Een blik door lenzen
HOE vaak zien wij niet iemand die moeite heeft met lezen. Misschien houdt hij zijn krant wel op armafstand. Anderen kunnen slechts lezen als de bladzijde heel dicht bij hun ogen is. Waarom bestaan deze verschillen bij het zien? Het heeft veel te maken met de werking van de lens in het oog.
Lenzen die het licht buigen
Het licht dat van alle voorwerpen rondom ons wordt teruggekaatst, gaat door de ooglens en vormt beelden op het netvlies aan de achterkant van de oogbol. Dit activeert de zenuwen die naar de hersenen gaan, die de op deze wijze gevormde, levende beelden ontwikkelen. Maar deze beelden blijken ondersteboven of omgekeerd te staan! Wat een zegen voor ons dat de Ontwerper van het oog de hersenen ook instructies gaf hoe ze deze beelden weer rechtop kunnen zetten!
Dat de beelden het oog omgekeerd binnenkomen, komt doordat onze ooglens, die net zo groot is als een aspirinetablet, convex of bolrond is. En dit type lens heeft de ongewone eigenschap dat hij de lichtstralen die erdoorheen vallen „samenbundelt” ten einde een omgekeerd beeld te vormen van het voorwerp waar deze lichtstralen oorspronkelijk vandaan kwamen.
U kunt dit voor uzelf duidelijk maken met een vergrootglas. Het vergrootglas is in het midden dikker dan aan de randen; het lijkt een beetje op twee schotels die met de randen tegen elkaar zijn geplaatst. Op bepaalde afstanden kan deze lens worden gebruikt om een vergroot beeld van iets te geven, vanwege de manier waarop hij de lichtstralen buigt die erdoorheen vallen. Het is misschien zelfs mogelijk dat u deze bladzijde met behulp van zo’n lens leest. Hij zal echter alleen vergroten als het voorwerp waarnaar gekeken wordt dicht bij de lens wordt gehouden, dat wil zeggen, binnen tweemaal de brandpuntsafstand van deze lens. Vergroot nu de afstand tussen uw oog en het vergrootglas. Houd het op armafstand en kijk er nu doorheen naar een plaat aan de muur. U zult opmerken dat alles omgekeerd lijkt te staan. Hoe komt dit? Doordat de lichtstralen als ze door het glas vallen, naar binnen worden gebogen. Het beeld wordt omgekeerd.
De lichtstralen die door het centrum van een convexe lens gaan, worden niet noemenswaard afgebogen of gebroken. Maar die welke de lens op enige afstand van het midden treffen, worden gebroken zodat ze door een bepaald punt gaan, het brandpunt genaamd. De afstand tussen dit punt en het centrum van de lens wordt de brandpuntsafstand genoemd.
Hebt u ooit een vergrootglas gebruikt om iets in brand te steken? Van de oude Grieken en Romeinen wordt verteld dat zij glazen houders gevuld met water hebben gebruikt als „brandglazen”. De zonnestralen zouden dan door het water heen zijn gegaan, waarbij ze tot een brandpunt werden samengebracht op een of ander brandbaar materiaal en dit dan ontstaken. Om dit duidelijk te maken kunt u de zonnestralen op een stuk papier in het brandpunt laten samenkomen door de lens op zodanige afstand te houden dat er een klein wit vlekje wordt gevormd. Dit zal spoedig zo heet worden dat het papier zal gaan branden, want die witte vlek is in werkelijkheid een beeld van de zon, die in het brandpunt van de lens verschijnt. Het is duidelijk dat het verstandig is om nooit door een lens naar de zon te turen, vooral niet met telescopen en verrekijkers, want dit kan onherstelbare schade aan het oog veroorzaken.
Het andere type lens, concaaf genaamd, ziet eruit als twee schotels met de onderkanten tegen elkaar aan, waarbij hij dus aan de randen dikker is dan in het midden. Deze lens divergeert of spreidt de lichtstralen die er doorheen vallen. Concave lenzen worden het meest gebruikt in combinatie met convexe lenzen, en hun vermogen om de lichtstralen te spreiden, is aangewend als een hulp voor het gezichtsvermogen.
Glazen lenzen hebben hun problemen
Zoals u misschien hebt opgemerkt zijn lenzen geen stukken glas zoals vensterruiten, maar ze worden gewoonlijk gemaakt van speciaal glas, waarbij hun vorm wordt bepaald met nauwkeurig gemeten hoeken en bogen volgens de ingewikkelde formules van de lenzenslijpers. In het algemeen zijn ze veel dunner als ze in optische instrumenten worden gebruikt dan wanneer ze worden gebruikt als vergrootglas.
