optyk mechanik 731[04] z1 02 u

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Teresa Piotrowska

Dobieranie przyrządów optycznych
731[04].Z1.02

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Recenzenci:
mgr inż. Ewa Zajączkowska
inż. Zbigniew Łuniewski

Opracowanie redakcyjne:
inż. Teresa Piotrowska

Konsultacja:
dr inż. Anna Kordowicz-Sot

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 731[04].Z1.02
„Dobieranie przyrządów optycznych”, zawartego w programie nauczania dla zawodu optyk-
mechanik.

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

Wprowadzenie

Wymagania wstępne

Cele kształcenia

Materiał nauczania

4.1.

Lupy

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2.

Mikroskopy

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3.

Lunety i lornety

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4.

Kolimatory i lunety pomiarowe

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5.

Aparaty fotograficzne i projekcyjne

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

4.6. Lasery i noktowizja

4.6.1. Materiał nauczania

4.6.2. Pytania sprawdzające

4.6.3. Ćwiczenia

4.6.4. Sprawdzian postępów

Sprawdzian osiągnięć

Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o budowie, parametrach

i zastosowaniu przyrządów optycznych. W poradniku znajdziesz:
–

wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć już ukształtowane,
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,

–

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,

–

materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania treści jednostki
modułowej,

–

zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy już opanowałeś określone treści,

–

ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować
umiejętności praktyczne,

–

sprawdzian postępów,

–

sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi
opanowanie materiału całej jednostki modułowej,

–

literaturę uzupełniającą.

Schemat układu jednostek modułowych

731[04].Z1

Technologia elementów optycznych

731[04].Z1.03

Wykonywanie mechanizmów drobnych

i precyzyjnych

731[04].Z1.01

Charakteryzowanie elementów

optycznych

731[04].Z1.02

Dobieranie przyrządów optycznych

731[04].Z1.04

Wykonywanie elementów optycznych

731[04].Z1.05

Wykonywanie obróbki specjalnej

elementów optycznych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

stosować jednostki układu SI,

–

przeliczać jednostki,

–

posługiwać się podstawowymi pojęciami z zakresu fizyki,

–

posługiwać się podstawowymi pojęciami i prawami optyki geometrycznej,

–

stosować elementy optyczne,

–

posługiwać się podstawowymi pojęciami optyki falowej,

–

posługiwać się podstawowymi pojęciami fotometrii,

–

posługiwać się podstawowymi pojęciami optyki fizjologicznej,

–

czytać szkice i rysunki wykonawcze,

–

korzystać z różnych źródeł informacji,

–

obsługiwać komputer,

–

współpracować w grupie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

sklasyfikować przyrządy optyczne,

–

określić budowę i podstawowe parametry sprzętu optycznego: lup, mikroskopów,
kolimatorów, lunet, lunet pomiarowych, aparatów fotograficznych, przyrządów
projekcyjnych, laserów i noktowizorów,

–

sprawdzić parametry podstawowych przyrządów optycznych: lupy, mikroskopu, lunety,
lornety, aparatu fotograficznego, niwelatorów, teodolitów, laserów, noktowizorów,

–

wykonać niezbędne obliczenia parametrów geometrycznych,

–

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej
i ochrony środowiska naturalnego podczas wykonywania pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Lupy

4.1.1. Materiał nauczania

Przyrządami optycznymi przyjęto nazywać urządzenia, których działanie jest oparte na

wykorzystaniu energii świetlnej. W zależności od rodzaju odbiornika tej energii możemy je
podzielić na dwie zasadnicze grupy:
1)

przyrządy wizualne – współpracujące z okiem ludzkim i rozszerzające jogo zdolności
poznawcze,

wszystkie pozostałe przyrządy optyczne, w których odbiornikami energii świetlnej są
elementy światłoczułe, jak emulsje fotograficzne, materiały luminescencyjne,
fotoelementy itp.

W grupach tych występują takie wyroby jak:

−

lupy,

−

mikroskopy (biologiczne, metalograficzne, stereoskopowe, pomiarowe, mikroskopy
pracujące w podczerwieni i ultrafiolecie),

−

przyrządy lunetowe (lunety, teleskopy, teodolity, niwelatory, kierownice topograficzne,
lornetki i lornety nożycowe, panoramy, celowniki, peryskopy, dalmierze),

−

kolimatory i lunety autokolimacyjne,

−

aparaty fotograficzne i projekcyjne (aparaty fotograficzne, powiększalniki, czytniki,
projektory filmowe, diaskopy, episkopy, epidiaskopy, projektory warsztatowe),

−

przyrządy do analizy spektralnej (spektroskopy, spektrometry, monochromatory),

−

fotometry i kolorymetry,

−

do pomiaru długości i kąta (optimetry, interferometry, goniometry, kątomierze optyczne)

−

polarymetry i polaryskopy,

−

refraktometry,

−

przyrządy medyczne i oftalmiczne.

Lupy

Lupa jest soczewką pojedynczą lub złożoną, służącą do zwiększania kąta widzenia

niewielkich, blisko położonych przedmiotów przy zwolnionej akomodacji oka.

Powiększeniem lupy G (powiększenie wizualne) nazywamy stosunek tangensa kąta

’

pod jakim widzimy przez lupę przedmiot, gdy znajduje się w płaszczyźnie ogniskowej, do
tangensa kąta

pod jakim widzimy ten sam przedmiot okiem nieuzbrojonym z odległości

250 mm.

Rys. 1. Powiększenie lupy [opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

250

′

≈

′

gdzie:
f – ogniskowa lupy w mm

Najczęściej diafragmą aperturową, a zarazem i źrenicą wyjściową lupy jest źrenica

oka współpracującego z lupą W wyjątkowych przypadkach jest nią specjalna diafragma
umieszczona w ognisku obrazowym lupy.

Pole widzenia w niektórych lupach jest ograniczone przez specjalne diafragmy

usytuowane w płaszczyźnie przedmiotowej lupy. W tym przypadku wymiary diafragmy
określają wielkość ostro ograniczonego pola widzenia. Najczęściej jednak diafragmą pola
jest oprawa lupy. W tym przypadku pole widzenia nie jest ostro ograniczone.
Średnicę D pola widzenia takiej lupy określa wzór

gdzie:
d – średnica czynna lupy
G – powiększenie lupy

Pola widzenia nie można powiększać zmieniając jedynie średnicę lupy. Jest ono bowiem

dodatkowo ograniczone aberracjami układu optycznego lupy. Średnica lupy powinna być
zatem tak dobrana, aby umożliwiała obserwację obszaru płaszczyzny przedmiotowej dobrze
odwzorowywanego przez daną lupę.

Zdolnością rozdzielczą lupy nazywamy najmniejszą odległość dwóch punktów, które

widzimy jeszcze przez lupę jako oddzielne. Możemy ją wyznaczyć wg wzoru:

0 073

W zale

ci od budowy układu optycznego lupy dzielimy:

−

Lupa prosta – soczewka pojedyncza dwuwypukła lub płaskowypukła. Powi

kszenie jej

jest na ogół nie wi

ksze ni

−

Lupa aplanatyczna – dwie jednakowe soczewki zwrócone wypukło

ciami do siebie.

Uzyskuje si

tu lepszy obraz na brzegu soczewki.

−

Lupa achromatyczna – soczewka klejona. Skorygowane s

aberracje: sferyczna

i chromatyczna.

−

Lupa ortoplanatyczna – układ zło

ony z trzech soczewek. Skorygowane aberracje:

sferyczna, chromatyczna powi

kszenia oraz dystorsja. Lupa ortoplanatyczna odznacza si

ym polem widzenia i dobrym obrazem w całym polu.

W zale

ci od przeznaczenia lupy dzielimy na:

−

zegarmistrzowskie,

−

filatelistyczne,

−

z r

czk

−

włókiennicze,

−

daktyloskopowe,

−

lupa Brinella,

−

przegl

darki do prze

roczy itp.

W lupach pomiarowych mo

e wyst

bł

paralaksy

, je

li podziałka i przedmiot nie

żą

w tej samej płaszczy

nie. Dla unikni

cia tego bł

du stosuje si

telecentryczny bieg

promienia

. Polega on na tym,

e promie

główny wi

zki w przestrzeni przedmiotowej

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

biegnie równolegle do osi optycznej. Urzeczywistnia się to przez umieszczenie diafragmy
aperturowej w płaszczyźnie ogniskowej obrazowej lupy.

Rys. 2. Keratometr [opracowanie własne]

Przykładem wykorzystania telecentrycznego biegu może być keratometr, czyli lupa

przeznaczona do mierzenia odległości szkła okularowego do rogówki.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Co to jest lupa?

Jakie znasz rodzaje lup?

Jaki jest wzór na powiększenie, pole widzenia i zdolność rozdzielcza lup?

Co to jest telecentryczny bieg promirni?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz pole widzenia lupy o średnicy czynnej 20 mm i ogniskowej 25 mm.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące parametrów lup,

wyznaczyć powiększenie lupy,

wyznaczyć pole widzenia lupy,

zapisać wyniki.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

kalkulator,

−

poradnik dla ucznia.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

scharakteryzować parametry lup?

sklasyfikować lupy?

wyznaczyć powiększenie, pole widzenia i zdolność rozdzielczą lup?

scharakteryzować telecentryczny bieg promieni w lupach?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Mikroskopy

4.2.1. Materiał nauczania

Mikroskop jest przyrządem optycznym przeznaczonym do obserwacji drobnych

szczegółów przedmiotów bliskich pod dużym powiększeniem, przy zwolnionej akomodacji
oka.

Podstawowymi zespołami układu optycznego mikroskopu są:

−

obiektyw – tworzący obraz odwrócony, rzeczywisty i powiększony,

−

okular – działający jak lupa, przez którą obserwuje się obraz utworzony przez obiektyw.

Rys. 3. Schemat optyczny mikroskopu [opracowanie własne]

Powiększenie mikroskopu G

jest iloczynem powiększenia obiektywu

i okulara G

ok.

′

∆

−

250

gdzie:
f

’ i f

’ – ogniskowe obiektywu i okulara,

∆

– odległość między ogniskiem obrazowym obiektywu i ogniskiem przedmiotowym okulara.

Znak minus we wzorze wskazuje na to, że obraz oglądany przez mikroskop jest odwrócony.

Zdolność rozdzielcza mikroskopu jest to najmniejsza odległość a dwu punktów których

obrazy są jeszcze przez mikroskop widziane jako rozdzielne. Jest ona ograniczona zjawiskiem
dyfrakcji, zależy od kąta aperturowego

, współczynnika załamania n środowiska

wypełniającego przestrzeń między przedmiotem i obiektywem, od długości fali

światła

oświetlającego przedmiot oraz od rodzaju oświetlenia przedmiotu.

