perubaha ahan n secara secara kimia kimia sesuai sesuai dengan dengan cahaya cahaya dari dari benda benda yang di depan depan kamera. *lat ini masih peka cahay cahaya, a, agar agar plat plat film film ini menjad menjadii tidak tidak peka peka terha terhadap dap cahay cahayaa dalam dalam studio studio perlu dicuci atau dimasukan k edalam larutan kimia tertentu. &etelah dimasuk dimasukan an ke dalam larutan larutan kimia tadi maka maka plat film tersebut tersebut menjadi menjadi tidak peka cahaya dan terlihat gambar pada plat film yang disebut gambar negatif (negati+efilm). 3. Pene Pene!e" !e"an an Kamer Kamera a da tiga penyetelan utama pada kamera dengan kualitas yang baik yaitu
kecepa kecepatan tan shutter shutter,, f-stop f-stop dan pemfok pemfokusa usan. n. 'an sekaran sekarang g akan akan dibaha dibahass satu persatu secara lebih terinci. a. $elaj $elajua uan n &hut &hutter ter stilah ini mengacu pada berapa lama shutter (penutup kamera) dibuka dan film terbuka.Laju ini bisa ber+ariasi dari satu detik atau lebih (%aktu 1
pencahayaan) sampai
1000
detik atau lebih kecil lagi. Untuk menghindari
1
pengaburan karena gerak kamera, laju yang lebih cepat dari
100
detik
biasanya digunakan. ika benda bergerak, laju shutter yang lebih tinggi dibutuhkan untuk /menghentikan0 gerak tersebut.
2
b. f-stop "anyaknya cahaya yang mencapai film harus dikendalikan dengan hatihati untuk menghindari kekurangan cahaya (terlalu sedikit cahaya, sehingga yang terlihat hanya benda yang paling terang) atau kelebihan cahaya ( terlalu banyak cahaya, sehingga semua benda terang tampak sama, tanpa adanya kontras dan kesan /tercuci0). Untuk mengendalikan aperture (bukaan),suatu /stop0 atau diafragma mata, diletakkan dibelakang lensa. Ukuran bukaan ber+ariasi untuk mengimbangi hari-hari yang terang atau gelap, kepekaan film yang digunakan dan kecepatan shutter yang berbeda. Ukuran bukaan diatur dengan f-stop didefinisikan sebagai
f f -stop 1 D 'imana f adalah panjang fokus lensa dan ' adalah diameter bukaan . &ebagai contoh, jika lensa panjang fokusnya 23 mm dengan bukaan ' 12 mm, kita katakan lensa tersebut diatur pada f4. ika lensa diatur pada f45,
bukaan hanya 6
1
1
4
mm (2346 4
1 5). 7akin cepat kecepata shutter, atau
hari makin gelap, makin besar bukaan harus dibuka untuk mendapatkan pandangan yang sesuai. 8al ini berhubungan dengan angka f-stop yang lebih kecil. 7akin kecil angka f -stop, makin banyak cahaya yang mele%ati lensa menuju film. ngka f terkecil dari sebuah lensa (bukaan terbesar) disebut sebagai kelajuan lensa. Umumnya ditemukan lensa f4,3 saat ini, dan bahkan secepat f4!,3. *embuatan lensa cepat dan mahal membutuhkan banyak elemen untuk memperkecil kerusakan yang terdapat pada lensa tipis. $euntungan lensa cepat adalah memungkinkan pengambilan gambar dengan kondisi cahaya yang buruk. Lensa-lensa biasanya berhenti pada f4!6, f4 aatau f49. :alaupun bukaan lensa biasanya dapat ber+ariasi secara berkesinambungan, hampir selalu ada tanda untuk bukaan lensa khusus tanda f stop yang standar adalah !,3 ; !,<; ,3; ,5; <,3; 2,6; 5; !!; !6; dan 9. *erhatikan bah%a masing-masing stop berhubungan dengan pengecilan diameter sebesar faktor
√ 2 1 !,<. $arena
banyaknya cahaya yang mencapai film sebanding dengan luas bukaan dan
3
dengan demikian sebanding dengan kuadrat diameter. &etiap f-stop standar berhubungan dengan faktor pada intensitas cahaya yang mencapai film.*anjang focus suatu lensa kamera bergantung pada ukuran film dan sudut pandang yang diinginkan.
