Optik Bakış Dersi 1. Ünite Özet

Temel Kavramlar

Optik ile ilgili temel ilkeler ve kavramlar, fotoğrafçıların ve kameramanların bilgi sahip olması gereken konular arasındadır. Fotoğrafın ve videonun alanı doğrudan optikle ilgili olduğu için, temel optik bilgileri bu mesleğin ayrılmaz bir parçasıdır.

Optik terimler fotoğraf, sinema ve televizyonun gündelik dilinde kullanılan ve sıkça karşılaştığımız terimlerdir. Optik terimler ve bu terimlere ait kurallar fotoğrafçıların ve kameramanların işleriyle ilgili karşılaşacağı çeşitli sorunları çözmede yardımcı olur. Örneğin, fotoğrafçılar ve kameramanlar, ışık dalgalarının objektiften geçtikten sonra ne olduğunu; alan derinliğinin neden sınırlı olduğunu; (f) sayılarının ve odak uzaklığının ne anlama geldiğini bilmelidirler.

Işık, durağan olmayan, hareket halinde olan bir olguyu ifade eder. Hareket eden ışığa, ışın adı verilir. Dolayısıyla, optikle ilgili konularda, ışık denildiğinde ışın anlaşılmalıdır. Hatta bazı metinlerde, ışığın hareket halindeki durumunu vurgulamak için de ışık ışını kavramı kullanılır.

Işık dalgaları havada yayılırken cam, su, gaz, yansıtıcı parlak bir yüzey olan ayna gibi çeşitli materyallere çarpar; bu yüzeylerde yansır, kırılır ya da emilir. Üzerine düşen ışığı geçirip geçirmemelerine göre, maddeler üç kısımda incelenir: Üzerlerine düşen ışığı tamamıyla geçirebilen, cam, su ve hava gibi maddelere şeffaf (saydam) maddeler; üzerine düşen ışığın bir kısmını geçiren maddelere yarı şeffaf (yarı saydam) maddeler; hiç geçirmeyenlere ise şeffaf olmayan (saydam olmayan) maddeler denir.

Bir nesnenin üzerine ışık düştüğünde, eğer nesne parlak bir yüzeye sahipse düşen ışık nesneden yansır. Yani, ışık nesneye çarpar ve nesnenin yüzeyinden yansıyarak yoluna devam eder. Ayna, ışığı geçirmeyen, yansıtıcı bir yüzeye sahiptir. Bir ışık aynaya çarptığında ya da aynanın üzerine düştüğünde yansır. Bir başka deyişle, ışık, şeffaf (saydam) olmayan ve ışığı geçirmeyen bir nesne üzerine çarptığında, nesnenin özelliğine uygun olarak geriye yansır. Bu durum, ışığın yansıması olarak adlandırılır.

Yansımada, ışığın sadece hareket yönü değişir. Nesnenin üzerine düşen ışığın yansıması doğrudan nesnenin yüzeyi ile ilgilidir. Güneş, pencere camından içeri girer; ancak buzlu cam olduğunda, güneş ışığının az bir bölümü odaya ulaşır ve büyük bir bölümü yansır. Öte yandan, farklı yüzey yapıları ve ton değerleri nedeniyle nesneler, üstüne düşen ışığı farklı şekillerde ve miktarlarda yansıtır. Örneğin, bir vitrin camı, üstüne düşen ışığı parlatarak yansıtır. Koyu renkli, mat bir duvara düşen ışık, azalarak yansır. Benzer şekilde, kadife bir kumaşın yüzeyi ışığın neredeyse tamamını emer ve çok az bir kısmını yansıtır.

Işığın yansımasıyla ilgili olarak bilinmesi gereken iki temel kural vardır:

1. Gelen ışık açısı = Yansıyan ışık açısı (i = r)
2. Gelen ışık, yansıyan ışık ve normal aynı düzlemde bulunur.

Işık geçirgen olmayan bir yüzeye çarptığında yüzeyin durumuna bağlı olarak yansır. Örneğin ayna ışığı demire göre daha çok yansıtır. Işığın yüzey üzerinden yansıması fotoğraf makinesi ya da video kamera için farklı değildir. Bir nesnenin parlak yüzeyde görülmesi, nesneden parlak yüzeye yansıyan ışıkla ilgilidir. Aslında görülen nesneden yüzeye yansıyan ışıktır. Aynaya bakan bir gözün görüntüyü algılaması, ışığın aynaya çarparak yansımasıyla ilgilidir.