Przy oświetleniu wiązką osiową zdolność rozdzielcza wynosi:

Przy oświetleniu wiązką skośną zdolność rozdzielcza wynosi

Wielkość A= n x sin

nazwano aperturą obiektywu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Diafragma aperturowa mikroskopu jest zlokalizowana w płaszczyźnie obrazowej

obiektywu. Jest nią jedna z opraw obiektywu. Źrenica wyjściowa mikroskopu leży w pobliżu
ogniska obrazowego okulara. W tym też miejscu powinna się znaleźć źrenica oka.

Pole widzenia mikroskopu jest ograniczone diafragmą związaną z okularem.

gdzie:

– powiększenie obiektywu.

Zmiana powiększenia mikroskopu odbywa się przez zmianę obiektywu, okulara lub obu

zespołów równocześnie. Wymiany obiektywu dokonuje się przez obrót miski rewolwerowej,
na której osadzone są obiektywy. Wymiany okulara dokonuje się przez włożenie nowego
okulara w miejsce poprzedniego. Zestaw obiektyw – okular powinien być tak dobrany, aby
powiększenie mikroskopu wynosiło

1000

500

≤

Przy takim powi

kszeniu obrazy dwóch punktów, jeszcze rozdzielanych przez mikroskop,

wida

pod k

tem 2

4’.

Element mikroskopu utrzymuj

cy w okre

lonej odległo

ci obiektyw od okulara

nazywamy tubusem. Optyczna długo

ść

tubusa jest to odległo

ść

dzy ogniskiem

przedmiotowym okulara, a ogniskiem obrazowym obiektywu. Mechaniczna długo

ść

tubusa

natomiast jest odległo

płaszczyzny oporowej okulara od płaszczyzny oporowej

obiektywu. Odległo

ść

ta jest znormalizowana i wynosi zazwyczaj 160 lub 170 mm.

Obiektywy mikroskopowe

najdro

ęś

mikroskopu. Od nich zale

y jako

ść

obrazu i zdolno

ść

rozdzielcza mikroskopu. Gwint mocuj

cy jest znormalizowany. Odległo

ść

dzy przedmiotem a płaszczyzn

oporow

obiektywu ustalaj

poszczególni producenci. Na

dym obiektywie s

wygrawerowane warto

ci powi

kszenia i apertury.

W zale

ci od o

rodka wypełniaj

cego przestrze

dzy szkiełkiem nakrywkowym

a pierwsz

soczewk

na obiektywy podzieli

na suche i imersyjne. Dla obiektywów

imersyjnych podaje si

równocze

nie rodzaj imersji, czyli cieczy wypełniaj

cej przestrze

przedmiotow

. Jest ni

najcz

ęś

ciej olejek cedrowy.

Obiektywy mikroskopowe pracuj

przy małych k

tach pola widzenia i przy du

ych

aperturach, dlatego musz

mie

dobrze skorygowane aberracje osiowe: aberracj

chromatyczn

poło

enia, aberracj

sferyczn

i kom

Zale

nie od stopnia korekcji obiektywy dzielimy na:

−

Achromaty

maj

skorygowany chromatyzm dla dwóch barw, ale widmo wtórne jest

nieskorygowane, wobec czego przy du

ych powi

kszeniach obrazy s

lekko zabarwione,

zwłaszcza na brzegach pola widzenia.

−

Apochromaty

maj

lepiej skorygowan

aberracj

sferyczn

, całkowicie skorygowany

chromatyzm poło

enia (dla trzech barw) przy zwi

kszonej aperturze obiektywu, co

osi

gni

to przez zastosowanie specjalnych szkieł w poł

czeniu z soczewkami

fluorytowymi.

−

Obiektywy fluotarowe (fluotary)

maj

korekcj

redni

dzy apochromatami

i achromatami.

−

Planachromaty

obiektywami achromatycznymi ze skorygowan

krzywizn

pola.

ywane s

w mikrofotografii, gdzie jest po

żą

dany płaski obraz.

−

Planapochromaty

obiektywami apochromatycznymi ze skorygowan

krzywizn

pola.

to obiektywy najwy

szej klasy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

Monochromaty są obiektywami specjalnymi i służą do badań w ultrafiolecieprzy
określonej długości fali, zwykle 274 nm. Są budowane z kwarcu lub fluorytu. Zwykle są
to obiektywy imersyjne i mają największe apertury.

Okular w mikroskopie posiada rolę drugorzędną i dlatego są one o stosunkowo prostej

budowie. Ich średnica zewnętrzna jest znormalizowana. Każdy okular jest oznaczony
powiększeniem. Średnica pola widzenia okulara jest uzależniona od jego powiększenia
i wynosi od 10 do 18 mm. W najnowszych mikroskopach średnica pola widzenia okularów
dochodzi do 30 mm. Okulary pracują przy małych apreturach i dużych kątach pola widzenia,
dlatego korygujemy przede wszystkim aberracje polowe, a więc: chromatyzm wielkości,
komę, astygmatyzm, krzywiznę pola, dystorsję.

Rys. 4. Okular typu Huygensa [opracowanie własne]

Układ optyczny okulara składa się z dwu zasadniczych części: kolektywu i soczewki

ocznej. Ta ostatnia odgrywa rolę właściwej lupy. Kolektyw natomiast, zlokalizowany
w pobliżu płaszczyzny ogniskowej przedmiotowej soczewki ocznej, ma znikomy wpływ na
ogniskową, a tym samym na powiększenie okulara, wpływa za to w znacznym stopniu na
położenie źrenicy wyjściowej mikroskopu, przez co zmniejsza średnicę soczewki ocznej.

Najczęściej stosowane okulary to:

−

okular

Huygensa – ognisko przedmiotowe leży pomiędzy soczewkami okulara, a pole

widzenia wynosi 40

Rys. 5. Schemat optyczny okulara Huygensa [opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

okular Ramsdena – ognisko przedmiotowe leży przed okularem, a pole widzenia nie
przekracza 40º,

Rys. 6. Schemat optyczny okulara Ramsdena [opracowanie własne]

−

lepszą korekcję możemy uzyskać przez zastąpienie w okularze Ramsdena pojedynczej
soczewki ocznej soczewką klejoną. Otrzymamy w ten sposób okular Kellnera. Pole
widzenia takich okularów dochodzi do 50º,

Rys. 7. Schemat optyczny okulara Kellnera [opracowanie własne]

−

okular symetryczny,

Rys. 8. Schemat optyczny okulara symetrycznego

−

okulary kompensacyjne są przeznaczone do współpracy z obiektywami typu
apochromatycznego (obiektywy te mają nie skorygowany chromatyzm wielkości).
Możemy je rozpoznać po tym, że diafragma pola widzenia obrzeże ma zabarwione na
czerwono,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

okulary projekcyjne stosowane są do fotografowania obrazów mikroskopowych i do
projekcji obrazów na ekran. Są to okulary o ujemnych ogniskowych,

−

okulary pomiarowe mają umieszczoną podziałkę w płaszczyźnie ogniskowej
przedmiotowej płytkę z podziałką lub krzyżem,

−

okulary mikrometryczne są to okulary pomiarowe wyposażone w śrubę mikrometryczną.

Nasadki mikroskopowe

Do obserwacji przez mikroskop stosujemy dwa rodzaje nasadek mikroskopowych:

−

nasadki jednooczne – umożliwiają obserwację jednym okiem i zmieniają kierunek
obserwacji,

ła

Płaszczyzna oporowa obiektywu

Rys. 9. Nasadka jednookularowa [opracowanie własne]

−

nasadki dwuoczne – umożliwiają dwuoczną obserwację obrazu i zmieniają kierunek
obserwacji,

Rys. 10. Nasadki dwuokularowe [opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

nasadki projekcyjne – służą do projektowania obrazów mikroskopowych na ekran.

W nasadkach dwuocznych często zachodzi konieczność zwiększenia mechanicznej

długości tubusa, co uzyskujemy przez zastosowanie w nasadce soczewkowego układu
optycznego. Układ ten wprowadza pewną zmianę powiększenia mikroskopu.

Powiększeniem własnym nasadki nazywamy wartość, która określa, ile razy zwiększa się

powiększenie mikroskopu przy zastosowaniu danej nasadki.

Oświetlacze mikroskopowe

Rys. 11. Rodzaje oświetlenia w mikroskopie [opracowanie własne]

Rodzaje oświetlenia w mikroskopie:

−

obserwacja w świetle przechodzącym i padającym, przedmiot może być oświetlony
światłem padającym z góry przy przedmiotach nieprzezroczystych lub przechodzącym od
spodu,

−

obserwacja w jasnym i ciemnym polu.

Jeżeli promienie oświetlające przedmiot po przejściu przezeń lub po odbiciu od niego

trafiają bezpośrednio do obiektywu, wówczas tło oglądanego przedmiotu jest jasne,
a szczegóły ciemne mówimy wówczas o oświetleniu jasnego tła.

Jeżeli promienie oświetlające przedmiot nie trafiają bezpośrednio do obiektywu,

a wchodzą tylko promienie ugięte, wówczas szczegóły oglądanego przedmiotu widzimy jako
jasne na ciemnym tle. Mówimy wówczas o oświetleniu ciemnego tła.

Zasada oświetlenia Kóhlera

Przy małych powiększeniach wystarczy przedmiot oświetlić wklęsłą stroną lusterka,

którego ogniskowa powinna być równa odległości lusterka od przedmiotu. Dla obiektywów
o średnich i dużych powiększeniach konieczny jest oświetlacz. Zasadę prawidłowego
oświetlenia przedstawia rysunek.

Rys. 12. Oświetlenie typu Kählera [opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kolektor odwzorowuje źródło światła na diafragmie aperturowej, położonej w ognisku

przedmiotowym kondensora, dzięki czemu przedmiot jest oświetlony wiązką równoległą.
Diafragma pola jest odwzorowana przez kondensor w płaszczyźnie przedmiotowej.

Kondensor i diafragma aperturowa z reguły są związane ze stolikiem mikroskopu.

Kolektor, diafragma pola i źródło światła tworzą tzw. lampę mikroskopu, która może być
zespołem samodzielnym, współpracującym z mikroskopem. W mikroskopach wyższej, klasy
lampa mikroskopowa jest wbudowana na stałe w podstawie mikroskopu.

Rodzaje mikroskopów:

−

szkolny,

−

studencki,

−

biologiczny,

−

biologiczny odwrócony,

−

metalograficzny,

−

pomiarowe,

−

stereoskopowe,

−

specjalistyczne jak:
-

z kontrastem fazowym,

fluorescencyjne,

interferencyjno-polaryzacyjne,

inframikroskopy,

medyczne.

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jak zbudowany jest mikroskop?

Co to jest powiększenie mikroskopu?

Co to jest pole widzenia mikroskopu?

Co to jest zdolność rozdzielcza mikroskopu?

Jakie znasz obiektywy mikroskopowe?

Jakie znasz okulary mikroskopowe?

Jakie znasz nasadki mikroskopowe?

