Fokus (optik)
Wikipedia
Fokus, brännpunkt eller fokalpunkt för en konvex lins är den punkt där ljusstrålar konvergerar när linsen riktas rakt mot en oändligt avlägsen ljuskälla. Ordet brännpunkt, liksom fokus (latinskt ord för härd), kommer av att den avlägsna ljuskällan Solen åstadkommer en brännande punkt just här. Alla tre termerna används även för konkava linser och buktiga speglar. Dessutom används ordet fokus i en annan men besläktad betydelse. Mer om detta nedan.
Innehåll |
[redigera] Solen som ljuskälla
Egentligen är solen inte oändligt avlägsen. Därför ser den ut som en skiva på himlen, inte som en punkt. Det brännande solljuset i den konvexa linsens fokus får därmed också en viss utsträckning. Den blir helt enkelt en liten bild av solskivan. Med ett förstoringsglas och ett papper kan man lätt få fram en sådan solbild och konstatera att den blir skarpast, minst och hetast vid ett bestämt avstånd, brännvidden, mellan linsen och pappret. Strängt taget uppstår solbilden en aning bortom brännvidden på grund av att solen inte är oändligt avlägsen, men skillnaden är mikroskopisk.
[redigera] Brännpunkter för linser
En konvex lins () är tjockast på mitten, medan en konkav lins )( har motsatt form.
- För en konvex lins (samlingslins, positiv lins) är brännpunkten den punkt på vilken parallella strålar som infaller utmed den optiska axeln fokuseras. Detta illustreras i bilden ovan.
- En konkav lins (spridningslins, negativ lins) samlar inte de parallella ljusstrålarna i en punkt utan sprider dem istället. Här är brännpunkten den punkt från vilken ljuset ser ut att komma när det sprids.
Avståndet mellan brännpunkten och linsens mitt kallas för brännvidd. Det kan användas som mått på linsens styrka – ju starkare lins desto kortare brännvidd. Eftersom ljus kan passera genom en lins från både höger och vänster så har linser två brännpunkter, en på vardera sidan.
[redigera] Brännpunkter för buktiga speglar
En konkav spegel buktar inåt som insidan på en sked, medan en konvex spegel är som skedens baksida.
Konkava speglar:
- För en konkav sfärisk eller parabolisk spegel är brännpunkten den punkt på vilken parallella strålar som infaller utmed den optiska axeln fokuseras efter reflektionen.
- En konkav elliptisk spegel har två brännpunkter som båda ligger framför spegeln. Ljus som passerar genom den ena brännpunkten innan det träffar spegelytan, reflekteras så att det även passerar den andra.
- En konkav hyperbolisk spegel har två brännpunkter, den ena strax framför spegelytan och den andra ett längre stycke bakom spegeln. Om ljus får stråla ut från den främre brännpunkten, reflekteras det så att det förefaller att komma från den bakre.
Konvexa speglar:
- En konvex sfärisk eller parabolisk spegel samlar inte de parallella ljusstrålarna i en punkt utan sprider dem istället. Här är brännpunkten den punkt bakom spegeln från vilken ljuset ser ut att komma när det sprids.
- En konvex elliptisk spegel har två brännpunkter bakom spegeln. Spegeln reflekterar ljus riktat mot den ena brännpunkten som om ljuset kom från den andra.
- En konvex hyperbolisk spegel har två brännpunkter, den ena ett gott stycke framför spegelytan och den andra strax bakom spegeln. Om ljus får stråla ut från den främre brännpunkten, reflekteras det och sprids så att det förefaller att komma från den bakre.
Samma geometriska beskrivning kan användas för att förklara både den konvexa och den konkava hyperboliska spegeln, speciellt om man tänker sig att både ut- och insidan av den hyperboliska ytan är speglande. Den inre brännpunkten (på den konkava sidan) ligger nära ytan och ser en mindre del av världens ljus spegla sig. Den yttre brännpunkten (på den konvexa sidan) ligger en bra bit längre ifrån ytan och ser en större del av världens ljus i spegeln. Bägge brännpunkterna kan ge sken av att vara den andra brännpunkten eftersom ljus som får stråla ut från den ena, reflekteras och sprids så att det förefaller att komma från den andra.
[redigera] En annan betydelse av fokus
Medan brännpunkt är en entydig term inom optiken, kan fokus betyda mer än bara brännpunkt. När en kamera har fokus inställt på oändligheten ligger brännpunkten exakt i filmens plan och avlägsna motiv, exempelvis solen, avbildas skarpt. Objekt som ligger närmare kameran blir dock suddiga, eftersom ljusstrålarna från dem inte blir ordentligt fokuserade (samlade) med denna inställning. Genom att flytta linsen en aning bort från filmen flyttas fokus till närmare belägna motiv som därmed kan avbildas skarpt. Nu ligger filmplanet inte längre i brännpunkten och avlägsna objekt avbildas suddigt eftersom strålar från dem inte längre fokuseras korrekt på filmen. Linsens brännvidd har inte ändrats, men avståndet till filmen har blivit större än brännvidden.
Den plana yta som filmen i en kamera utgör, kallas ofta fokalplan eller projektionsplan, speciellt när fokus är inställt så att det utvalda motivet avbildas skarpt på detta plan. Ju närmare linsen motivet kommer, desto längre kryper fokalplanet bort från linsens brännpunkt. När motivet närmar sig linsens yttre brännpunkt, går avståndet till fokalplanet mot oändligheten. Kommer motivet närmare linsen än så, blir det omöjligt att fokusera.
På en del storformatskameror med bälg går det att vinkla fokalplanet i förhållande till linsen. Det blir då möjligt att fokusera sneda motiv, exempelvis en hel husfasad sedd ur ett vinklat perspektiv. Man vinklar alltså fokalplanet i kameran för att få skärpeplanet att löpa längs med hela motivet.