Optik biliminde, bilinmesi gereken bir diğer kavram da ışığın kırılmasıdır. Işığın kırılması, çevremizde sıkça karşılaştığımız bir durumdur. Işık dalgalarının bir ortamdan başka bir ortama geçerken yönünün değişmesine ışığın kırılması denir. Işığın kırılmasının nedeni; farklı şeffaf ortamlarda farklı hızlarla yayılmasıdır. Yarım su dolu bir bardağın içindeki resim fırçasının kırılmış gibi görülmesi ya da havuza bakıldığında tabanının daha yakın görünmesi gibi olaylar ışığın kırılmasının sonuçlarıdır.

Kırılma katsayısı ; ışığın boşluktaki hızıyla, şeffaf bir ortamdaki hızı arasındaki oranı gösteren bir sayıdır. Bir başka deyişle, şeffaf ortamda ışığın yayılma hızının, ışığın havada (boşlukta) yayılma hızının kaç katı olduğunun bir ifadesidir. Kırılma katsayısı büyük olan ortama çok yoğun ortam , küçük olan ortama da az yoğun ortam denir. İki ortamın sınırına dikey olan çizgiye normal denir. Eğer gelen ışık, kırılma ortamına normal üzerinden girerse kırılmaz, yani yönünü değiştirmez.

Işığın emilmesi; ışık yayılırken daha yoğun bir ortamla karşılaştığında yansımayan ışık ışınları bu yüzey tarafından emilmesi olayıdır. Nesne yüzeyinin özelliğine göre nesnenin üzerine düşen ışığın bir kısmı veya tamamı emilir; yüzey tarafından yok edilen ışınlar kırılma ve yansıma özelliği gösteremez.

Işığın ortamlardan geçişinde;

• Işık az yoğun ortamdan (hava gibi), çok yoğun ortama (su, cam gibi) geçerken normale yaklaşacak şekilde kırılır.
• Işık az yoğun ortamdan çok yoğun ortama ya da çok yoğun ortamdan az yoğun ortama dik olarak gelirse yön değiştirmeden geçer, fakat hızı değişir.
• Işık çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçerken normalden uzaklaşacak şekilde kırılır.
• Çok yoğun ortamdan gelen ışık her zaman az yoğun ortama geçemeyebilir.

Mercekler

En basit bir fotoğraf makinesi, Karanlık Kutu (Camera Obscura) olarak nitelendirilmektedir. Karanlık kutu yoluyla yüzey üzerinde elde edilen görüntü, bir nesnenin yüzey üzerindeki gerçek görüntüsüdür ve gerçek görüntüler daima ters olarak oluşur. Bu görüntü, yansımalar ya da gölgeler gibidir; hayalidir, kalıcı değil geçicidir. Bu görüntüler ancak, bir işlem sonucunda kalıcı hale gelir.

Örneğin, film yüzeyi üzerine düşürülen görüntüler kimyasal bir işlemden sonra kalıcı hale gelir. Örneğin; kenarları 10 cm. olan mukavva bir küpün bir yüzünün ortası toplu iğne ile delindiğinde ve karşıya gelen yüzdeki mukavva yerine buzlu cam konduğunda, buzlu cam üzerinde ters bir görüntü ortaya çıkar. Nesnenin altından gelen ışık üste, üstünden gelen alta, sağından gelen sola, solundan geçen sağa gittiği için görüntü ters olarak oluşur. Kutunun önündeki iğne deliği, ışık toplama sistemi olarak kabul edilebilir. İğne deliği, nesneden yansıyan ışığın çok az bir bölümünü toplayarak kutunun içine alabildiği için, kutuda oluşan görüntü zayıftır ve net değildir. Dolayısıyla, daha nitelikli bir görüntü elde edebilmek için bu deliğin yerine basit bir mercek koymak gerekir.