Co wiesz na temat oświetlenia w mikroskopach?

Jakie znasz rodzaje mikroskopów?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz powiększenie mikroskopu wiedząc, że ogniskowa obiektywu wynosi 8 mm,

a ogniskowa okulara 50 mm.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące budowy mikroskopów,

zdefiniować powiększenie mikroskopu,

przyjąć optyczną długość tubusa,

wyznaczyć powiększenie mikroskopu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika,

–

kalkulator.

Ćwiczenie 2

Oblicz ogniskową obiektywu mikroskopowego o powiększeniu 40

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące budowy mikroskopów,

zdefiniować powiększenie obiektywu mikroskopowego,

przyjąć optyczną długość tubusa,

obliczyć ogniskową obiektywu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika,

–

przybory do rysowania.

Ćwiczenie 3

Podaj, jakie okulary wchodzące w skład normalnego wyposażenia mikroskopu będą

prawidłowo współpracowały z poszczególnymi obiektywami tego wyposażenia. Okulary: 5

, 15

. Obiektywy: 5

/0,15; 10

/0,25; 40

/0,65; 100

/1,25.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące obiektywów i okularów
mikroskopowych,

zdefiniować warunek dla możliwych powiększeń w mikroskopie,

określić, które okulary prawidłowo współpracują z którymi obiektywami,

wyniki przedstawić w tabeli:

Okular

Obiektyw

Zakres powiększeń
okularów

100

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

kalkulator.

Ćwiczenie 4

Złóż na ławie optycznej układ prostego mikroskopu i określić jego powiększenie.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące budowy mikroskopów,

wyszukać w materiałach dydaktycznych schemat optyczny mikroskopu,

zdefiniować powiększenie mikroskopu,

wyznaczyć optyczną długość tubusa złożonego mikroskopu,

wyznaczyć powiększenie mikroskopu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika,

–

ława optyczna z wyposażeniem,

–

dodatnie soczewki o różnych znanych ogniskowych.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

scharakteryzować budowę mikroskopu?

sklasyfikować i scharakteryzować parametry mikroskopu?

wyznaczyć powiększenie mikroskopu?

scharakteryzować pryzmat załamujący?

scharakteryzować aperturę obiektywu?

scharakteryzować budowę obiektywu?

sklasyfikować i scharakteryzować rodzaje obiektywów?

scharakteryzować budowę okulara mikroskopowego?

sklasyfikować i scharakteryzować rodzaje okularów?

10)

sklasyfikować nasadki okularowe?

11)

sklasyfikować i scharakteryzować oświetlenie w mikroskopie?

12)

sklasyfikować mikroskopy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Lunety i lornety

4.3.1. Materiał nauczania

Luneta jest przyrządem optycznym służącym do obserwacji powiększonych obrazów

dalekich przedmiotów. Układ optyczny lunety jest układem bezogniskowym, gdyż
przekształca wiązkę promieni równoległych w wiązkę promieni równoległych.. Rozróżniamy
dwa rodzaje lunet:

−

Keplera.

−

Galileusza.

Luneta Keplera składa się z dodatniego obiektywu i dodatniego okulara. Ognisko

obrazowe obiektywu pokrywa się z ogniskiem przedmiotowym okulara.

Rys. 13. Luneta Keplera [opracowanie własne]

Obraz w tej lunecie jest odwrócony. Diafragma pola jest umieszczona w płaszczyźnie

ogniskowej obrazowej obiektywu. Luki wejściowa i wyjściowa leżą w nieskończoności.

Diafragmą aperturową i zarazem źrenicą wejściową w lunecie Keplera jest oprawa

obiektywu. Źrenica wyjściowa leży w pobliżu ogniska obrazowego okulara.

Luneta Galileusza składa się z dodatniego obiektywu i ujemnego okulara. Podobnie jak

w lunecie Keplera, ognisko obrazowe obiektywu pokrywa się z ogniskiem przedmiotowym
okulara.

Rys. 14. Luneta Galileusza [opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Luneta Galileusza tworzy obraz prosty. Diafragmą pola jest oprawa obiektywu; jest ona

zarazem luką wejściową lunety. Luka wejściowa nie leży zatem w płaszczyźnie przedmiotu,
dlatego też nie mamy tu tak ostrego ograniczenia pola widzenia jak w przypadku lunety
Keplera czy w mikroskopach.

Diafragmą aperturową jest źrenica oka. Jest ona zarazem źrenicą wyjściową lunety

Galileusza (d' = do). Dlatego jasność lunety Galileusza jest zawsze maksymalna i równa
jasności oka nieuzbrojonego.

W porównaniu z lunetą Keplera luneta Galileusza ma następujące zalety:

−

jest krótsza o podwójną ogniskową okulara,

−

tworzy obraz prosty,

−

ma dużą jasność.

Ma również następujące wady:

−

nie może być lunetą celowniczą, gdyż brak jest płaszczyzny obrazu rzeczywistego,
w której można by umieścić płytkę z krzyżem lub znakami celowniczymi,

−

ma małe powiększenie,

−

ma małe i nieostro ograniczone pole widzenia.
Powiększeniem kątowym lunety nazywamy stosunek tangensa kąta widzenia obrazu

utworzonego przez lunetę do tangensa kąta widzenia przedmiotu okiem nieuzbrojonym.

′

−

′

gdzie:
d – średnica źrenicy wejściowej (średnica obiektywu),
d’ – średnica źrenicy wyjściowej,
f’

– ogniskowa obiektywu,

f’

– ogniskowa okulara.

Kątowe pole widzenia lunety (lub wprost pole widzenia lunety) jest to kąt 2

, pod jakim

widać ze środka źrenicy wejściowej obszar przedmiotu, którego obraz jest ograniczony
brzegiem diafragmy pola widzenia. Kąt

można wyznaczyć wg wzoru:

′

gdzie:

– średnica pola widzenia okulara,

f’

ob.

– ogniskowa obiektywu.

Zdolność rozdzielczą lunety jest to najmniejsza kątowa odległość u dwóch punktów,

których obrazy jeszcze się nie zlewają. Jeśli jest ona ograniczona zjawiskiem dyfrakcji, to
nazywa się teoretyczną zdolnością rozdzielczą i wyraża się wzorem

′′

gdzie d – średnica źrenicy wejściowej w mm.

Jeśli zdolność rozdzielczą lunety ogranicza zdolność rozdzielcza oka to obowiązuje wzór

′′

gdzie

– powiększenie lunety.

Luneta o naturalnej zdolności rozdzielczej spełnia warunek u

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Luneta o naturalnej zdolności rozdzielczej posiada powiększenie zgodnie z warunkiem

Jasność lunety E określa natężenie oświetlenia siatkówki oka przy obserwacji przez

lunetę. Określa to wzór

′

gdzie: d – średnica źrenicy wejściowej lunety,
d' – średnica źrenicy wyjściowej lunety,
K – współczynnik proporcjonalności,
y – powiększenie lunety.

Obiektyw lunetowy powinien być układem achromatyczno – aplanatycznym

(skorygowana aberracja chromatyczna położenia, sferyczna i koma). Najczęściej spotykanym
obiektywem jest obiektyw Clairaut – Massotti, sklejony z dwu soczewek dodatniej
i ujemnej.

W lunetach astronomicznych (teleskopach) wymagana jest duża rozdzielczość, która

wzrasta wraz ze średnicą obiektywu. Stosuje się tu wtedy ze względu na masę i naprężenia
występujące w szkle obiektywy zwierciadlane.

Rys. 15. Obiektyw Maksutowa [opracowanie własne]

Są one całkowicie wolne od aberracji chromatycznej, a dzięki właściwemu doborowi

zwierciadeł asferycznych – wolne również od aberracji sferycznej. Maksutow skonstruował
obiektyw zwierciadlany złożony wyłącznie ze zwierciadeł sferycznych: wklęsłego
i wypukłego, położonego na grubym szkle meniskowym, korygującym aberrację sferyczną
zwierciadeł kulistych.

W okularach korygujemy aberracje dotyczące punktów pozaosiowych, a więc

chromatyzm wielkości, komę, astygmatyzm, krzywiznę pola i dystorsję. Istotnymi
parametrami okularów lunetowych – oprócz powiększenia są obrazowy kąt pola widzenia

’

i odległość t' źrenicy wyjściowej od ostatniej powierzchni okulara. Ze względu na wygodę
obserwacji odległość ta powinna wynosić, co najmniej 12 mm. Przyosiowym przesuwem
okulara możemy również zastąpić działanie szkła korygującego krótkowzroczność lub
dalekowzroczność.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Układy odwracające lunet

Stosujemy je w celu odwrócenia obrazu i w celu zmiany długości lunety.

Możemy je podzielić na:

−

pryzmatyczne – skracające długość lunety (lornetka),

−

soczewkowe – wydłużające długość lunety (peryskop).

Układami odwracającymi pryzmatycznymi są układ Porro I rodzaju, układ Porro II

rodzaju i pryzmat dachowy Lemana.

Układ odwracający soczewkowy składa się z kolektywu i dwóch jednakowych

obiektywów układu odwracającego, ustawionych symetrycznie w odległości d od siebie.
Powiększenie poprzeczne układu odwracającego wynosi

= -1.

Rys. 15. Soczewkowy układ odwracający [opracowanie własne]

Lornety

to układ dwu lunet o obrazie prostym, służący do obserwacji dwuocznej.

Rys. 16. Lornetka pryzmatyczna [opracowanie własne]

Lornety muszą spełniać szereg wymagań wynikających z właściwości oczu normalnego

obserwatora. Wymagania te są następujące:

Nierównoległość wiązek promieni wychodzących z okularów lornet i przy obserwacji

dalekiego punktu leżącego w środkowej, części pola widzenia nie może przekraczać:
60' – w kierunku rozbieżności,
20' – w kierunku zbieżności,
20' – w kierunku pionowym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Warunek ten musi być spełniony w całym zakresie rozstawienia źrenic. Dla utrzymania

równoległości osi przy dowolnym rozstawieniu źrenic należy zapewnić mechaniczną
równoległość obu lunet z dokładnością

−

′

gdzie:

– powiększenie lunety.

Dopuszczalna różnica powiększeń obu lunet może być obliczona wg wzoru

′

∆

007

gdzie:

' – połowa kąta pola widzenia okulara/

∆γ

– różnica powiększeń między lunetkami: prawą i lewą.

Wzajemne skręcenie obrazów obydwu lunet nie powinno przekraczać

′

sin

gdzie:

' – połowa kąta pola widzenia okulara.

Skręcenie obrazu jest spowodowane nieprostopadłością przekrojów głównych pryzmatów

układu odwracającego.

−

Zakres regulacji dioptryjnej okularów powinien wynosić co najmniej od -6 do +6 dioptrii,
przy czym dokładność wskazań powinna wynosić 0,5 dioptrii.