Eenvoudige lenzen bieden verscheidene problemen; de meest algemene hiervan zijn sferische en chromatische aberratie. Als u een beeld dat door een enkele lens wordt gevormd, op een scherm van dichtbij beziet, zult u datgene opmerken wat sferische aberratie wordt genoemd. Dit is een vervorming van het beeld dat wordt veroorzaakt door het feit dat de lichtstralen die van het voorwerp door de lens gaan, deze lens onder verschillende, iets van elkaar afwijkende hoeken treffen en daardoor niet precies in hetzelfde punt samenkomen. Wij hebben dit probleem niet met ons oog, noch hebben wij last van het wegvallen van de scherpte aan de rand van de lens, dat ook voorkomt bij de door mensen gemaakte lenzen.
Wij hebben ook niet te lijden onder chromatische aberratie. Als „wit licht” voldoende sterk wordt gebroken, splitst het zich in de zeven kleuren van het spectrum (rood, oranje, geel, groen, blauw, indigo en violet); elk van deze wordt onder een iets andere hoek gebroken, en als ze gezamenlijk door een lens vallen, wordt violet het meest afgebogen en rood het minst. Dit geeft die „regenboog-franje” aan het beeld en wordt chromatische aberratie genoemd.
Ofschoon het onmogelijk is alle bekende aberraties in de door mensen gemaakte lenzen te corrigeren kunnen ze toch afdoende worden weggewerkt door de combinatie van verscheidene precisielenzen. Deze kunnen aan elkaar worden bevestigd met Canadabalsem, een hars van de Noordamerikaanse balsemspar. Sommige lenzen worden bedekt met een antireflectielaag om het ontstaan van „nevenbeelden” door inwendige reflecties tegen te gaan.
Samengestelde systemen worden ook gebruikt in telescopen, verrekijkers en microscopen. Deze werken volgens het principe van een convexe objectief-lens zodat er een beeld in de buis van de microscoop of telescoop wordt gevormd dat niet op een scherm wordt vertoond maar binnen de brandpuntsafstand van het oculair valt. Het daar gevormde beeld wordt dan door het oculair bekeken, waardoor men het voorwerp vergroot ziet.
Het omgekeerd-zijn van het beeld is bij de microscoop geen echt probleem. (Het objectglaasje dat wordt bekeken, kan eerst zelf worden omgedraaid.) Maar geen enkele scheepskapitein zou blij zijn met zijn verrekijker of telescoop als hij zijn volgende aankomsthaven omgekeerd zou zien. Daarom is er een corrigerend paar lenzen of prisma’s tussen het objectief en oculair geplaatst om dat probleem op te lossen.
Het maken van lenzen door de intelligente mens vereist een grondige kennis van de optica, de breking van het licht, wiskundige formules en ook een rustige, bekwame werkwijze, die men kan ontwikkelen door tijdens een oefenperiode van vele jaren bij een ander die bekwaam is in deze kunst, in de leer te gaan. Daar dit zo is hoe kunnen, om de woorden van Newton aan te halen wanneer hij het over de oorsprong van het leven heeft, ’sommige personen dan tot de ongerijmde conclusie komen’ dat de ingewikkelde wonderen in de natuur tot bestaan zijn gekomen zonder een intelligente Schepper?
De allesovertreffende lens van het oog
Als u naar het „zwarte gat” in uw oog kijkt, dan kijkt u in werkelijkheid door de lens heen naar de donkere binnenkant van de oogbol. De kleine lens wordt achter het regenboogvlies door kringspieren op zijn plaats gehouden en volgt dezelfde beginselen van de lichtbreking die de mens bij de kunstmatige lenzen heeft toegepast. De hersenen, die de zenuwprikkelingen afkomstig van het netvlies, omzet in drie-dimensionale, levende beelden in ware kleuren, geven ons een opwindend, rechtopstaand beeld van iets dat groter is dan het bijbehorende beeld op het netvlies, maar altijd in de optische verhouding van ons lichaam. Dit gaat op of het nu een erwt is of een plaat, een vaas met seringen of luisterrijke, met sneeuw bedekte bergen.
Dat wij het ene ogenblik naar de kaart op onze knieën kunnen kijken en het volgende moment naar een landschap met bergen kilometers ver weg, duidt erop dat de ooglens perfect ontworpen is. Hij kan zich ogenblikkelijk scherp instellen, waarbij automatisch de aberraties worden gecorrigeerd die door mensen gemaakte lenzen zouden hebben. Hoe verwarrend zou het zijn een vertekend beeld te zien dat met iedere stand van het hoofd veranderde, waarbij ieder voorwerp ook nog een veelkleurige franje om zich heen had!
Het vermogen van het oog, de lens zelf en het hoornvlies (de gebogen, transparante bedekking van het oog) om het licht te breken en een scherp beeld van iets te krijgen, getuigt werkelijk van het feit dat een intelligente Schepper aan het werk is geweest. Zelfs Charles Darwin gaf de dwaasheid toe van zijn theorie over de natuurlijke selectie toen hij het oog beschouwde: „De onderstelling dat het oog — met zijn accommodatievermogen, zijn verwijding en vernauwing van den pupil naar de sterkte van het licht, zijn wonderlijke inrichtingen om gekleurde lichtstralen ongekleurd te zien — door de natuurlijke teeltkeus kan zijn gevormd, schijnt, ik moet het bekennen, een dwaasheid van den eersten rang te zijn.” — Het ontstaan der soorten, blz. 227.