ambar 9. 8ubungan f dengan ukuran gambar $etiga gambar di atas diambil oleh sebuah kamera pada film dengan posisi yang sama tetapi dengan lensa-lensa yang berbeda. *ada gambar, kamera menggunakan lensa yang memiliki panjang focus kecil (5mm) yang kecil karena sudut pandang yang diberikannya lebar. *ada gambar c, kamera menggunakan lensa yang memiliki panjang focus panjang (933mm) sehingga lensa itu akan memberikan sudut pandang kecil dan bayangan benda menjadi besar dari posisi benda yang jauh. 'apat disimpulkan bah%a semakin besar panjang fokus yang digunakan maka sudut pandangnya akan semakin kecil sehingga menghasilkan bayangan yang lebar dan tingginya lebih besar dari obyek sebenarnya. c. *emfokusan *emfokusan adalah peletakan lensa pada posisi yang benar relatif terhadap film untuk mendapatkan bayangan yang paling tajam. 'alam proses pemfokusan, lensa itu digerakan lebih dekat ke film untuk sebuah benda yang jauh dan lensa itu digerakan lebih jauh dari film untuk sebuah benda yang dekat. ni berarti pemfokusan pada kamera dilakukan dengan mengubah= ngubah jarak bayangan sesuai dengan jarak benda yang difoto. 8al tersebut dilakukan dengan cara memutar cincin pengatur lensa. *engaplikasian dapat dilihat pada persamaan berikut 1
1
1
f 1
s >
s
'
#. $ensa Te"e%&!& 'an S('(! $ebar 4
Lensa kamera dikategorikan menjadi normal, telefoto dan sudut lebar, menurut panjang fokus dan ukuran film. Lensa normal adalah lensa yang menutup film dengan medan pandangan yang kira-kira sama dengan pandangan normal. Lensa normal untuk film 92 mm memiliki panjang fokus dalam jarak 23 mm. Lensa telefoto, berfungsi seperti teleskop untuk memperbesar bayangan. Lensa ini memiliki panjang fokus yang lebih panjang dari lensa normal. $etinggian bayangan untuk jarak benda tertentu sebanding dengan jarak bayangan, dan jarak bayangan akan lebih besar untuk lensa dengan panjang fokus yang lebih besar. Lensa telefoto 33 mm yang digunakan pada kamera 92 mm menghasilkan perbesaran < ? dari lensa normal 23 mm. Lensa sudut lebar memiliki panjang fokus yang lebih pendek dari normal., medan pandang yang lebar akan tercakup dan benda-benda akan tampak lebih kecil.
ambar <. Lensa $amera
). Kamera *igi!a" *ada kamera digital, film peka cahaya digantikan dengan sederetan sel-cahaya kecil yang dibuat pada suatu keping semikonduktor yang disebut keping chargecoupled de+ice (@@'). lat ini mencakup bidang bayangan, yang membaginya menjadi banyak area persegi yang disebut pixel . umlah total pi?el khususnya sampai !3 juta; kamera megapi?el memiliki sekitar juta pi?el. ntensitas cahaya setiap %arna primer yang mengenai setiap pi?el direkam dan disimpan secara digital. &ekali disimpan, bayangan bisa diproses secara digital untuk memotong pendek atau memperbesarnya, mengubah keseimbangan %arna, dan seterusnya. ambar 2.< menunjukkan keping @@'. :aktu pencahayaan dikendalikan secara elektronik, jadi shutter mekanis tidak diperlukan. 'imensi keping @@' bisa dibuat lebih kecil dari ukuran bayangan dalam ! 2
kamera 92 mm khusus dengan suatu faktor pada orde
dalam setiap dimensi.
*anjang focus lensa bisa lebih kecil dengan sesuai, jadi seluruh kamera bisa dibuat jauh lebih kompak daripada kamera 92 mm biasa. ni dengan cepat mengembangkan teknologi yang digunakan dalam aplikasi seperti kamera telepon seluler.
5
ambar 2. papan @@' pada papan sirkuit SOA$ + &uatu lensa telefoto biasa untuk kamera 92 mm memiliki panjang focal 33 mm dan
sederetan f-stops dari f42,6 sampai f4<2. (a) "erapa kisaran diameter aperture yang sesuaiA (b) "erapa kisaran intensitas yang sesuai untuk bayangan filmA
PEN,E$ESAIAN
f bilangan - f a)
=
)33 mm 2,6
'1
1 96 mm )33 mm <2
&ai b)
'1
1 <,< mm
$arena intensitas sebanding dengan kuadrat diameter, rasio intensitas pada f42,6 sampai itensitas pada f4<2 adalah kira-kira )
96 mm <2 ) ≅ 62 ≅ 2,6 <,< mm (sekitar 6).
B. Pr&ek!&r 1. Bagian Bagian Pr&ek!&r &uatu pr&ek!&r untuk melihat slide atau gambar bergerak beroperasi jauh
seperti kamera secara terbalik. Elemen-elemen yang perlu sekali ditunjukkan pada ambar 6. @ahaya dari sumber (sebuah bola lampu pijar atau, pada
6
proyektor gambar bergerak besar, lampu busar-karbon) sinar melalui film, dan lensa proyeksi membentuk bayangan nyata, diperbesar, terbalik dari film tersebut pada layar proyeksi. Lensa tambahan yang disebut lensa kondensor ditempatkan antara lampu dan film. Fungsinya adalah mengarahkan cahaya dari sumber agar kebanyakan dari itu memasuki lensa proyeksi setelah melalui film. &uatu cermin cekung di belakang lampu juga membantu mengarahkan cahaya. Lensa kondensor harus cukup besar mencakup seluruh area film. "ayangan pada layar selalu nyata dan terbalik; inilah mengapa slide harus ditempatkan ke suatu proyektor terbalik. *osisi dan ukuran bayangan yang diproyeksikan pada layar ditentukan oleh posisi dan panjang focus lensa proyeksi.