−

Rozstawienie źrenic wejściowych lornetki powinno obejmować (co najmniej) zakres od
56 do 74 mm.
W lornetkach z płytkami ogniskowymi płaszczyzna siatki powinna pokrywać się

z obrazem przedmiotu nieskończenie odległego z taką dokładnością, aby przy ruchu oka
w obszarze źrenicy wyjściowej lornetki nie można było zauważyć wzajemnego
przemieszczania się obrazu wzglądem siatki. Występowanie takiego przemieszczania
nazywamy błędem paralaksy.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Co oznacza pojęcie układ bezogniskowy?

Jak zbudowana jest luneta Keplera?

Jak zbudowana jest luneta Galileusza?

Jakie są parametry lunet?

Jakie są różnice między lunetą Keplera i Galileusza?

Co oznacza pojęcie naturalnej zdolności rozdzielczej lunety?

Jak zbudowane są obiektywy lunetowe?

Jakie znasz rodzaje obiektywów lunetowych?

Jakie znasz rodzaje okularów lunetowych?

10.

Jakie znasz rodzaje odwracających układów lunetowych?

11.

Jak zbudowana jest lorneta?

12.

Jakie wymagania muszą spełniać lornety?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Złóż na ławie optycznej prostą lunetę Keplera i wyznacz jej powiększenie.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące budowy lunety Keplera,

wyszukać w materiałach dydaktycznych schemat optyczny lunety Keplera,

zdefiniować powiększenie lunet,

wyznaczyć powiększenie złożonej lunety Keplera.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika,

–

ława optyczna z wyposażeniem,

–

dodatnie soczewki o różnych znanych ogniskowych.

Ćwiczenie 2

Złóż na ławie optycznej prostą lunetę Galileusza i wyznacz jej powiększenie.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące budowy lunety Galileusza,

wyszukać w materiałach dydaktycznych schemat optyczny lunety Galileusza,

zdefiniować powiększenie lunet,

wyznaczyć powiększenie złożonej lunety Galileusza.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika,

–

ława optyczna z wyposażeniem,

–

dodatnie i ujemne soczewki o różnych znanych ogniskowych.

Ćwiczenie 3

Oblicz ogniskową obiektywu i powiększenie okulara lunety Keplera, której długość

wynosi 1 m, a jej powiększenie wynosi 60

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące budowy lunety Keplera,

wyszukać w materiałach dydaktycznych wiadomości na temat długości i powiększenia
lunety Keplera,

zdefiniować długość lunety Keplera,

wyznaczyć ogniskową i powiększenie okulara lunety Keplera.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika,

–

kalkulator.

Ćwiczenie 4

Oblicz średnicę źrenicy wyjściowej lunety Keplera o powiększeniu 10

i teoretycznej

zdolności rozdzielczej równej 4

”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące zdolności rozdzielczej
lunet,

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące diafragm i źrenic
w lunetach,

zdefiniować naturalną zdolność lunety,

wyznaczyć średnicę źrenicy wyjściowej lunety Keplera.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika,

–

kalkulator.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

sklasyfikować lunety?

scharakteryzować lunety?

scharakteryzować parametry lunet?

sklasyfikować i scharakteryzować obiektywy lunetowe?

sklasyfikować i scharakteryzować okulary lunetowe?

sklasyfikować i scharakteryzować lunetowe układy odwracające?

scharakteryzować budowę lornet?

scharakteryzować parametry lornet?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Kolimatory i lunety pomiarowe

4.4.1. Materiał nauczania

Lunety pomiarowe

Luneta typu Keplera może służyć do pomiaru kątów widzenia różnych punktów

w przestrzeni. Wystarczy tylko na płytce ogniskowej wykonać podziałkę zgodnie z wzorem

′

gdzie:
y – odległość kresek podziałki wskazującej kąt

f’

– ogniskowa obiektywu,

– kąt widzenia.

Rys. 17. Schemat lunety do pomiaru kątów [opracowanie własne]

Zakres pomiarowy takiej lunety jest stosunkowo mały, dlatego też w pomiarach

kątowych lunety Keplera używa się najczęściej jako układu wyznaczającego dokładnie
kierunek, a drugi układ umożliwia pomiary w dowolnie dużym zakresie.

W takiej lunecie celowniczej oś celową wyznaczają dwa punkty: punkt węzłowy

obrazowy obiektywu oraz znaczek celowniczy na płytce ogniskowej.

Znakiem celowniczym jest przeważnie punkt przecięcia się ramion krzyża. Dla

uniknięcia błędu celowania spowodowanego grubością kreski krzyża (który w pewnym
zakresie zasłania obraz celu) stosuje się siatki przedstawione przykładowo na rys. 18.

Rys. 18. Siatki celownicze stosowane w lunetach [opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W porównaniu z celownikami mechanicznymi celowniki optyczne są łatwiejsze

i dokładniejsze w celowaniu. Uwaga celującego jest, bowiem skupiona na zgraniu tylko
dwóch punktów (znaczka celowniczego i powiększonego obrazu celu), a nie trzech (celu,
muszki i szczerbinki).

W lunetach celowniczych paralaksa jest niedopuszczalna, gdyż zmniejsza dokładność

celowania.

Lunety mogą służyć również do pomiaru odległości Najczęściej spotyka się to

w przyrządach geodezyjnych. Siatki tych przyrządów mają dodatkowe dwie kreski
dalmiercze, których odległość wynosi przeważnie 1/100 f

. Siatka wraz z okularem ma

możliwość poosiowego przesuwu w celu ustawienia na ostrość obrazów przedmiotów
położonych w rożnych odległościach od stanowiska pomiarowego. Obserwowanym
przedmiotem jest łata geodezyjna z podziałką. Jeśli między kreskami dalmierczymi na płytce
ogniskowej jest widoczny obraz odcinka łaty o długości y, to odległość między przedmiotem
a osią obrotu przyrządu wyznaczamy wg wzoru

gdzie:
A – stała mnożenia, z reguły wynosząca 100,
B – stała dodawania (w lunetach starego typu równa się odległości między ogniskiem
przedmiotowym obiektywu a osią obrotu).

Rys. 19. Pomiar odległości lunetą [opracowanie własne]

Lunety te obecnie są z wewnętrznym ogniskowaniem (z teleobiektywem) co umożliwia

uzyskanie ostrego obrazu przedmiotów położonych w różnych odległościach od lunety bez
zmiany położenia okulara.

Lunety celownicze z wewnętrznym ogniskowaniem znalazły zastosowanie w:

–

niwelatorach służących do wyznaczania kierunku poziomego i do pomiaru odległości,

–

teodolitach służących do pomiarów katów w płaszczyznach poziomej, pionowej
i odległości. Kąty obrotu lunety wokół osi pionowej i poziomej odczytuje się na kręgu
poziomym i pionowym z podziałkami kątowymi,

–

panoramie artyleryjskiej będącej peryskopem służącym do ustalania kąta celowania dział,

–

celownikach optycznych do broni myśliwskiej i palnej (rysunek 23) luneta myśliwska
firmy „SCHMIDT & BENDER” Germany).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Specjalnego rodzaju lunetą pomiarową jest lunetka dioptryjna.

Rys. 20. Lunetka dioptryjna [opracowanie własne]

Jest ona przeznaczona do pomiaru

dioptryjności wiązek wychodzących z okularów

przyrządów obserwacyjnych. Jest to w zasadzie luneta Keplera z siatką na płytce ogniskowej.
Obiektyw może wykonywać ruch poosiowy, wycechowany w dioptryjnościach wiązek
wpadających do lunetki dioptryjnej.

Lunetkę taką umieszczamy za okularem przyrządu obserwacyjnego. Przesuwem

obiektywu lunetki dioptryjnej ustawiamy obraz na ostrość w płaszczyźnie siatki. Położenie
obiektywu wskazuje nam dioptryjność wiązki wychodzącej z badanego przyrządu.

Kolimatorem nazywamy układ optyczny złożony z obiektywu i płytki ogniskowej

umieszczonej w ognisku przedmiotowym tego obiektywu.

Rys. 21. Bieg promieni w kolimatorze [opracowanie własne]

Obraz siatki kolimatora tworzy się w nieskończoności, stąd tez w warsztatach optycznych

kolimatory realizują przedmioty nieskończenie odległe, potrzebne do justowania przyrządów.
Znane są również zastosowania kolimatorów jako celowników optycznych.

Kolimatory służą również jako przyrządy kontrolne do badania zdolności rozdzielczej

przyrządów lunetowych. Siatką w takim kolimatorze jest test zdolności rozdzielczej.
Jeżeli na płytce ogniskowej kolimatora naniesiemy odpowiednią podziałkę kątową, to może
on służyć do pomiaru kąta pola widzenia przyrządów obserwacyjnych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 22. Kolimator szerokokątny [opracowanie własne]

Rys. 23. Luneta myśliwska [opracowanie własne]

Luneta, w której zastosowano specjalny okular autokolimacyjny, umożliwiający

podświetlenie płytki ogniskowej, nazywamy lunetą autokolimacyjną.

Znane są następujące rozwiązania układów optycznych okularów autokolimacyjnych:

–

okular autokolimacyjny Gaussa,

–

okular autokolimacyjny Abbego,

–

okular autokolimacyjny z dwiema płytkami ogniskowymi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Oznaczyć kąt α

Rys. 24. Lunety autokolimacyjne [opracowanie własne]

Z lunety autokolimacyjnej w przestrzeń przedmiotową wychodzą promienie równoległe,

podobnie jak z kolimatora. Po odbiciu od jakiejś płaszczyzny promienie te trafiają
z powrotem do lunety, w której możemy wówczas zaobserwować obraz autokolimacyjny
krzyża lunety, utworzony przez te odbite promienie. Położenie obrazu autokolimacyjnego
(tzn. utworzonego przez te promienie) w polu widzenia lunety zależy od nachylenia
płaszczyzny odbijającej względem osi optycznej lunety. Przy prostopadłym ustawieniu
płaszczyzny odbijającej do kierunku promieni wychodzących z lunety obraz autokolimacyjny
krzyża siatki pokryje się z krzyżem lunetki, ponieważ promienie odbite wracają tą samą
drogą, którą opuszczały lunetę. Wskutek odchylenia płaszczyzny odbijającej o kąt α,
a względem pierwotnego ustawienia promienie odbite odchylą się o kąt 2

, co spowoduje

przesunięcie się obrazu autokolimacyjnego na płytce ogniskowej o wartość y.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Lunety autokolimacyjne znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle optycznym jako

dokładne przyrządy do kontroli odchyłek kątowych w pryzmatach i płytkach np optimetr –
przyrząd służący do pomiaru długości. Innym przykładem zastosowania okularów
autokolimacyjnych jest mikroskop autokolimacyjny. Jest to mikroskop, w którym
zastosowano okular autokolimacyjny Gaussa. Służy on do pomiaru krzywizny powierzchni
kulistych.

