Theorie beeldvorming - gevorderd Al heel lang geleden ontdekten onderzoekers dat als licht op een materiaal valt, de lichtstraal dan van richting verandert. Een voorbeeld hiervan is ook te zien in het figuur hiernaast, een prisma. Door de vorm van het figuur te veranderen bemerkte ze ook dat je lichtstralen die eerst uit elkaar liepen, weer naar elkaar toe kon brengen, zie de figuur hieronder. Een voorwerp dat er voor kan zorgen dat de lichtstralen naar elkaar toe gaan, dat noemen we een lens. Deze zijn meestal gemaakt van glas, of andere materialen die licht doorlaten. De omtrek van de lens is meestal een cirkel, de lens heeft daarom ook een bepaalde diameter. In de lens zit altijd één punt waar, als de lichtstralen er op vallen, het licht ongebroken verder gaat. Dit noemen we het optisch midden, dat geven we aan met een O. In het plaatje hiernaast zie je allerlei lichtstralen door het optisch midden gaan. De lens is voor het gemak getekend als een dun streepje met een + erboven. Tevens zie je door het optisch midden een lijn lopen loodrecht op de lens, deze lijn noemen we de hoofdas. Hieronder zie je een aantal voorbeelden van lenzen. Bij het onderzoek, naar hoe het licht gebroken werd, vonden de onderzoekers nog iets. Lichtstralen die namelijk loodrecht op de lens vielen, die gingen na de lens allemaal door hetzelfde punt, zie de figuur hiernaast. Het punt waar de lichtstralen doorheen gaan wordt het brandpunt genoemd. Dit begrijp je wel als je kijkt naar de onderstaande foto s. Het brandpunt wordt aangegeven met de letter F.
Tevens bemerkte ze dat als ze een lichtbundel lieten vertrekken uit het brandpunt, deze na de lens weer evenwijdig ging lopen, zie afbeelding hieronder. Je ziet dat het brandpunt aan beide kanten van de lens zit en even ver van het optisch midden zit. Na al deze ontdekking bemerkte de onderzoekers nog iets. Als je een lens bij een lichtgevend voorwerp hield, dan zag je op bepaalde momenten een beeld van dat voorwerp ontstaan. Dit beeld kon of groter of kleiner zijn, maar staan altijd op zijn kop. Hiernaast zie je een voorbeeld van zo n afbeelding. Om te begrijpen hoe zo n beeld kon ontstaan, maakte de onderzoekers gebruik van de kennis die ze al hadden opgedaan. Ze maakte een tekening waarbij ze de lichtstralen tekende waarvan ze wisten hoe deze na de lens zouden gaan lopen: 1. Ze tekende de lichtstraal door het optisch midden, deze ging ongebroken verder. 2. Ze tekende de lichtstraal die voor de lens evenwijdig liep en na de lens door het brandpunt ging en ze tekende de lichtstraal die voor de lens door het brandpunt ging en na de lens evenwijdig liep. Alle lichtstralen moesten uit hetzelfde punt vertrekken. Het punt waar de lichtstralen samenkwamen was dan een beeldpunt. Alle beeldpunten samen vormden dan het beeld. De 3 lichtstralen die je tekent noem je de bijzondere lichtstralen omdat je alleen van deze lichtstralen weet hoe ze na de lens verder gaan. Hieronder zie je een voorbeeld van zo n tekening. Je ziet in de tekening de 3 genoemde stralen lopen. Tevens zie je dat het beeld inderdaad op zijn kop staat. In de tekening staat ook aangegeven een v voor de afstand tussen voorwerp en lens, de voorwerpsafstand en de afstand tussen beeld en lens, de beeldafstand. Wil je van dit voorwerp een scherp beeld op een scherm zien, dan zul je dit scherm precies op een afstand b, neer moeten zetten omdat daar de lichtstralen precies bij elkaar komen. Staat het scherm te dichtbij of te ver weg, dan is het beeld niet scherp te