ambar 6. "agian =bagian proyektor
2. -ara Kerja Pr&ek!&r *roses kerja proyektor dia%ali dengan cahaya yang masuk dari sumber
cahaya mele%ati film. &umber cahaya tersebut berasal dari bola lampu pijar pada proyektor. @ahaya yang masuk mele%ati film itu dipindahkan oleh lensa kondensor sehingga kebanyakan cahaya itu memasuki lensa proyeksi. $emudian cahaya itu juga dikumpulkan oleh cermin cekung dan dipantulkan pada lensa proyeksi lebih kuat,$emudian lensa proyeksi akan mengumpulkan cahaya pada layar untuk membentuk bayangan tajam, bayangan yang dibentuk adalah nyata, terbalik dan diperbesar dari film pada layar. lensa kondensor yang. *royeksi ukuran bayangan yang dibentuk pada layar ditentukan oleh posisi dan pemfokusan dari lensa proyeksi tersebut.
7
3. enis Pr&ek!&r *royektor dibedakan menjadi dua, yaitu 'iaskop dan Episkop. 'iaskop
adalah alat untuk memproyeksikan bayangan nyata dari sebuah gambar diapositif. &edangkan Episkop adalah proyektor untuk memproyeksikan gambargambar tidak tembus cahaya. dengan sifat bayangan tegak diperbesar. Episkop biasanya digunakan oleh seniman lukis untuk mereproduksikan lukisan, misalnya untuk membuat gambar pada billboard atau papan reklame. ambar yang akan diproyeksikan, misalnya sebuah foto diletakkan di meja objek, kemudian seberkas cahaya yang berasal dari dua buah lampu L! dan L dipantulkan oleh gambar itu. &eterusnya, cahaya tersebut ditangkap dan dipantulkan oleh cermin datar ke lensa proyektor. akhirnya, terbentuk bayangan sejati dan diperbesar pada layar. &alah satu bagian dari diaskop adalah proyektor #8*. *royektor #8* biasanya digunakan dalam ruang kelas untuk menghasilkan bayangan tegak berdiri pada sebuah layar proyeksi. *rinsip kerjanya sama dengan proyektor biasa akan tetapin setelah cahaya meninggalkan lensa proyeksi terdapat cermin datar miring yang memantulkan dan membalikan bayangan yang terbalik sehingga menjadi tegak pada layar. *ada #8* cahaya dari lampu itu diarahkan juga oleh potongan plastic jernih yang tembus cahaya (biasanya lensa Fresnel) menuju lensa proyeksi. #. Pr&ek!&r *igi!a"
*royektor digital (juga disebut proyektor data) menggunakan prinsip optik yang sama seperti proyektor yang baru saja dijelaskan, namun film atau slide digantikan dengan sederetan pi?el persegi yang terdiri dari dioda kristal cair (L@'). &etiap dioda dapat dibuat transparan atau tak tembus cahaya dengan mengadakan sinyal listrik yang tepat padanya, dan bayangan yang dihasilkan diproyeksikan ke suatu layar. &kema ini digunakan secara luas pada monitor komputer dari sistem tampilan BC. SOA$
&uatu slide ber%arna 92 mm memiliki area gambar < ? 96 mm. kan berapa panjang focal lensa proyeksi yang diperlukan untuk memproyeksikan bayangan !, m ? !,5 m dari gambar ini pada suatu layar 2,3 m dari lensaA
8
PEN,E$ESAIAN+
$ita gunakan analisis lensa tipis.$ita memerlukan perbesaran samping (mengabaikan tanda) sebesar
y E y
!,) m
=
)< × !3 -9 m
DmD 1
1 23.
'ari *ersamaan
y
s
=−
y
s
m1
,
adi rasio s4s juga harus 23. ("ayangannya nyata, jadi s positif.) $ita diberikan bah%a s 1 2,3 m. adi,
2,3 m 23 s1
1 3,!3 m.
arak benda dan bayangan dihubungkan dengan *ersamaan
! f
!
!
s
s E
= +
=
! 3,!3 m
+
! 2,3 mE
f 1 3,3G5 m 1 G5 mm.