Innym przykładem lunet pomiarowych są dalmierze. Są to przyrządy służące do pomiaru

odległości nie wymagające udziału w procesie pomiarowym przedmiotu, którego odległość
mamy zmierzyć.

Rys. 25. Schemat działania dalmierza [opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zasada działania dalmierzy

Dalmierz składa się z dwu lunet: lewej i prawej o osiach równoległych do siebie.

Odległość między środkami źrenic wejściowych obu lunet nazywamy bazą b dalmierza. Kąt

, pod jakim widać środki źrenic wejściowych obu lunet z punktu fiksacji, nazywamy kątem

paralaktycznym. W zależności od odległości e przedmiotu od dalmierza zmienia się kąt
paralaktyczny, jak również różnica położeń a obrazów na płytce ogniskowej.
Mierząc zatem kąt paralaktyczny lub różnicę położeń obrazów na płytce ogniskowej można
wyznaczyć odległość e przedmiotu.

gdzie:
b – baza dalmierza,

– kąt paralaktyczny (w radianach),

– ogniskowa obiektywu lunety dalmierza,

a – różnica położeń obrazów na płytce ogniskowej w prawej i w lewej lunecie.

Zespoły służące do tych pomiarów nazywamy kompensatorami. Rozróżniamy dalmierze

koincydencyjne i stereoskopowe.

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie są podstawowe cechy lunet pomiarowych?

Jakie są rodzaje lunet pomiarowych?

Jak zbudowana jest luneta do pomiaru kątów?

Jakie są rodzaje znaków celowniczych stosowanych w lunetach pomiarowych?

Jak można pomierzyć odległość za pomocą lunety?

Jakie jest zastosowanie lunet celowniczych?

Jaka jest budowa lunetek diopryjnych?

Do pomiarów, jakich wielkości służą lunetki diopryjne?

Jak zbudowany jest kolimator?

10.

Czy znasz zastosowanie kolimatorów?

11.

Jakie są rodzaje lunet autokolimacyjnych?

12.

Jaka jest zasada działania lunet autokolimacyjnych?

13.

Do pomiarów, jakich wielkości służą lunety autokolimacyjne?

14.

Jaka jest budowa i zasada działania dalmierzy?

15.

Jakie są zasady użytkowania i konserwacji lunet pomiarowych?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj lunety pomiarowe.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące lunet pomiarowych,

pogrupować lunety pomiarowe wg zastosowania,

zanotować spostrzeżenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

różne lunety pomiarowe,

–

katalogi lunet pomiarowych,

–

poradnik dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Zapoznaj się z budową i obsługą niwelatora i teodolitu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące lunet do pomiaru
odległości i kątów,

zapoznać się z budową niwelatora i teodolitu korzystając z instrukcji fabrycznej,

zapoznać się z wyposażeniem dodatkowym niwelatorów i teodolitów,

zapoznać się z obsługą niwelatorów i teodolitów korzystając z instrukcji obsługi,

zanotować spostrzeżenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

niwelator i teodolit,

–

fabryczna instrukcja obsługi,

–

poradnik dla ucznia.

Ćwiczenie 3

Sprawdź kąt prosty w pryzmacie prostokątnym za pomocą lunety autokolimacyjnej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące budowy lunety
autokolimacyjnej,

wyszukać w materiałach dydaktycznych budowę pryzmatów prostokątnych,

zapoznać się z instrukcją obsługi lunety autokolimacyjnej,

sprawdzić kąt prosty w pryzmacie prostokątnym.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika,

–

ława optyczna z wyposażeniem,

–

luneta autokolimacyjna,

–

instrukcja obsługi lunety autokolimacyjnej,

–

pryzmaty prostokątne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 4

Sprawdź zdolność rozdzielczą lornetki pryzmatycznej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące budowy lornetki
pryzmatycznej i kolimatorów,

wyszukać w materiałach dydaktycznych zdolności rozdzielczej lornet,

zapoznać się z instrukcją obsługi kolimatora,

sprawdzić zdolność rozdzielczą lornetki pryzmatycznej.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika,

–

instrukcje fabryczne obsługi kolimatora do pomiaru kątów i lornetki pryzmatycznej,

–

ława optyczna z wyposażeniem,

–

lornetka pryzmatyczna,

–

kolimator,

–

testy zdolności rozdzielczej dla lunet.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

omówić zasadę działania lunet do pomiarów kątów?

omówić zasadę działania lunet do pomiaru odległości?

scharakteryzować lunetkę diptryjną?

obsługiwać lunetkę dioptryjną?

scharakteryzować i sklasyfikować kolimatory?

scharakteryzować i sklasyfikować lunety autokolimacyjne?

wyjaśnić zasadę działania lunet autokolimacyjnych?

obsługiwać lunetkę autokolimacyjną?

scharakteryzować dalmierze?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5. Aparaty fotograficzne i projekcyjne

4.5.1. Materiał nauczania

Aparat fotograficzny umożliwia rejestrowanie obrazów na błonie lub kliszy

fotograficznej. Głównymi częściami aparatu fotograficznego są:
–

obiektyw,

–

komora światłoszczelna,

–

klisza lub błona światłoczuła,

–

migawka,

–

wizjer.

Rys. 26. Zasada działania aparatu fotograficznego [opracowanie własne]

Obiektyw tworzy obraz rzeczywisty i odwrócony fotografowanego przedmiotu

w płaszczyźnie odbiornika obrazu. Może nim być: światłoczuła błona lub klisza
fotograficzna. Po naświetleniu błony (lub kliszy) poddaje się kąpielom w wywoływaczu,
a następnie w utrwalaczu, w wyniku, czego otrzymujemy tzw. negatyw (miejsca naświetlone
są ciemne, a nienaświetlone jasne). Dla uzyskania prawidłowego zdjęcia pozytywowego
trzeba negatyw przekopiować na papier światłoczuły. Ostrość obrazu na odbiorniku ustawia
się wykorzystując poosiowy przesuw obiektywu. Dla właściwego oddania kontrastów i stopni
szarości warstwa światłoczuła powinna być oświetlona właściwą porcją światła.

Elementami regulującymi oświetlenie kliszy są: migawka z możliwością wyboru czasu

naświetlania oraz diafragma irysowa (o zmiennej średnicy) znajdująca się w obiektywie.
Odgrywa ona rolę diafragmy aperturowej. Obraz diafragmy aperturowej po stronie
przedmiotu nazywamy źrenicą wejściową obiektywu fotograficznego. Diafragma pola ma
format zdjęcia i jest umieszczona tuż przed warstwą światłoczułą, dlatego pole widzenia jest
ostro ograniczone.

Obiektywy aparatów fotograficznych charakteryzujemy przez określenie ogniskowej f

i otworu względnego D/f (podaje się go najczęściej w postaci 1 : f/D), gdzie D oznacza
średnicę źrenicy wejściowej.

Oświetlenie obrazu wzrasta wprost proporcjonalnie do kwadratu otworu względnego,

dlatego kwadrat otworu względnego nazywamy jasnością obiektywu. Przy ustawieniu
obiektywu na odległość a na kliszy będą jeszcze ostro zarysowane obrazy przedmiotów
znajdujących się w odległości dalszej (a

) i bliższej (a

). Różnicę a

– a

nazywamy głębią

ostrości obiektywu. Głębia ostrości jest odwrotnie proporcjonalna do średnicy źrenicy
wejściowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Obiektywy fotograficzne pracują zazwyczaj zarówno przy dużych otworach względnych,

jak i przy dużych kątach pola przedmiotowego, zatem przy ich korekcji należy uwzględnić
wszystkie aberracje, co powoduje, ze obiektywy fotograficzne wysokiej klasy są układami
bardzo skomplikowanymi. O jakości obrazów utworzonych przez obiektywy fotograficzne
nie decyduje sama korekcja układu optycznego. Nie mniejsze znaczenie ma, staranność
montażu, a w tym przede wszystkim zachowanie centralności układu optycznego.

Aparaty fotograficzne możemy podzielić na grupy w zależności od wielkości zdjęć, jakie

wykonujemy. I tak rozróżniamy:
–

aparaty do zdjęć 12 cm x 9 cm i większych,

–

aparaty do zdjęć 9 cm x 6 cm i 6 cm x 6 cm,

–

aparaty do zdjęć 24 mm x 36 mm, tzw. małoobrazkowe.
Specyficzne cechy mają lustrzanki jedno- i dwuobiektywowe

Rys. 27. Zasada działania: a) lustrzanki dwuobiektywowej, b) lustrzanki jednoobiektywowej

[opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W aparatach tego typu obraz fotografowanego przedmiotu obserwujemy na matówce, co

umożliwia równocześnie ustawienie ostrości i wybór obszaru fotografowanego.

Rys. 28. Schemat lustrzanki jednoobiektywowej [opracowanie własne]

W niektórych aparatach do ustawiania ostrości służy dalmierz koincydencyjny sprzężony

z ruchem ogniskującym obiektywu.

Oddzielną grupą aparatów fotograficznych są aparaty cyfrowe. Zastąpiono tu błonę

światłoczułą dużą matrycą, o rozmiarach porównywalnych z pojedynczą klatką filmu
małoobrazkowego 24 x 36 mm. Utrwalenie obrazu w tych aparatach odbywa się poprzez
pomiar jasności poszczególnych pikseli (punktów) matrycy, na którą pada światło poprzez
obiektyw. Różnica pomiędzy fotografią cyfrową a tradycyjną sprowadza się zasadniczo tylko
do sposobu utrwalania – zatrzymania obrazu, gdyż cała optyka właściwie nie uległa
znacznym modyfikacjom w stosunku do fotografii tradycyjnej. Charakterystyczne w tej
technice jest to, że każde zdjęcie posiada dokładnie określoną rozdzielczość obrazu
w pikselach, podczas gdy w fotografii tradycyjnej rozdzielczość jest cechą charakterystyczną
błony światłoczułej (wielkości kryształów srebra metalicznego) oraz zdolności rozdzielczej
obiektywu.