Het brilleglas
De ooglens is buitengewoon flexibel en kan gebogen, uitgerekt of verlengd worden en platter gemaakt worden. Het is dit associatievermogen te zamen met het brekend vermogen van het hoornvlies dat het oog in staat stelt zich snel en zonder vertekening scherp in te stellen. Het verouderingsproces kan echter de lens of de daaraan verbonden kringspieren verharden, wat het aanpassingsvermogen (accommodatie genaamd) en het scherp instellen moeilijker maakt. Sommigen hebben moeite met het scherp zien vanwege de ongebruikelijke vorm van de oogbol, die misschien langer of korter dan de gemiddelde 24 millimeter is.
Uw ooglens is in rust als u verafgelegen voorwerpen bekijkt, maar hij wordt door de kringspieren dikker gemaakt ten einde dingen te zien die dichterbij zijn. Vanwege deze inspanning van de spieren raken onze ogen „vermoeid” als wij werk doen dicht bij onze ogen of als wij lezen of schrijven.
Als de oogbol te lang is dan verschijnt het scherpe beeld vlak voor het netvlies en men ziet het daardoor verdoezeld; dit is de oorzaak van bijziendheid. Dit kan worden gecorrigeerd door het gebruik van een bril met concave lenzen, die het licht spreiden als het het oog binnenkomt en de convexe lens van het oog helpen een scherp beeld (het brandpunt) precies op het netvlies te krijgen.
Aan de andere kant ontstaat verziendheid als de oogbol te kort is en het beeld achter het netvlies wordt gevormd. Een convexe brillelens, geplaatst voor het oog, zal de lichtstralen die binnenvallen samenbundelen en ze precies op het netvlies laten vallen.
De vorming van een beeld achter het netvlies vindt ook plaats als de ooglens zijn accommodatievermogen verliest en het punt bereikt waarop hij niet meer zo bol kan worden als nodig is om dichtbij gelegen voorwerpen scherp te zien. Daar het meestal diegenen treft die de middelbare leeftijd zijn gepasseerd, staat deze toestand bekend als presbyopie, „ouderdomskortzichtigheid”; het vraagt convexe segmenten in de bril om deze zwakheid te corrigeren.
Wij dienen zeer voorzichtig te zijn met onze ogen. Ga niet in het oog wrijven als er vuil in komt, en kom er ook niet met vuile vingers of doeken aan. Iemand anders kan het vreemde voorwerp er misschien voorzichtig uithalen met een schone zakdoek, misschien is er zelfs een dokter nodig. En als u ’s avonds leest dan zal een goed, gelijkmatig verlichte kamer ervoor zorgen dat er minder inspanning van uw ogen wordt gevraagd dan wanneer u onder een kleine lichtbundel leest.
De lenzen van andere schepselen
Als u door de lenzen van sommige insekten zou kunnen kijken, zou u ontdekken dat ze nuttig zijn voor een snelle, plotselinge vlucht of voor het beoordelen van de snelheid. Hun ogen bestaan uit talloze lenzen die verschillende beelden vormen. De tijdsduur die het beeld nodig heeft om zich van het ene deel van het oog naar het andere te verplaatsen, wordt gebruikt voor het bepalen van de snelheid.
Gewervelde dieren hebben gepaarde lenzen om te kijken. Sommige, zoals het paard, hebben een panorama-gezicht: ze zijn in staat bijna geheel in de rondte te zien. Bij andere schepselen, met inbegrip van de mens, de uilen en de apen, bevinden de ogen zich meer voorin het hoofd of de kop en hun gezichtsvelden overlappen elkaar. De ogen van vogels hebben zeer opmerkelijke lenzen, die hetzelfde effect hebben als een telescoop en microscoop. Hierdoor hebben ze het scherpste gezichtsvermogen van alle schepselen. Adelaars, gieren en andere van hun familie zijn in staat kleine voorwerpen op geweldige afstanden te zien.
Veel toepassingen in de natuur van de beginselen van de lichtbreking en de optica hebben de mens verbaasd doen staan en ze hebben hem ertoe gebracht deze toepassingen ten eigen nutte aan te wenden; op deze wijze trekt de mens op verstandelijke wijze lering uit het werk van de Schepper.
[Diagram op blz. 19]
(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)
Het bijziend oog: De oogbol is te lang en het beeld wordt vóór het netvlies gevormd.
Bijziendheid wordt gecorrigeerd met behulp van een concave lens, die de ooglens helpt de lichtstralen precies op het netvlies te laten samenkomen.