-. Ma!a Man(sia
9
lat optika merupakan alat penglihatan manusia, &ecara umum, alat-alat optika terdiri dari dua bagian, yaitu alat optika alamiah dan alat optika buatan.
lat
optika
alamiah
adalah
mata,
sedangkan alat optika buatan biasanya digunakan untuk lebih mengoptimalkan penggunaan mata, misalnya lup, kaca mata, mikroskop, teropong, teleskop dan lain-lain.
ambar H. 7ata
1. Bagian/bagian Ma!a 'an %(ngsina se0ara &p!ika+
ambar 5. "agian-"agian 7ata
a) Aqueous humor berupa cairan (indeks bias, n 1 !,99) yang berfungsi membiaskan cahaya yang menuju mata. b) Lensa Kristalin disebut juga lensa mata (n 1 !,<3), untuk mengatur pembiasan yang disebabkan oleh cairan didepan lensa dan mengatur pemfokusan cahaya, dalam hal ini diatur oleh otot siliar; misalnya ketika melihat benda-benda yang jauh, maka otot siliar mengendor (relaks) sehingga lensa mata paling pipih, yang berarti jarak fokus paling panjang. *eristi%a ini disebut dengan akomodasi mata, yaitu peristiwa
dimana
lensa
mengubah
jarak
fokusnya
guna
memfokuskan benda-benda pada berbagai jarak . c) Iris berupa selaput yang membentuk celah lingkaran (pupil) dan memberi %arna kepada mata
10
d) P(pil celah lingkaran yang dibentuk oleh iris, dan besarnya diatur sesuai dengan intensitas cahaya yang masuk; jika berada ditempat yang terang, supaya mata tidak silau maka pupil mengecil supaya intensitas cahaya yang masuk tidak begitu banyak. e) Re!ina (selaput jala) tempat jatuhnya bayangan yang dibiaskan oleh lensa kristalin, untuk menangkap bayangan nyata, terbalik dan diperkecil. f) Bin!ik K(ning bagian pada retina yang sangat peka terhadap cahaya. gar bayangan terliihat jelas, bayangan harus terbentuk di retina tepat di bintik kuning.
ambar G. "ayangan yang 'ibentuk pada Ietina 7ata g) Sara% &p!ik terdiri dari sel-sel saraf yang sensitif yang dapat mengirim sinyalsinyal melalui saraf optik dari bintik kuning ke otak dan otaklah yang menerjemahkan sehingga bayangan benda menjadi tegak, tidak terbalik seperti yang ditangkap oleh retina mata. 2. Ti!ik *eka! 'an Ti!ik a( Ma!a
ambar !3. *embentukan "ayangan pada 7ata Jormal •
Untuk melihat dengan jelas, benda harus terletak pada jangkauan penglihatan mata, yaitu antara Punctum Remotum dan Punctum Proximum.
11
•
Ti!ik *eka! Ma!a Punctum Proximum PP4 adalah titik terdekat yang masih
dapat
dilihat
dengan
jelas
oleh
mata yang
berakomodasi
maksimum. Untuk orang normal sejauh 2 cm. •
Ti!ik a( Ma!a Punctum Remotum PR4 adalah titik terjauh yang masih dapat dilihat benda dengan jelas oleh mata yang tidak berakomodasi yaitu sejauh tak terhingga.
•
Ma!a n&rma" memiliki titik dekat 2 cm dan titik jauh tak berhingga artinya
dapat melihat benda dengan jelas pada paling dekat 2 cm dan paling jauh tak berhingga tanpa bantuan. •
#rang yang mengalami gangguan penglihatan sering disebut menderita gangg(an re%raksi. rtinya, gangguan penglihatan terjadi akibat tidak sempurnanya bayangan benda yang diterima oleh saraf-saraf penglihatan untuk disampaikan ke otak.
9. Rab(n *eka! 5perme!r&pi4.
ambar !!. *embentukan "ayangan pada mata 8ipermetropi • •
7ata tidak dapat melihat benda-benda dekat. Bitik dekatnya lebih jauh dari 2 cm dan titik jauhnya dianggap tak berhingga sehingga dapat melihat dengan jelas benda-benda yang sangat jauh tanpa
12
berakomodasi, tapi untuk benda-benda yang dekat biasanya tidak kelihatan • •
dengan jelas. "ayangan jatuh di titik jauh mata (& 1 **) dan biasanya & 1 = &n) Untuk membantu penglihatan digunakan Lenca @embung (>), dimana untuk dapat melihat pada jarak baca normal (& 1 &n 1 > 2 cm), maka bayangan yang dibentuk oleh lensa cembung tersebut harus jatuh tepat dititik dekat mata (**), di depan lensa dan semu, & 1 = titik dekat mata penderita rabun dekat.
ambar !. *embentukan bayangan pada hipermetropi (a) &ebelum menggunakan kacamata; dan (b) &etelah menggunakan kacamata <. Rab(n a( M&pi4 Terang *eka!
ambar !9. *embentukan "ayangan pada mata 7iopi *ada orang myopia, bentuk bola mata terlalu lonjong atau kornea terlalu melengkung sehingga bayangan benda yang masuk ke mata menjadi tidak fokus. "ayangan benda jatuh di depan retina, daerah sensitif pada mata sehingga menyebabkan penglihatan menjadi kabur.