Zalety fotografii cyfrowej:

–

natychmiastowy podgląd zdjęcia bez czekania na wywołanie filmu,

–

jeśli zdjęcie jest nieudane, fotograf dowiaduje się o tym od razu i może spróbować
ponownie,

–

możliwość poprawienia bądź przekształcenia zdjęcia przed zrobieniem odbitek,

–

płaci się jedynie za odbitki udanych zdjęć,

–

małe koszty przechowywania dużej ilości zdjęć (jeśli pozostają w formacie cyfrowym,
a nie jako odbitki),

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

zdjęcia mogą być kopiowane z jednego nośnika na drugi bez utraty jakości,

–

nie ma potrzeby skanowania zdjęć przed użyciem ich w komputerze,

–

możliwość wydruku własnych zdjęć na drukarce, czasami nawet bezpośrednio z aparatu,

–

aparaty cyfrowe mogą być o wiele mniejsze od aparatów tradycyjnych o jednakowej
jakości,

–

możliwość dołączania do zdjęć dodatkowych danych, takich jak data i czas wykonania
zdjęcia, model aparatu, czas naświetlania, użycie lampy błyskowej itp., co ułatwia
przeglądanie i sortowanie zdjęć.
Zalety fotografii tradycyjnej:

–

większa rozpiętość tonalna,

–

dłuższa żywotność baterii, choć niektóre współczesne aparaty cyfrowe używają
akumulatorów o bardzo dużej żywotności,

–

manualne aparaty analogowe nie potrzebują baterii i są proste w konstrukcji, przez co
mogą pracować w warunkach ekstremalnych,

–

filmy w aparatach tradycyjnych są ściśle ustandaryzowane i łatwe do kupienia, podczas
gdy kart pamięci jest wiele rodzajów,

–

w tańszych aparatach cyfrowych występuje długi czas pomiędzy naciśnięciem spustu
migawki a wyzwoleniem migawki, przez co można utracić ważny moment na zdjęciu.

–

klisze filmowe oferują wciąż z reguły dużo większą rozdzielczość,

–

ze względu na wielkość matrycy cyfrowej (z reguły mniejszej niż klatka filmu 35 mm)
trudno jest uzyskać obiektywy szerokokątne. W przypadku stosowania tego samego
obiektywu w lustrzance cyfrowej, co analogowej w pierwszym przypadku uzyskamy
zdecydowanie mniejszy kąt widzenia przy tej samej ogniskowej.

Do najczęściej spotykanych aparatów cyfrowych możemy zaliczyć:

–

lustrzanki cyfrowe, których konstrukcja oparta jest na klasycznej lustrzance
jednoobiektywowej gdzie błonę światłoczułą zastąpiła duża matryca, o rozmiarach
porównywalnych z pojedynczą klatką filmu małoobrazkowego 24 x 36 mm.
W optycznym wizjerze widoczny jest obraz rzutowany na matówkę bezpośrednio
z obiektywu aparatu poprzez uchylne lustro zasłaniające migawkę i matrycę.
W momencie robienia zdjęcia lustro się unosi a światło kierowane jest na matrycę.
Istotną zaletą lustrzanek jest możliwość wymiany obiektywów,

–

aparaty klasy prosumer (zwany niekiedy, potocznie „hybrydowym” (lepsza jakość
wykonania, matrycy oraz obiektywu, dodatkowo w pełni ręczne ustawienia parametrów),
aczkolwiek nie posiadają cech lustrzanek – wyposażone są w stosunkowo dużą matrycę,
oraz niewymienny obiektyw dobrej jakości. Przeważnie posiadają uchylny ekran
podglądu LCD. Aparaty kompaktowe – posiadają mniejszą niż poprzednicy matrycę
światłoczułą, o przekątnej mniejszej niż 10 mm i charakteryzują się niewielkimi
rozmiarami, mniej więcej wielkości dłoni,

–

aparaty kieszonkowe – mniejsze niż aparaty kompaktowe. Zazwyczaj mniejszy rozmiar
wiąże się z rezygnacją z części funkcji. Zwykle mają grubość kilku lub kilkunastu
milimetrów i są niewiele większe od karty płatniczej,

–

aparaty cyfrowe wbudowane w inne urządzenia, zwykle telefony komórkowe. Mimo że
szczycą się one często parametrami porównywalnymi z aparatami cyfrowymi sprzed
kilku lat to jednak jakość matryc, a przede wszystkich optyki zazwyczaj mocno ustępuje
ich pełniejszym odpowiednikom.

Swoistym przedstawicielem fotografii cyfrowej jest kamera cyfrowa – urządzenie

rejestrujące obraz oraz dźwięk i zapisujące sygnał audiowizualny w postaci cyfrowej,
najczęściej na płycie DVD, karcie pamięci, czy dysku twardym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przyrządy projekcyjne

Projektor jest przyrządem służącym do rzutowania na ekran obrazów przedmiotów

silnie oświetlonych.

Rys. 29. Zasada działania diaskopu [opracowanie własne]

Jeśli przedmiot jest oświetlony światłem przechodzącym, projektor nazywamy

diaskopem. Układ optyczny diaskopu składa się ze źródła światła, kondensora, za którym
umieszcza się przezrocza oraz obiektywu. Z tyłu za źródłem światła znajduje się kuliste
zwierciadło, którego środek pokrywa się ze środkiem źródła światła. W ten sposób prawie
dwukrotnie zwiększa się wykorzystanie światła pochodzącego ze środka.

Episkop różni się od diaskopu tym, ze przedmiot nieprzezroczysty jest oświetlony

silnym strumieniem światła z góry.

Rys. 30. Zasada działania episkopu [opracowanie własne]

Epidiaskop ma cechy episkopu i diaskopu, dzięki czemu umożliwia projektowanie na

ekran zarówno przedmiotów nieprzezroczystych, jak i przezroczy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 31. Zasada działania epidiaskopu. a) epidiaskop, b) diaskop [opracowanie własne]

Powiększalniki są to w zasadzie diaskopy o osi pionowej. Służą do otrzymywania

powiększonych zdjęć pozytywowych z przezroczy negatywowych. W tym celu
w płaszczyźnie ekranu kładziemy papier fotograficzny i naświetlamy go, a następnie
wywołujemy i utrwalamy obraz. Po wysuszeniu otrzymujemy właściwe zdjęcie.

Do rodziny projektorów należą również czytniki, umożliwiające odczytywanie

mikrodokumentów, jak mikrofilmy, mikrofisze, mikrokarty itp. (mikrodokumentami
nazywamy wielokrotnie zmniejszone obrazy druków w postaci przezroczy lub zdjęć).

4.5.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie są podstawowe cechy budowy aparatów fotograficznych?

Jakie są rodzaje aparatów fotograficznych?

Jakie są różnice pomiędzy lustrzanką jedno- i dwuobiektywową?

Jakie są zalety i wady aparatów fotograficznych cyfrowych?

Jakie są podstawowe cechy budowy aparatów projekcyjnych?

Jakie są rodzaje aparatów projekcyjnych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj aparaty fotograficzne.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące aparatów fotograficznych,

pogrupować aparaty fotograficzne wg budowy,

wyróżnić w każdej grupie aparaty tradycyjne i cyfrowe,

zanotować spostrzeżenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

różne aparaty fotograficzne,

–

katalogi aparatów fotograficznych,

–

poradnik dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Zapoznaj się z budową i obsługą lustrzanki jednoobiektywowej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące aparatów fotograficznych,

zapoznać się z budową lustrzanki jednoobiektywowej z instrukcji fabrycznej,

zapoznać się z wyposażeniem dodatkowym lustrzanki jednoobiektywowej,

zapoznać się z obsługą lustrzanki jednoobiektywowej z instrukcji obsługi,

zanotować spostrzeżenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

aparat fotograficzny – lustrzanka jednoobiektywowa,

–

fabryczna instrukcja obsługi,

–

poradnik dla ucznia.

Ćwiczenie 3

Zapoznaj się z budową i obsługą diaskopu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące aparatów projekcyjnych,

zapoznać się z budową diaskopu z instrukcji fabrycznej,

zapoznać się z obsługą diaskopu z instrukcji obsługi,

zanotować spostrzeżenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

diaskop,

–

fabryczna instrukcja obsługi,

–

poradnik dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

sklasyfikować aparaty fotograficzne?

sklasyfikować aparaty projekcyjne?

rozróżnić aparaty fotograficzne?

porównać aparaty tradycyjne i cyfrowe?

obsługiwać lustrzankę jednoobiektywową?

odsługiwać diaskop?

określić zasady użytkowania i konserwacji aparatów fotograficznych
i projekcyjnych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6. Lasery i noktowizja

4.6.1. Materiał nauczania

Lasery

Aby zrozumieć działanie lasera, trzeba sięgnąć do wiadomości z zakresu budowy atomu

oraz kwantowej teorii pochłaniana i emisji spontanicznej i wymuszonej fal
elektromagnetycznych (w szczególności fal świetlnych) przez te atomy.

Światło jest falą elektromagnetyczną powstającą, gdy elektrony krążące wokół jąder

atomowych, tracą porcje (czyli kwanty) energii. Elektrony krążą po ściśle określonych
orbitach i stracie energii towarzyszy przejście z orbity zewnętrznej, o wyższej energii, na
wewnętrzną, o energii niższej. Przy okazji emitowany jest kwant światła (inaczej foton), czyli
właśnie owa nadwyżka energii. Aby doszło do emisji fotonu, atom musi zostać wpierw
wzbudzony, jego elektrony muszą znaleźć się na zewnętrznych orbitach. Można tego dokonać
poprzez ogrzewanie, bombardowanie elektronami lub umieszczając atomy w polu
elektrycznym o dużym natężeniu. Można też bombardować atomy kwantami światła.
Podczas wzbudzania atomu jego elektrony absorbują energię i przeskakują na orbity
zewnętrzne. W zwykłych warunkach powrót na orbitę podstawową i związana z tym emisja
fotonu zachodzi w sposób przypadkowy i nie jest w żadnym stopniu związana z zachowaniem
się innych elektronów lub atomów. Nazywa się to emisją spontaniczną. Wzbudzone atomy
gazu bądź kryształu są bombardowane fotonami. To zmusza elektrony do przejścia na niższą
orbitę, czemu towarzyszy emisja dalszych fotonów. Proces ten nazywamy emisją
wymuszoną. Każdy emitowany foton jest zgodny w fazie z fotonem, który spowodował jego
emisję. Taka para może symulować emisję następnych fotonów wszędzie tam, gdzie dotrze.

Laser – nazwa utworzona od Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation –

wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania. Jest to generator światła,
wykorzystujący zjawisko emisji wymuszonej.

W laserze większość atomów znajduje się w stanie wzbudzonym, więc liczba

emitowanych fotonów narasta lawinowo w następujących po sobie procesach emisji
wymuszonej. W rezultacie otrzymujemy strumień spójnego światła o stosunkowo dużym
natężeniu.

Otrzymywane światło ma charakterystyczne właściwości:

–

bardzo małą szerokość linii emisyjnej (wysoko monochromatyczna), co oznacza bardzo
dużą mocy w wybranym obszarze widma,

–

wiązkę spolaryzowaną,

–

spójną w czasie i przestrzeni,

–

bardzo małą rozbieżność,

–

bardzo dużą moc w impulsie,

–

szybkie narastanie impulsu.

Rys. 32. Schemat ideowy lasera gdzie: Z

i Z

– zwierciadłą rezonatora, L – lampa pompująca,

Sr – ośrodek czynny [opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Laser składa się z:

–

ośrodka czynnego,

–

rezonatora optycznego,

–

układu pompującego.

Układ pompujący dostarcza energii do ośrodka czynnego, w ośrodku czynnym

w odpowiednich warunkach zachodzi akcja laserowa, czyli kwantowe wzmacnianie
(powielanie) fotonów, a układ optyczny umożliwia wybranie odpowiednich fotonów.

