Alat-Alat Optik

Mata

Mata manusia adalah sebagai alat optik yang sangat penting bagi manusia.
Bagian-bagian mata yang termasuk kornea, pupil, retina, dll

Bagian-bagian Mata

Cahaya yang masuk ke mata difokuskan oleh lensa mata ke bagian belakang mata yang disebut Retina. Bentuk bayangan benda yang jatuh di retina seolah-olah direkam dan disampaikan ke otak melalui saraf optik. Bayangan inilah yang sampai ke otak dan memberikan kesan melihat benda kepada mata. Jadi, mata dapat melihat objek dengan jelas apabila bayangan benda (bayangan nyata) terbentuk tepat di retina.
Lensa mata merupakan lensa yang kenyal dan fleksibel yang dapat menyesuaikan dengan objek yang dilihat. Karena bayangan benda harus selalu difokuskan tepat di retina, lensa mata selalu berubah-ubah untuk menyesuaikan objek yang dilihat. Kemampuan mata untuk menyesuaikan diri terhadap objek yang dilihat dinamakan daya akomodasi mata.

Daya Akomodasi Mata

Saat mata melihat objek yang dekat, lensa mata akan berakomodasi menjadi lebih cembung agar bayangan yang terbentuk jatuh tepat di retina. Sebaliknya, saat melihat objek yang jauh, lensa mata akan menjadi lebih pipih untuk memfokuskan bayangan tepat di retina.
Titik terdekat yang mampu dilihat oleh mata dengan jelas disebut titik dekat mata (punctum proximum/PP). Pada saat melihat benda yang berada di titik dekatnya, mata dikatakan berakomodasi maksimum. Titik dekat mata disebut juga dengan jarak baca normal karena jarak yang lebih dekat dari jarak ini tidak nyaman digunakan untuk membaca dan mata akan terasa lelah. Jarak baca normal atau titik dekat mata adalah sekitar 25 cm.
Adapun, titik terjauh yang dapat dilihat oleh mata dengan jelas disebut titik jauh mata (punctum remotum/PR). Pada saat melihat benda yang berada di titik jauhnya, mata berada dalam kondisi tidak berakomodasi. Jarak titik jauh mata normal adalah di titik tak hingga (~).
Adapun cacat mata yang disebabkan akibat berkurangnya daya akomodasi, yang dapat dibantu dengan kacamata. Namun kacamata tidak dapat menyembuhkan cacat mata, kacamata hanya berfungsi membantu penderita cacat mata agar bayangan benda yang diamati tepat pada retina. Berkurangnya daya akomodasi mata yang menyebabkan cacat mata sbb :

Rabun Jauh (Miopi)

Miopi dikoreksi Menggunakan Lensa Negatif  

Orang yang menderita rabun jauh (Miopi) tidak mampu melihat dengan jelas objek yang jauh tapi tetap mampu melihat dengan jelas objek di titik dekatnya (pada jarak 25 cm). Titik jauh mata orang yang menderita rabun jauh berada pada jarak tertentu (mata normal memiliki titik jauh tak berhingga).

Dapat diobati dengan menggunakan lensa divergen yang bersifat menyebarkan (memencarkan) sinar. Lensa divergen atau lensa cekung atau lensa negatif dapat membantu lensa mata agar dapat memfokuskan bayangan tepat di retina.

Jarak fokus lensa dan kuat lensa yang digunakan untuk memperbaiki mata yang mengalami rabun jauh dapat ditentukan berdasarkan persamaan lensa tipis dan rumus kuat lensa.

Di sini jarak s adalah jarak tak hingga (titik jauh mata normal), dan s’adalah titik jauh mata (PR). Prinsip dasarnya adalah lensa negatif digunakan untuk memindahkan (memajukan) objek pada jarak tak hingga agar menjadi bayangan di titik jauh mata tersebut sehingga mata dapat melihat objek dengan jelas.

Rabun Dekat (Hipermetropi)

Hipermetropi dikoreksi Menggunakan Lensa Positif

Orang yang menderita rabun dekat (Hipermetropi) tidak mampu melihat dengan jelas objek yang terletak di titik dekatnya tapi tetap mampu melihat dengan jelas objek yang jauh (tak hingga). Titik dekat mata orang yang menderita rabun dekat lebih jauh dari jarak baca normal (PP > 25 cm).

Dapat diobati dengan menggunakan lensa konvergen yang bersifat mengumpulkan sinar. Lensa konvergen atau lensa cembung atau lensa positif dapat membantu lensa mata agar dapat memfokuskan bayangan tepat di retina.

Jarak fokus lensa dan kuat lensa yang digunakan untuk memperbaiki mata yang mengalami hipermetropi dapat ditentukan berdasarkan persamaan lensa tipis dan rumus kuat lensa.