13
•
7ata tidak dapat melihat benda-benda jauh Bitik dekat mata (**) lebih dekat tak hingga, dan bayangan jatuh di depan
•
retina. Untuk membantu penglihatan digunakan kacamata negatif ( = ), dimana agar
•
mata dapat melihat dengan normal benda yang jauh (& 1 K), maka bayangan yang dibentuk oleh lensa cekung tersebut harus jatuh dititik jauh mata (& 1 = •
*I) , didepan lensa dan maya. Untuk menghitung kekuatan kacamata yang digunakn dapat menggunakan persamaan lensa.
ambar !<. *embentukan "ayangan pada 7ata 7iopi (a) &ebelum menggunakan Lensa @ekung dan (b) &etelah 7enggunakan Lensa @ekung
2. Ma!a T(a Presbi&pi4 Presbyopia berasal dari bahasa unani / Presbys0 yang berarti orang tua dan
/Opia0 artinya mata. ni berkaitan dengan bekurangnya kemampuan mata untuk fokus pada jarak dekat seperti membaca karena usia yang mulai menua.adi cacat mata ini karena berkurang daya akomodasi karena lanjut usia. Bitik dekat lebih besar dari 2 cm dan titik jauh pada jarak tertentu. &ehingga penderita presbiopi tidak dapat melihat benda dengan jelas dan juga tidak dapat membaca pada jarak baca
normal.
'apat
ditolong
dengan
kaca
mata
bifokal
(lensa
rangkap). $acamata bifokal adalah kaca mata yang terdiri atas dua lensa, yaitu lensa cekung dan lensa cembung. Lensa cekung berfungsi untuk melihat benda jauh dan lensa cembung untuk melihat benda dekat4membaca.
14
ambar !2 7ata *resbiopi
6. Ma!a As!igma!isma @acat mata yang tidak dapat melihat garis +ertikal dan horiMontal bersamasama, ditolong dengan kaca mata silindris. *enyebabnya adalah karena kornea mata yang tidak berbentuk sferik, artinya salah satu bidang lebih melengkung dibanding bidang lain, sehingga biasanya sinar-sinar pada bidang +ertikal difokuskan
lebih
pendek
daripada
sinar-sinar
pada
bidang
horisontal.
stigmatisme atau mata silindris merupakan kelainan pada mata yang disebabkan oleh karena lengkung kornea mata yang tidak merata. $elainan refraksi ini bisa mengenai siapa saja tanpa peduli status sosial, umur dan jenis kelamin. "ola mata dalam keadaan normal berbentuk seperti bola sehingga sinar atau bayangan yang masuk dapat ditangkap pada satu titik di retina (area sensitif mata). *ada orang astigmatisme, bola mata berbentuk lonjong seperti telur sehingga sinar atau bayangan yang masuk ke mata sedikit menyebar alias tidak fokus pada retina. 8al ini menyebabkan bayangan yang terlihat akan kabur dan hanya terlihat jelas pada satu titik saja. 'isamping itu, bayangan yang agak jauh akan tampak kabur dan bergelombang. *. $(p Ka0a Pembesar4
Lup (atau kaca pembesar), digunakan untuk memperbesar sudut pandang. Untuk mendapatkan perbesaran maksimum benda diletakkan diruang (antara titik pusat 15
optik dengan fokus f) sehingga bayangan di ruang C didepan lensa, semu4maya (sepihak dengan tempat benda) dan tegak. Perbesaran S('(! ang("er4 Perbesaran S('(! M4 yaitu perbandingan antara sudut penglihatan dengan lup ()
dan tanpa lup ( o ).
ambar !6. 7elihat "enda tanpa Lup
ambar !H. 7elihat "enda dengan Lup Ukuran anguler berperan dalam hal memberi kesan seberapa besar benda yang dilihat mata. &ebagai contoh perhatikan sebuah mobil yang bergerak mendekati kita; ketika masih jauh mobil tersebut kelihatan kecil, tetapi semakin dekat dengan kita, maka mobil tersebut kelihatan menjadi besar. *adahal ukuran mobil yang kita lihat sebenarnya adalah tetap. tau perhatikan diagram benda berikut
16
ambar !5. *erbandingan nguler untuk Binggi "enda #, #" dan #@ adalah benda yang sama tingginya, namun karena berbeda jaraknya, maka sudut penglihatannya menjadi berbeda, # yang paling jauh memiliki sudut penglihatan yang kecil dibandingkan #" dan #@, (N! O N O N9), dan bayangan yang dibentuk diretina, #@ yang paling dekat terlihat lebih tinggi, adi #@! P #"! P #!
&ecara matematis, dari definisi diatas, perbesaran sudut 7 dapat dihitung dengan
QQQQQQQQQQ (!)
Ma!a Berak&m&'asi Maksim(m
ika seorang pengamat menggunakan lup dimana benda diletakkan antara titik O dan ! (di ruang ") maka akan diperoleh bayangan yang terletak pada titik dekat mata pengamat (s 1 sn). $arena sudut pandang mata menjadi lebih besar, maka mata pengamat berakomodasi maksimum. adi, untuk mata berakomodasi maksimum, bayangan yang dihasilkan lup harus terletak dititik dekat mata. &ehingga bayangannya, & 1 = &n, oleh karena itu, perbesaran bayangan pada lup (7) merupakan perbandingan antara letak bayangan (s) dengan letak benda (s), karena s 1 = 2 cm (tanda negatif menunjukkan bah%a ba yangan jatuh didepan lensa).