zien omdat het beeld dan opgebouwd is uit lichtvlekjes van lichtstralen die of nog niet bij elkaar gekomen zijn, of elkaar al gepasseerd hebben. De meeste van de genoemde ontdekkingen vonden plaats voordat men goed begreep hoe het oog werkte. Met de opgedane kennis was het echter wel mogelijk de werking te verklaren. Men ging er vanuit dat in het oog een lens zat, zie afbeelding hiernaast, die op eenzelfde wijze werkte als de glazen lenzen die men inmiddels gebruikte in bijvoorbeeld brillen. Het aangeven hoe dan het beeld in het oog gevormd werd deed men precies op dezelfde wijze als men al deed voor de glazen lens. Ook de lens in het oog heeft een brandpunt die een bundel evenwijdige stralen samen brengt in het brandpunt. Dit brandpunt ligt in de linker plaatje hieronder op het netvlies. In het rechter plaatje zie je hoe, aan de hand van de bijzondere stralen wordt aangegeven waar op het netvlies het beeld gevormd wordt. Zie ook dat dit beeld ook weer op zijn kop staat. Vaak worden in tekeningen niet de bijzondere lichtstralen getekend maar de lichtstralen die op de buitenkant van de pupil van het oog vallen, zie de afbeelding hieronder. In de bovenstaande tekst is uitgelegd hoe een beeld gevormd wordt met een geslepen lens en hoe we aan de hand daarvan kunnen voorstellen hoe het beeld gevormd wordt in het oog. Als we echter naar het plaatje hiernaast kijken zien we dat het oog wel iets complexer is dan een eenvoudige geslepen lens en een scherm. De complexiteit van het oog heeft ook zijn invloed op onze waarneming van het beeld. Hierover gaan sommige opdrachten op het werkblad.
Het scherpte-, dieptegebied en scheidend vermogen Omdat de ooglens zich kan aanpassen is het mogelijk om voorwerp op verschillende afstanden scherp te zien. We zijn echter ook in staat om voorwerpen als ze niet te ver van elkaar afstaan scherp te zien. We zeggen dan ook wel dat we een scherpte- diepte gebied hebben. Dat we een scherpte-, diepte gebied hebben bij het waarnemen van onze omgeving komt omdat onze oogcellen niet oneindig klein zijn, maar een kleine afmeting hebben. In het plaatje hiernaast kun je zien wat dit voor gevolg heeft. De 2 lichtstralen die getekend zijn, zijn afkomstig van één punt van een voorwerp waarna je kijkt. De lichtstralen zijn door de lens gegaan en uit het plaatje blijkt dat ze pas samen komen achter het netvlies. Op het netvlies wordt dus niet precies het beeld gevormd, dat ligt daarachter. Omdat de cel een grootte heeft, maakt het echter niet uit of het beeld precies op de cel gevormd wordt, of dat de stralen nog niet helemaal bij elkaar gekomen zijn. In beide gevallen geeft de cel dezelfde impuls of en zal er dus een scherp beeld worden waargenomen. Omdat er nu een gebiedje is waar het beeld gevormd mag worden, iets voor het netvlies en iets daarna, zonder dat we het voorwerp niet meer scherp waarnemen, mag ook het voorwerp voor de lens op iets verschillende afstand staan zonder dat we het meteen onscherp waarnemen. Dat de cellen een grootte hebben kunnen we achterhalen door te kijken naar het scheiden vermogen van onze ogen. Hier volgt een uitleg wat dit begrip inhoudt. Als 2 voorwerpen dicht bij elkaar staan en je staat er niet al te dicht bij, dan kun je de voorwerpen niet van elkaar onderscheiden ondanks dat je wel een scherp beeld waarneemt. Stel dat je naar een boom kijkt, sta je er dichtbij dan kun je de afzonderlijke takjes zien, sta je verder weg wordt alles één geheel. Dat je geen onderscheidt kunt maken tussen de voorwerpen komt omdat bij de vorming van het beeld op het netvlies deze voorwerpen op dezelfde cel worden afgebeeld. https://www.youtube.com/watch?v=dnfmvfewoqk https://www.youtube.com/watch?v=xljapipiuco