Mercek ; Kırılma olayı sonucunda ışığı toplamaya ya da dağıtmaya yarayan saydam nesnelerdir. Mercekler, içinden geçen ışığın yönünü değiştiren maddelerdir. Tek bir mercek kullanarak net ve keskin bir görüntü elde etmek çok güçtür. Tek mercekle elde edilen görüntülerde; renklerin bozulması, küresel bozulma, görüntünün kavisli olmasından doğan hatalar, görüntünün bükülmesi ve astigmatik hatalar ortaya çıkar. Tek merceğin yarattığı bu hataları ortadan kaldırmak için birden fazla merceği bir araya getirmek gerekir. Bugün kullanılan kamera objektifleri birden çok sayıdaki merceğin bir araya gelmesinden oluşur. Objektif içinde yer alan her bir merceğe eleman denir. Kullanılan mercek sayısı ise objektifin özelliğine bağlı olarak değişiklik gösterir.

Merceğin görüntüyü nasıl oluşturduğunu anlayabilmek için bazı kavramların bilinmesi gerekir.

Optik Merkez ; merceklerin merkezine denir. Objektifin ön ve arka elemanları arasındaki orta noktadır.

Asal Eksen ; merceğin merkezinden geçen ve üzerinde odak noktasının oluştuğu eksene denir.

Odak Noktası (Odak) ; bir merceğe asal eksene paralel olarak gelen ışığın, ışınlar mercekten geçtikten sonra kırılarak merceğin arka tarafında asal eksen üzerinde kesiştiği noktaya denir.

Odak Uzaklığı ; odak noktası ile merceğin optik merkezi arasındaki uzaklığa odak uzaklığı denir.

Odak (Görüntü) Düzlemi; merceğe gelen ışık dalgalarının mercekten geçerken kırılması ve son olarak da merceğin arkasında birleştiği noktadır. Bu noktada görüntü, ters ve net olarak şekillenir.

Mercek Çeşitleri

Dış bükey mercekler : Kenarlarının ince ve ortasının kalın olması nedeniyle ince kenarlı mercek de denir. Dış bükey mercekler, üzerine düşen ışık dalgalarını mercekten geçtikten sonra birbirine yakınlaştırır. Merceğe gelen ışık dalgalarını kırarak optik eksene yaklaştırdığı için bu mercekler “yakınsak mercek” olarak da bilinir. Dış bükey mercekler, üzerine düşen ışık ışınlarını merceği geçtikten sonra bir odak noktasında toplarlar.

Işık dalgalarının dış bükey bir merceği geçtikten sonra birleştiği noktada konunun net ve aydınlık görüntüsü oluşur. Bu nedenle ince kenarlı merceklere pozitif mercek de denir. Görüntü, merceğin diğer yönünde ve ters şekilde oluşur. Nesne merceğe yaklaştığında görüntü büyür. İnce kenarlı merceğe gelen ışık dalgaları merceğin karşı tarafında bir noktada toplanır. Öyle ki, bu noktada bir kağıdı tutuşturacak derecede yüksek bir sıcaklığın oluşmasını sağlar.

İç bükey mercekler : İç bükey mercekler, kenarları kalın ve ortası (merkezi) ince olduğu için kalın kenarlı mercek olarak da adlandırılmaktadır. İç bükey mercekler, üzerlerine gelen ışığı dağıtma özelliğine sahiptir; ç bükey merceğe gelen ışık dalgaları, mercek içinden geçerken birbirinden uzaklaşarak kırılır. Merceğe gelen ışınları kırarak optik eksenden uzaklaştırdığı için “ıraksak mercek” olarak da bilinir. İç bükey merceklerin oluşturduğu görüntü daima düz, sanal (hayali) ve nesneden küçüktür. Gerçek görüntü oluşturmadıkları için, bu merceklere negatif mercekler de denir. Kalın kenarlı merceklere gelen ışık dalgaları mercekten geçerken birbirinden uzaklaşarak kırılır. Negatif merceklerde ışınlar birbirinden uzaklaştığı için, bu tür merceklerle odaklama yapmak mümkün değildir. Ancak, pozitif mercekler, diğer adıyla ince kenarlı mercekler, ışınları kırarak bir araya getirdiği için, bu tür merceklerle odaklama yapılabilir. Kalın kenarlı merceklerde kırılan ışınlar dağılmaktadır; ışık dalgaları merceğin kalın kenarına doğru kırılır. Negatif mercekler fotoğrafik görüntü için pozitif merceklerle birlikte kullanılabilir.