*erhatikan gambar berikut
17
ambar !G. *engamatan menggunakan Lup *erbesaran sudut dapat dihitung dengan persamaan berikut
QQQQQ ()
Ma!a Ti'ak Berak&m&'asi
ambar 3. *engamatan 7enggunakan Lup tanpa komodasi
Untuk mata tidak berakomodasi (supaya mata tidak cepat lelah), makabenda (&) diletakkan pada titik fokus lensa (lup) sehingga bayangan akan diperbesar dan jatuh di jauh tak berhingga, sehingga & 1 K dan & 1 f 'ari hal ini diperoleh bah%a sudut penglihatan tanpa menggunakan lup merupakan perbandingan tinggi benda (h) dengan jarak titik dekat mata (&n).
18
&ehingga perbesaran sudut untuk penglihatan menggunakan lup tanpa berakomodasi dapat dihitung dengan persamaan
QQQQQQQQQQ (9)
Ma!a Berak&m&'asi Pa'a arak 6
Untuk mata berakomodasi pada jarak ?, artinya bayangan yang dibentuk oleh lensa jatuh pada jarak x di depan mata (& 1 = ?), sehingga perbesaran lup adalah
QQQQQQQQQQ (<)
Ma!a Berak&m&'asi Pa'a arak 6 'an $(p Ti'ak Menempe" Pa'a Ma!a.
Untuk mata berakomodasi pada jarak ?, dan mata mempunyai jarak d dari lup, maka perbesaran yang dihasilkan adalah
QQQQQQQQQQ (2)
-&n!& S&a"+
&eorang tukang jam menggunakan lup yang berkekuatan 5 dioptri, dimanakah letak benda dan perbesaran anguler yang diperoleh jika mata tukang jam tersebut a) "erakomodasi maksimum b) Bidak berakomodasi (titik jauh dekat pengamat 2 cm)
19
*enyelesaian 8itung terlebih dahulu fokus lensa dengan persamaan
sehingga didapat fokuslensa # $%,& cm a) 'ntuk mata berakomodasi maksimum,maka & 1 = &n 1 = 2 cm; dan dari perhitungan diatas didapat f 1 !,2 cm. 'engan menggunakan persamaan lensa tipis yaitu
maka diperoleh letak benda, & 1 249 cm. *erbesaran lup dapat menggunakan persamaan (), yaitu
maka akan didapatkan perbesaran sudutnya adalah # kali b) 7ata tidak berakomodasi. Bitik jauh pengamat ada di tak berhingga, maka benda terletak
didepan
lensa
dan
di
titik
fokus,
maka
&
1
f
1
!,2
cm.
*erbesaran lup dapat menggunakan persamaan (9)
maka didapat perbesaran sudutnya 7 1
E. Mikr&sk&p
Iancangan teleskop dan mikroskop berbeda, karena mikroskop digunakan untuk melihat benda yang sangat dekat, sehingga jarak benda sangat kecil. "enda diletakkan persis di luar titik fokus objektif (seperti pada gambar). "ayangan yang dibentuk oleh lensa objektif bersifat nyata, cukup jauh dari lensa, dan sangat diperbesar. "ayangan ini diperbesar oleh okuler menjadi bayangan maya yang sangat besar, , yang terlihat oleh mata dan terbalik.
20
ambar !. 'iagram berkas sinar pada mikroskop
*erbesaran total mikroskop merupakan hasil kali perbesaran yang dihasilkan oleh kedua lensa. "ayangan yang dibentuk oleh objektif adalah sebesar faktor 7 ! lebih besar dari benda itu sendiri, sehingga perbesaran lateral untuk lensa sederhana diperoleh
M 1=
y 2 y 1
=
S2 S1
=
d −f 2 .........(!3)
S2
'imana &! dan & adalah jarak benda dan bayangan untuk lensa objektif, d adalah jarak antar lensa (sama dengan panjang tabung). #kuler bekerja seperti pembesar sederhana. ika kita anggap bah%a mata rileks, perbesaran sudut 7 adalah
N M 2= f 2
........
(!!) 'imana J 1 2 cm untuk mata normal. $arena okuler memperbesar bayangan yang dibentuk oleh objektif, perbesaran sudut total 7 adalah hasil kali perbesaran lateral lensa objektif (7!) dikalikan perbesaran sudut (7 ) dari lensa okuler.
M = M 1 M 2=
( )( ) N f 2
d − f 2 S1
=
Nd f 2 f 1
.........
(!) -&n!& S&a"
*embesaran mikroskop gabungan terdiri dari okuler !3? dan objektif 23? dengan jarak !H cm. Bentukan (a) pembesaran total, (b) panjang fokus setiap lensa, dan (c) posisi benda ketika bayangan akhir berada dalam fokus dengan mata rileks. nggap mata normal, sehingga J 1 2 cm.