Ośrodek czynny

Foton wyemitowany w wyniku emisji wymuszonej jest spójny (ma taką samą

częstotliwość, polaryzację) z fotonem wywołującym emisję. Foton wzbudzający musi mieć
odpowiednią energię równą energii wzbudzenia ośrodka. Atomy w stanie podstawowym
pochłaniają fotony wzbudzające (także te wyemitowane). Aby laser działał proces emisji
wymuszonej musi przeważyć nad pochłanianiem. Występuje to, gdy w ośrodku jest więcej
atomów w stanie wzbudzonym niż w stanie podstawowym (inwersja obsadzeń poziomów
energetycznych). Uzyskanie takiego nienaturalnego stanu, w którym poziomy o wyższej
energii są częściej obsadzone niż poziomy o niższej energii, utrudnia także zjawisko emisji
spontanicznej powodujące, że atomy w stanie wzbudzonym pozostają bardzo krótko
przechodząc szybko do stanu podstawowego. Niektóre atomy posiadają poziomy
energetyczne metatrwałe, na których elektron pozostaje znacznie dłużej, ale w takiej sytuacji
przejście ze stanu podstawowego do wzbudzonego jest też utrudnione, co pokonuje się przez
wzbudzanie atomów do poziomów o energii niewiele większej od poziomu metatrwałego.
Atomy w przejściach bezpromienistych przechodzą do stanu metatrwałego.

Akcja laserowa rozpoczyna się od emisji spontanicznej lub wprowadzenia fotonu

inicjującego z zewnątrz. Ten pierwszy foton wywołuje emisję wymuszoną, lub może być
pochłonięty. W układzie bez inwersji obsadzeń przeważa pochłanianie, a w układzie
z inwersją obsadzeń emisja wymuszona.

Zadaniem układu pompującego jest przeniesienie jak największej liczby elektronów

w substancji czynnej do stanu wzbudzonego. Układ musi być wydajny tak by doszło do
inwersji obsadzeń. Pompowanie lasera odbywa się poprzez błysk lampy błyskowej (flesza),
błysk innego lasera, przepływ prądu (wyładowanie) w gazie, reakcję chemiczną, zderzenia
atomów, wstrzelenie wiązki elektronów do substancji.

Rezonator optyczny (układ optyczny) pełni rolę sprzężenia zwrotnego dla wybranych

częstotliwości, dzięki czemu laser generuje spójne światło. Układ optyczny, składający się
zazwyczaj z dwóch dokładnie wykonanych i odpowiednio ustawionych zwierciadeł (z czego
przynajmniej jedno jest częściowo przepuszczalne), stanowi rezonator dla wybranej
częstotliwości i określonego kierunku ruchu fali i tylko te fotony, dla których układ optyczny
jest rezonatorem, wielokrotnie przebiegają przez ośrodek czynny wywołując emisję kolejnych
fotonów spójnych z nimi. Pozostałe fotony zanikają w ośrodku czynnym lub układzie
optycznym. Dzięki temu laser emituje niemalże równoległą wiązkę światła o dużej spójności.
Aby mogła zajść akcja laserowa, wzmocnienie promieniowania w obszarze czynnym musi co
najmniej równoważyć straty promieniowania wewnątrz rezonatora (rozpraszanie, straty
dyfrakcyjne) oraz emisję części promieniowania na zewnątrz rezonatora (np. przez częściowo
przepuszczalne lustro wyjściowe).

Rodzaje laserów

Ze względu na rodzaj pracy:

–

o pracy ciągłej,

–

impulsowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ze względu na zastosowany ośrodek czynny:

1. lasery gazowe:

–

He-Ne helowo-neonowy (543 nm. lub 633 nm.),

–

Ar laser argonowy (458 nm., 488 nm. lub 514,5 nm.),

–

laser azotowy (308 nm.),

–

laser kryptonowy (jonowy 647 nm, 676 nm.),

–

laser na dwutlenku węgla (10.6 µm),

–

laser na tlenku węgla,

2. lasery na ciele stałym:

–

rubinowy (694,3 nm),

–

neodymowy na szkle,

–

neodymowy,

–

tytanowy na szafirze,

–

na centrach barwnych,

3. lasery na cieczy:

lasery barwnikowe – substancją czynną jest przepływająca, laminarna struga roztworu
zawierającego barwnik organiczny, np. rodaminę, pompowane optycznie laserem
argonowym, kryptonowym lub neodymowym, charakteryzują się przestrajaną w szerokim
zakresie długością emitowanej fali świetlnej.

4. Lasery półprzewodnikowe – złączowe (diody laserowe)

Są to najbardziej perspektywiczne lasery z punktu widzenia ich zastosowań w fotonice ze
względu na małe wymiary, dość wysokie moce, łatwość sterowania prądem o wysokiej
częstotliwości rzędu nawet gigaherców i możliwość uzyskania promieniowania od pasma
bliskiej podczerwieni (diody laserowe dla telekomunikacji światłowodowej) do skraju
fioletowego

pasma

widzialnego.

Lasery

są

wielowarstwową

strukturą

półprzewodników typu n (nadmiar elektronów w paśmie przewodnictwa) i p (więcej dziur
w paśmie walencyjnym). Przejście elektronu do pasma przewodzenia na skutek zasilania
prądem (pompowanie) połączone jest z odwrotnym procesem spontanicznym, zwanym
radiacyjnym procesem rekombinacji. Proces ten prowadzi do uwolnienia fotonu. Przy
dostatecznie dużym prądzie może powstać inwersja obsadzeń, pozwalająca wywołać
akcję laserową. Zewnętrzne ścianki falowodu tworzą rezonator Fabry'ego-Perota.
Warstwa falowodowa ma grubość rzędu 2 µm, co ułatwia uzyskanie inwersji obsadzeń
przy małym prądzie, a jej szerokość wynosi 10 µm. Rezultatem takiej budowy warstwy
czynnej są duże kąty rozbieżności wiązki, różne w obydwu przekrojach (rzędu 30°
odpowiadający grubości 2 µm i ponad 5° dla szerokości 10 µm). W celu zmniejszenia
asymetrii wiązki stosuje się dodatkowe układy optyczne (pryzmatyczne lub cylindryczne)
mające różne powiększenia w tych przekrojach. Do wad tych laserów należy zaliczyć
szersze widmo promieniowania w porównaniu np. z laserem He-Ne i silny wpływ zmiany
temperatury na moc długości fali generowanej wiązki.
W fotonice do budowy struktur informatycznych wykorzystuje się również macierze
laserów umieszczonych na wspólnym podłożu. Średnice pojedynczych laserów mogą być
rzędu kilku mikrometrów. Każdy z laserów może być niezależnie sterowany
elektronicznie, stąd macierz laserów tworzy razem powierzchniową strukturę niemal
punktowych źródeł promieniowania.

Ze względu na zastosowanie lasery możemy podzielić:

−

specjalne lasery gazowe wytwarzające ultrafiolet o możliwie jak najmniejszej długości
fali używane do produkcji półprzewodnikowych układów scalonych,

−

lasery używane w stomatologii i dermatologii w tym do usuwania tatuaży, znamion oraz
włosów,

−

półprzewodnikowe diody laserowe,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

małej mocy – używane we wskaźnikach laserowych, drukarkach laserowych, CD/DVD,

−

dużej mocy – używane w przemyśle do cięcia i spawania, występują o mocach do 10 kW,

−

można wyróżnić mikrolasery objętościowe i cienkowarstwowe. Pompowanie odbywa się
za pomocą półprzewodnikowych diod laserowych. Długość aktywnego ośrodka
objętościowego jest rzędu 1 mm.,

−

mikrolaser objętościowy w połączeniu z kryształem nieliniowym tworzy laser o zwartej
budowie, emitujący linię zieloną (druga harmoniczna, λ=0.533 µm) o mocy nawet
kilkunastu miliwatów. Tą drogą można uzyskać również harmoniczne wyższe niż druga
i uzyskać promieniowanie w nadfiolecie.

Obecnie zastosowanie lasera jest bardzo szerokie:

–

poligrafia,

–

znakowanie produktów,

–

laserowe cięcie metali,

–

geodezja,

–

technologia wojskowa jak – dalmierze laserowe, jako system naprowadzający, pociski
rakietowe, artyleryjskie lub bomby kierowane wyposażone w czujnik laserowy, broń
energetyczna. Lasery mniejszej mocy stosowane są też do niszczenia układów optycznych
pojazdów. Prowadzone są prace nad laserami mogącymi oślepiać żołnierzy.

–

medycyna – laserów używa się przede wszystkim dla „twardej” obróbki tkanek jak cięcie,
koagulacjia, odparowanie (fotoablacji oraz ablacji stymulowanej plazmą),

–

obróbki mechanicznej do rozrywania, fragmentacji czy kawitacji,

–

telekomunikacja – nadajniki laserowe przy transmisji światłowodowej,

–

odczyt i zapis informacji na płytach kompaktowych.

Ze względu na specyficzne własności lasery wymagają specjalnego oznakowania.

Rys. 33. Przykładowa nalepka na laserach [opracowanie własne]

Jednym z najważniejszych elementów oznakowania urządzeń laserowych są etykiety

informujące o klasie lasera. Tekst na tych etykietach powinien być napisany czarnymi literami
na żółtym tle.

Nalepka, stosowana jest także przy bezpiecznych laserach, ponieważ promieniowanie

laserowe o tej samej mocy lecz o różnych długościach fal może wywołać różne skutki,
podczas oddziaływania z tkanką biologiczną.

Noktowizory to urządzenie umożliwiające widzenie w ciemności. Jest ono

wykorzystywane przez wojsko lub oddziały paramilitarne, a także przez myśliwych do
obserwacji otoczenia w nocy lub przy słabym oświetleniu (np. w jaskiniach oraz
nieoświetlonych pomieszczeniach).

Działanie noktowizora opiera się na zjawisku wzmacniania światła szczątkowego (może

to być światło gwiazd lub księżyca). Światło po przejściu przez taki wzmacniacz,
wzmocnione jest kilka tysięcy razy. Obiekty bardziej odbijające światło są bardziej widoczne,
a obiekty mniej odbijające są analogicznie mniej widoczne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Istnieją różne typy oraz kategorie noktowizorów. Można je podzielić przede wszystkim

na noktowizory osobiste oraz wyposażenie pojazdów lub też obiektów stacjonarnych
(budynków). Noktowizory osobiste występują pod postacią lornetek noktowizyjnych, lunet
celowniczych do broni palnej (zamiast celowników optycznych) bądź też gogli
noktowizyjnych. Dla pojazdów oraz do zastosowania w budynkach noktowizory
projektowane są jako kamery. Dodatkowo w pojazdach zastosowanie mają także noktowizory
peryskopowe, zastępujące w nocy standardowe dzienne przyrządy obserwacyjne.