Di sini jarak s adalah jarak titik dekat mata normal (25 cm), dan s’adalah titik dekat mata (PP). Prinsip dasarnya adalah lensa positif digunakan untuk memindahkan (memundurkan) objek pada jarak baca normal menjadi bayangan di titik dekat mata tersebut sehingga mata dapat melihat objek dengan jelas.

Mata Tua (Presbiopi)Pada mata tua (Presbiopi) titik dekat dan titik jauh keduanya telah bergeser, disebabkan daya akomodasi berkurang akibat lanjut usia.

Dapat diatasi dengan menggunakan kacamata berlensa rangkap.

Astigmatisma (silindris)

Disebabkan karena kornea mata tidak berbentuk sferik (irisan bola), melainkan lebih melengkung pada satu bidang daripada bidang lainnnya. Mata astigmatisma juga memfokuskan sinar-sinar pada bidang vertikal lebih pendek daripada sinar-sinar pada bidang horisontal.

Dapat diobati dengan kacamata silindris.

Kaca Pembesar

Kaca pembesar atau lup digunakan untuk melihat benda kecil yang tidak bisa dilihat dengan mata secara langsung. Lup menggunakan sebuah lensa cembung atau lensa positif untuk memperbesar objek menjadi bayangan sehingga dapat dilihat dengan jelas.

Bayangan yang dibentuk oleh lup bersifat maya, tegak, dan diperbesar. Untuk mendapatkan bayangan semacam ini objek harus berada di depan lensa dan terletak diantara titik pusat O dan titik fokus F lensa. untuk menghasilkan bayangan yang diinginkan, lup dapat digunakan dalam dua macam cara, yaitu dengan mata berakomodasi maksimum dan dengan mata tidak berakomodasi.
Lup dapat digunakan dengan mata berakomodasi maksimum untuk mendapatkan perbesaran bayangan yang diinginkan. Agar mata berakomodasi maksimum, bayangan yang terbentuk harus tepat berada di titik dekat mata (s’ = sn = jarak titik dekat mata).

Perbesaran bayangan yang dihasilkan oleh lup dengan mata berakomodasi maksimum adalah

Dimana P adalah perbesaran lup, sn adalah jarak titik dekat mata (sn = 25 cm untuk mata normal), dan f adalah jarak fokus lup.
Menggunakan lup dalam keadaan mata berakomodasi maksimum membuat mata menjadi cepat lelah. Agar mata relaks dan tidak cepat lelah, lup digunakan dalam keadaan mata tidak berakomodasi. Untuk mendapatkan perbesaran bayangan yang diinginkan dalam keadaan mata tidak berakomodasi, bayangan yang terbentuk harus berada sangat jauh di depan lensa (jarak tak hingga). dalam hal ini objek harus berada di titik fokus lensa (s = f).

Perbesaran bayangan yang dihasilkan oleh lup dengan mata tidak berakomodasi adalah

Dimana P adalah perbesaran lup, sn adalah jarak titik dekat mata (sn = 25 cm untuk mata normal), dan f adalah jarak fokus lup.

Mikroskop

Perbesaran bayangan yang dihasilkan dengan menggunakan lup yang hanya menggunakan sebuah lensa cembung kurang maksimal dan terbatas. Untuk mendapatkan perbesaran yang lebih besar diperlukan susunan alat optik yang lebih baik. Perbesaran yang lebih besar dapat diperoleh dengan membuat susunan dua buah lensa cembung. Susunan alat optik ini dinamakan mikroskop yang dapat menghasilkan perbesaran sampai lebih dari 20 kali.
Sebuah mikroskop terdiri atas dua buah lensa cembung (lensa positif). lensa yang dekat dengan objek (benda) dinamakan lensa objektif, sedangkan lensa yang dekat mata dinamakan lensa okuler. Jarak fokus lensa okuler lebih besar daripada jarak fokus lensa objektif.

Mikroskop dan Bagian-bagiannya

Pembentukan Bayangan pada Mikroskop

Objek yang ingin diamati diletakkan di depan lensa objektif di antara titik Fob dan 2Fob. Bayangan yang terbentuk oleh lensa objektif adalahI1 yang berada di belakang lensa objektif dan di depan lensa okuler. Bayangan ini bersifat nyata, terbalik, dan diperbesar. Bayangan I1akan menjadi benda bagi lensa okuler dan terletak di depan lensa okuler antara pusat optik O dan titik fokus okuler Fok. Di sini lensa okuler akan berfungsi sebagai lup dan akan terbentuk bayangan akhirI2 di depan lensa okuler. Bayangan akhir I2 yang terbentuk bersifat maya, diperbesar, dan terbalik terhadap objek semula.
Perbesaran yang dihasilkan mikroskop adalah gabungan dari perbesaran lensa objektif dan perbesaran lensa okuler. Perbesaran lensa objektif mikroskop adalah

Dimana Pob adalah perbesaran lensa objektif, s’ob adalah jarak bayangan lensa objektif dan sob adalah jarak objek di depan lensa objektif.
Adapun perbesaran lensa okuler mikroskop sama dengan perbesaran lup, yaitu sebagai berikut.