21
a%aban a. *erbesaran total adalah !3 ? 23 1 233? N 25 cm = =2,5 cm f 2= b. *anjang fokus okuler adalah M 2 10 &elanjutnya akan dihitung &! dengan menggunakan ( d −f 2 ) (17 cm−2,5 cm ) S 1= = =0,29 cm M 2 50 &edangkan & 1 d = f 1 !H cm = ,2 cm 1 !<,2 cm 1
dan fokusnya
f 1
=
1
1
1
1
→ f 1=3,52 cm S 1 S 2 0,29 cm 14,5 cm +
=
+
$ita baru saja menghitung & ! 1 3,G cm yang mana sangat dekat dengan f !. 7. Te"esk&p
Beleskop digunakan untuk memperbesar benda yang sangat jauh. *ada kebanyakan kasus, benda bisa dianggap berada pada jarak takhingga. *erbedaan antara teleskop dan mikroskop adalah teleskop digunakan objek yang luas pada jarak yang jauh, sedangkan mikroskop digunakan untuk melihat objek kecil yang dekat dengan tangan.
ambar . 'iagram berkas sinar pada teleskop
da beberapa jenis teleskop astronomi, yaitu a. *eleskop +stronomi enis pembias yang umum, kadang-kadang disebut $eplerian, terdiri atas dua lensa kon+ergen yang berada pada ujung-ujung yang berla%anan dari tabung yang panjang. Lensa yang paling dekat dengan benda disebut lensa objektif dan membentuk bayangan nyata dari benda jauh pada bidang titik fokusnya F !. :alaupun bayangan ini, , lebih kecil dari benda aslinya, ia membuat sudut yang lebihbesar dan sangat dekat ke lensa kedua, yang disebut lensa okuler, yang berfungsi sebagai pembesar. 'engan demikian, okuler memperbesar bayangan
22
yang dihasilkan oleh objektif untuk menghasilkan bayangan kedua yang jauh diperbesar, , yang bersifat maya dan terbalik. ika mata rileks, okuler distel sehingga bayangan berada pada takhingga. $emudian bayangan nyata berada pada titik fokus F dari okuler dan jarak antara lensa-lensa f !>f untuk benda pada takhingga. ¿
− y '
f 1
,dan =
y ' '
f 2
.........(!9)
dan pembesaran sudut 7 adalah − y ' / f 2 − f 1 M = ❑ = = ❑ y ' / f 1 f 2 '
.........(!<)
*embesaran sudut 7 sama dengan perbandingan jarak fokus lensa objektif dengan lensa okuler (mata). Jilai negatif menunjukkan bah%a bayangan akhir tebalik. Untuk mendapatkan perbesaran total dari teleskop ini, kita perhatikan sudut yang dibentuk benda seperti terlihat oleh mata biasa merupakan sudut yang dibentuk oleh objektif teleskop. 'ari gambar kita dapat melihat bah%a
θ
θ 1
-y4f !, dimana y adalah tinggi bayangan dan kita anggap θ kecil sehingga tan θ≈θ.
-&n!& S&a"
Beleskop pembias terbesar di dunia berada di erkes #bser+atory di :isconsin. lat ini disebut sebagai teleskop /<3 inci0, yang berarti bah%a diameter objektif <3 inci atau !3 cm. #bjektif memiliki panjang fokus !G m, dan okuler memiliki panjang fokus !3 cm. (a) 8itung daya perbesaran total teleskop ini, (b) perkirakan panjang teleskop. a%aban (a)
M =
−f 1
f 2
=
−19 m
0,10 m
=−190 ×
23
(b) Untuk mata yang rileks, bayangan berada pada titik fokus baik okuler maupun lensa objektif. arak antara kedua lensa dengan denikian adalah f !>f ≈ !G m, yang merupakan panjang teleskop. gar teleskop astronomi menghasilkan bayangan yang terang dari bintang-bintang
yang
jauh,
lensa
objektif
harus
besar
untuk
memungkinkan cahaya masuk sebanyak mungkin. 'an memang, diameter objektif (dan berarti /daya kumpul cahaya0-nya) merupakan parameter yang paling pentin untuk teleskop astronomi, yang merupakan alsan mengapa teleskop yang paling besar dispesifikasi dengan menyebutkan diameter objektifnya. Beleskop-teleskop paling besar merupakan teleskop pemantul yang menggunakan cermin lengkung sebagai objektif, karena cermin hanya memiliki satu permukaan sebagai dasarnya dan dapat ditunjang sepanjang permukaannya.
b. *eleskop terestrial Beleskop ini digunakan untuk melihat benda-benda di bumi, tidak seperti teleskop astronomi, harus menghasilkan bayangan tegak. Iancangan untuk teleskop terestrial ini, yaitu •
enis alelian ditunujjakan pada bagian (a), yang digunakan alileo untuk penemuan-penemuan astronominya yang terkenal, memiliki lensa di+ergen sebagai okuler yang memotong berkas yang mengumpul dari lensa objektif sebelum mencapai fokus, dan berfungsi untuk membentuk bayangan tegak maya. Iancangan ini sering digunakan pada kacamata opera. Babungnya
•
pendek, tetapi medan pandang kecil. enis yang kedua ditunjukkan pada gambar (b), sering disebut spyglass dan menggunakan lensa ketiga (/lensa medan0) yang berfungsi untuk membuat
•
bayangan tegak. &pyglass harus cukup panjang. Iancangan yang paling praktis sekarang ini adalah teropong prisma. #bjektif dan okuler merupakan lensa kon+ergen. *risma memantulkan berkas dengan pantulan internal sempurna dan memendekkan ukuran fisik alat tersebut, dan juga
berfungsi
untuk
menghasilkan
bayangan
tegak.
&atu
prisma
membalikkan kembali bayangan pada bidang +ertikal, yang lainnya pada bidang horisontal.
24
8. Aberasi $ensa
berasi adalah kelainan bentuk bayangan yang dihasilkan oleh lensa atau cermin. berasi lensa dapat diklasifikasikan sebagai berikut a. +berasi onokromatik berasi ini dapat berupa aberasi sferis, terjadi jika berkas-berkas dari suatu titik yang mele%ati bagian luar lensa diba%a ke fokus pada titik yang berbeda dari yang untuk berkas yang melalui pusat lensa dan diperlihatkan dengan agak dilebih-lebihkan. $onsekuensinya, bayangan yang terlihat pada sepotong film (misalnya) tidak akan berupa titik melainkan bercak cahaya berupa lingkaran kecil. berasi ini terjadi jika digunakan permukaan sferis. berasi ini dapat dikoreksi dengan menggunakan kombinasi beberapa lensa, dan dengan menggunakan bagian pusat lensa. Untuk titik benda di luar sumbu lensa, terjadi aberasi tambahan. "erkas berkas yang mele%ati bagian berbeda dari lensa menyebabkan penghamburan bayangan yang non sirkuler. $ita akan membahas rinci tetapi hanya menekankan pada dua efek koma (karena bayang tidak berbentuk komet dan bukan lingkaran) dan astigmatisme lepas sumbu. Lebih jauh lagi, titik-titk bayangan untuk benda diluar sumbu tetapi berada pada jarak yang sama pada lensa tidak jatuh pada bidang yang rata tetapi pada permukaan yang melengkung (bidang fokus tidak rata) disebut sebagian aberasi kelengkungan medan, dan jelas merupakan masalah pada kamera dan peralatan lain dimana film diletakkan pada bidang rata.
"agaimanapun di mata,
retina
akan melengkung, untuk
mengimbangi efek ini. berasi lain dikenal sebagai distorsi, merupakan hasil dari +ariasi pembesaran pada jarak yang berbeda pada sumbu lensa. 'engan demikian benda garis lurus dengan jarak tertentu dari sumbu bisa membentuk bayang yang melengkung. $otak-kotak bisa didistorsi menjadi /distorsi tabung0 atau /distorsi bantal0.
25
(a)
(b)
(c)
(d)
ambar 9. (a) aberasi $oma, (b) dan (c) aberasi distorsi, dan (d) aberasi astigmatisme
b. +berasi romatik berasi ini terjadi pada cahaya normal tidak monokromatik. berasi ini muncul karena dispersi-+ariasi indeks bias materi transparan terhadap panjang gelombang. &ebagai contoh, cahaya biru dibelokkan lebih jauh dari cahaya merah oleh kaca. &ehingga jika cahaya putih jatuh pada sebuah lensa, %arna%arna yang berbeda akan difokuskan pada titik-titik yang berbeda pula dan akan ada pinggiran ber%arna pada pinggiran ber%arna pada bayangan. berasi kromatik dapat dihilangkan untuk dua %arna apa saja (dan sangat diperkecil untuk yang lainnya) dengan menggunakan dua lensa yang terbuat dari materi yang berbeda dengan indeks bias dan dispersi yang berbeda. "iasanya satu lensa kon+ergen dan yang lainnya di+ergen, dan sering kali dilekatkan menjadi satu. $ombinasi lensa ini disebut akromatik ganda (lensa yang %arnanya tidak dikoreksi).
ambar <. berasi $romatik
Bidak mungkin mengoreksi semua aberasi. *enggabungan dua atau lebih lensa dapat memperkecilnya. Lensa-lensa kualitas tinggi yang digunakan pada kamera, mikroskop dan peralatan lain adalah lensa gabungan yang terdiri dari banyak lensasederhana (disebut elemen). "iasanya lensa kamera terdiri dari enam sampai delapan (atau lebih) elemen. 7ata manusia juga dapat mengalami aberasi, tetapi minimal. berasi sferis misalnya, diminimlakan karena (!) kornea kurang melengkung di tepi daripada di tengah dan () lensa kurang rapat di tepi daripada di tengah. $edua
26
efek ini menyebabkan berkas-berkas pada tepi luar kurang terbelokkan, dan demikian membantu memperkecil aberasi sferis. berasi kromatik sebagian diimbangi karena lensa menyerap panjang gelombang yang lebih pendek dan retina kurang sensitif terhadap panjang gelombang biru dan ungu. ni merupakan daerah spektrum dimana dispersi dan berarti juga aberasi kromatik paling besar.
27