untuk mata berakomodasi maksimum

untuk mata tidak berakomodasi

Dimana Pok adalah perbesaran lensa okuler, sn adalah jarak titik dekat mata (untuk mata normal sn = 25 cm), dan fok adalah jarak fokus lensa okuler.
Perbesaran total mikroskop adalah hasil kali perbesaran lensa objektif dan perbesaran lensa okuler. Jadi,

P = P_ob × P_ok

Hal-hal penting yang perlu diketahui berkaitan dengan mikroskop:
(1) jarak antara lensa objektif dan lensa okuler disebut juga panjang tabung (d). panjang tabung sama dengan penjumlahan jarak bayangan yang dibentuk lensa objektif (s’ob) dengan jarak benda (bayangan pertama) ke lensa okuler (s_ok).

d = s’_ob + s_ok

(2) menggunakan mikroskop dengan mata berakomodasi maksimum berarti letak bayangan akhir berada di titik dekat mata di depan lensa okuler. Jadi, dapat dituliskan

s’_ok = −s_n

(3) menggunakan mikroskop dengan mata tidak berakomodasi berarti jarak benda di depan lensa okuler (s_ok ) berada tepat di titik fokus lensa okuler (fok). Jadi, dapat dituliskan

s_ok = f_ok

Panjang mikroskop adalah jarak lensa obyektif terhadap lensa okuler dirumuskan :
Untuk mata berakomodasi d = Si _(ob) + So _(ok)
Keterangan :
d = panjang mikroskop
Si (ob) = jarak bayangan lensa obyektif
So (ok) = jarak benda lensa okuler
Untuk mata tidak berakomodasi
d = Si (ob) + f (ok)
Keterangan :
d = panjang mikroskop
Si (ob) = jarak bayangan lensa obyektif
f (ok) = jarak fokus lensa okuler

Teropong (Teleskop)

Teropong atau Teleskop adalah alat optik yang digunakan untuk melihat benda-benda yang sangat jauh seperti gunung dan bintang agar tampak lebih dekat dan jelas. Meskipun teropong sudah digunakan sejak abad ke – 17 namun sampai sekarang tidak seorang pun yakin siapa yang pertama kali menemukan teropong. Memang pada tanggal 2 oktober 1608 Hans Lippershey pernah mecoba mempatenkan teleskop yang dibuatnya, tetapi ditolak oleh dewan penilai. Kemudian pada tahun 1609 Galileo membuat sebuah teleskop yang sekarang dikenal dengan sebutan teropong panggung. Setelah itu ia membuat banyak macam teleskop dan mendapatkan banyak penemuan dalam bidang astronomis yang membuatnya terkenal. Teropong dibagi menjadi dua kelompok yaitu :
a. Teropong Bias, yang terdiri dari beberapa lensa
b. Teropong pantul, yang terdiri dari beberapa cermin dan lensa

Teropong Bias
Teropong bias menggunakan lensa sebagai obyektif untuk membiaskan cahaya. Beberapa contoh teropong bias adalah :
a. Teropong bintang atau teropong astronomi
b. Teropong bumi
c. Teropong panggung
d. Teropong prisma atau binokuler

Teropong Bintang

Teropong bintang atau teropong astronomi digunakan untuk mengamati benda-benda angkasa luar. Teropong bintang menggunakan dua buah lensa positif, masing-masing sebagai lensa obyektif dan lensa okuler. Berbeda dengan mikroskop, pada teropong jarak focus lensa obyektif lebih besar dari jarak focus lensa okuler.

Teropong Bumi

Teropong bumi yang disebut juga teropong medan atau teropong yojana menghasilkan bayangan akhir yang tegak terhadap arah benda semula. Hal ini dapat diperoleh dengan menggunakan lensa cembung ketiga yang disisipkan di antara lensa obyektif dan lensa okuler. Lensa cembung ketiga hanya berfungsi membalik bayangan tanpa perbesaran, oleh karena itu lensa ini disebut lensa pembalik.

Teropong panggung atau Teropong Galilei

Teropong panggung atau teropong Galilei disebut juga teropong Belnada atau teropong tonil. Teropong ini menghasilkan bayangan akhir yang tegak dan diperbesar dengan menggunakan dua buah lensa, lensa positif sebagai lensa obyektif dan lensa negatif sebagai lensa okuler.

Teropong Prisma

Penggunaan lensa pembalik untuk menghasilkan bayangan akhir yang tegak mengakibatkan teropong bumi menjadi relative panjang. Untuk menghindarinya maka lensa pembalik diganti dengan penggunaan dua prisma siku-siku sama kaki yang disisipkan di antara lensa obyektif dan lensa okuler. Prisma-prisma tersebut digunakan untuk membalikkan bayangan dengan pemantulan sempurna.