Cywilne zastosowanie noktowizorów to wyposażenie dla myśliwych, wspomaganie

nocnego monitoringu w budynkach, oraz realizacja filmów przyrodniczych w warunkach
nocnych, bez płoszenia zwierząt sztucznym oświetleniem.

Noktowizory dzieli się także na:

−

aktywne – generacja 0,

−

pasywne – generacja 1 i wyższe.

Noktowizory aktywne aby działać posiadają promienniki podczerwieni, które oświetlają

obserwowany rejon promieniami podczerwieni w zakresie około: 750–850 nm.
Promieniowanie o takiej długości fali jest niewidzialne dla ludzkiego oka. Strumień
podczerwieni odbija się od celu i "powraca" do noktowizora. Noktowizor przetwarza
promieniowanie podczerwone na zakres światła widzialnego. W okularze obserwujemy
oświetlony promiennikiem podczerwieni cel, obraz jest monochromatyczno zielony.
Noktowizory te mają niewielki zasięg widzenia, a przede wszystkim są łatwo dostrzegalne
przez przeciwnika za pomocą ich własnych noktowizorów.

Noktowizory pasywne są urządzeniami korzystającymi wyłącznie ze wzmocnienia

światła szczątkowego. W zupełnych ciemnościach, użycie pasywnego wzmacniacza światła
jest bezcelowe (nie ma światła szczątkowego, które można by wzmocnić, konieczne jest
wtedy dodatkowe oświetlenie reflektorem IR (jak przy noktowizorze klasy 0). Noktowizory
pasywne stosowano często w systemie: jeden aktywny, drugi pasywny.

Ze względu na budowę przetworników optoelektronicznych, noktowizory dzieli się na

generacje, przy czym tradycyjne modele, wymagające do działania źródła podczerwieni,
nazywane są generacją zero. Wyższe generacje noszą nazwę wzmacniaczy optycznych.

Noktowizory i wzmacniacze optyczne działają w zakresie światła widzialnego

i w pewnym zakresie bliskiej podczerwieni. Jest to przedział w granicach 400 nm do około
950 nm.

Zasadnicza budowa noktowizora to:

−

obiektyw,

−

układ wzmacniający światło z zakresu pasma światła widzialnego,

−

elektronika,

−

zasilanie,

−

okular / ekran.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 33. Schemat przetwornika optoelektronicznego [http://www.noktowizory.k.pl/noktowiz.htm]

Przetwornik optoelektroniczny (POE) jest sercem noktowizorów i wzmacniaczy

optycznych. Jak można domyśleć się z nazwy, element ten przetwarza światło (fotony) na
energię elektryczną (elektrony).
Przetwornik jest w rzeczywistości odpowiednio ukształtowaną lampą analogową.
Zogniskowany przez obiektyw foton (a raczej ich miliardy) pada na fotokatodę. Czułość
noktowizora zależy od parametrów fotokatody. Jakość fotokaotdy wyrażona jest w mikro
Amperach na lumen: µA/lm.

Wzmacniacze optyczne różnią się od noktowizorów tym tylko, że zastosowane w nich

POE mają wysoką czułość fotokatod. Wzmacniacze optyczne działają na zasadzie
wzmacniania światła szczątkowego. Obiektywy ich gromadzą światło, które zostaje
wzmocnione przez przetworniki. Są to urządzenia całkowicie pasywne, nie możliwe do
wykrycia.

Każdy przetwornik optoelektroniczny posiada kilka bardzo ważnych parametrów:

–

rozdzielczość przetwornika wyrażona jest w liniach na milimetr, i określa ostrość obrazu
widzianego przez noktowizor,

–

przetworniki OE (zwłaszcza te ze wzmacniaczy optycznych) posiadają wzmocnienie
własne (systemowe) światła szczątkowego. Wzmocnienie systemowe określone jest
w lumenach na lumen,

–

również istotnym parametrem przetwornika OE jest czas życia,

–

parametrem, który niewątpliwie najlepiej charakteryzuje działanie przetwornika jest
stosunek sygnału do szumu,

–

zniekształcenia obrazu.

Noktowizory i wzmacniacze optyczne klasyfikowane są na podstawie generacji

zastosowanych w nich przetworników optoelektronicznych.
Generacja 0 wymagała zastosowania promiennika podczerwieni do oświetlenia
obserwowanego celu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 34. Przetwornik optoelektroniczny USA. Generacja 0: a) schemat; b) widok

[http://www.noktowizory.k.pl/noktowiz.htm]

Generacja 1 – zastosowano przetworniki OE gen. 1 stały się pierwszymi, całkowicie

pasywnymi wzmacniaczami optycznymi.

Rys. 35. Przetwornik optoelektroniczny rosyjski. Generacja 0 i I.: a) schemat,

b) widok [http://www.noktowizory.k.pl/noktowiz.htm]

Rys. 36. Schemat Przetwornika optoelektronicznego generacji I

[http://www.noktowizory.k.pl/noktowiz.htm]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 37. Widok przez przetwornik optoelektroniczny generacji I [http://www.noktowizory.k.pl/noktowiz.htm]

Pojedynczy przetwornik gen. 1 umożliwiał już zadowalającą, pasywną obserwację

podczas pełni księżyca. Amerykańskie lampy dodatkowo posiadały jeszcze ekrany
obrazowodowe wejścia i wyjścia, stosowane w celu poprawy rozdzielczości.

Generacja 2 – wprowadzono modyfikację w przetwornikach gen 2 polegającej na

wykorzystaniu w nich płytek mikrokanałowych. Wykonana z dielektryka płytka MCP pod
mikroskopem wygląda jak plaster miodu. Płytka mikrokanałowa, jak sama nazwa wskazuje,
posiada mikro kanały przechodzące przez płytkę „na wylot”. Płytka mikrokanałowa
odpowiada w przetworniku OE za zwielokrotnienie elektronów co daje większe wzmocnienie
systemowe aż do 50000x. Tak duże wzmocnienie zapewnia poprawną pracę w bezksiężycową
noc. Zastosowano też bardzo bliskie osadzenie (tuż koło siebie) fotokatody, płytki MCP
i ekranu. Wzmacniacz o takiej konstrukcji nosi nazwę wzmacniacza z podwójnym
ogniskowaniem. Taka konstrukcja przetwornika wymaga zastosowania światłowodowych
(obrazowodowych) inwertorów. Niewielkie wymiary gabarytowe przetwornika umożliwia
zmniejszenie napięcia zasilającego do wartości jedynie 100 V. Dodatkową zaletą
wzmacniacza z podwójnym ogniskowaniem jest wysoka trwałość mechaniczna konstrukcji.
Niestety, konstrukcja przetwornika z podwójnym ogniskowaniem ma pewną znaczącą wadę:
jest nią duża podatność na uszkodzenie płytki MCP.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 38. Schemat przetwornika optoelektronicznego. Generacja 2 [http://www.noktowizory.k.pl/noktowiz.htm]

Rys. 39. Widok przez przetwornik optoelektroniczny generacji II [http://www.noktowizory.k.pl/noktowiz.htm]

Generacja 3 – najważniejszą modyfikacją w stosunku do generacji 2 jest wprowadzenie

nowoczesnej fotokatody zbudowanej z fundamentalnego dla współczesnej optoelektroniki
związku arsenku galu (GaAs). Fotokatoda GaAs charakteryzuje się ogromną czułością.
Fotokatoda z arsenekgalu pracuje w zakresie od 450 nm do 950 nm. Warto zaznaczyć tutaj, że
promieniowanie nieba w nocy jest szczególnie bogate w podczerwień w zakresie
900–950 nm. Przetwornik 3 generacji korzysta więc z naturalnego emitera podczerwieni, do
rozświetlenia mroków nocy. Przetworniki te dodatkowo posiadają specjalną warstwę tlenku
aluminium (ion film), który chroni płytkę MCP przed nadmiernym zużyciem.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 40. Schemat przetwornika optoelektronicznego. Generacja 3 [http://www.noktowizory.k.pl/noktowiz.htm]

Rys. 41. Widok przez przetwornik optoelektroniczny generacji III [http://www.noktowizory.k.pl/noktowiz.htm]

Generacja 4 – usunięto tu film jonowy (tlenek aluminium) przeznaczony do ochrony

przetwornika przed nadmiernym zużyciem. Spowodowało to znaczące zwiększenie
wzmocnienia systemowego i rozdzielczości. Jednak usunięcie film jonowego powoduje
zmniejszenie czasu życia przetwornika. Wzmacniaczem optycznym 4 generacji można bardzo
komfortowo obserwować np.: światła samochodu, latarnię, jasno oświetloną ulicę itp.

Rys. 42. Widok przez noktowizor: a) generacji 3. b) generacji IV [http://www.noktowizory.k.pl/noktowiz.htm]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Co oznaczają pojęcia kwant, foton, emisja spontaniczna, emisja wymuszona, laser?

Jaka jest zasada działania lasera?

Na czym polega działanie układu pompującego laserów?

Jak działają rezonatory?

Na czym polega działanie ośrodka czynnego lasera?

Jakie znasz rodzaje laserów?

Jakie znasz zastosowania lasera?

Jaka jest zasada działania noktowizora?

Jakie znasz rodzaje noktowizorów?

10.

Co oznacza generacja noktowizora?

4.6.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj aberrację optyczną z aberracyjnego obrazu punktu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące narzędzi pomiarowych,

pogrupować narzędzia pomiarowe wg sposobu wykonywania pomiaru na: wzorce,
sprawdziany, przyrządy pomiarowe,

wyróżnić w każdej grupie narzędzia do pomiaru: długości, kątów, gwintów,

zanotować spostrzeżenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

różne narzędzia pomiarowe,

–

katalogi narzędzi pomiarowych,

–

poradnik dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Zapoznaj się z budową i obsługą mikroskopu warsztatowego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące mikroskopów
warsztatowych,

zapoznać się z budową mikroskopu korzystając z instrukcji fabrycznej,

zapoznać się z wyposażeniem dodatkowym mikroskopu,

zapoznać się z obsługą mikroskopu korzystając z instrukcji obsługi,

zanotować spostrzeżenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

mikroskop warsztatowy,

–

fabryczna instrukcja obsługi,

–

poradnik dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

scharakteryzować laser?

sklasyfikować lasery?

opisać zasadę działania lasera?

scharakteryzować noktowizor?

sklasyfikować noktowizory?

opisać zasadę działania noktowizora?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uważnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Test zawiera 25 zadania. Do każdego zadania dołączone są 4 możliwe odpowiedzi. Tylko
jedna jest prawidłowa.

Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

Zadania wymagają stosunkowo prostych obliczeń, które powinieneś wykonać przed
wskazaniem poprawnego wyniku.

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie
na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

Na rozwiązanie testu masz 60 min.

Powodzenia

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

Lupa składająca się z trzech soczewek to
a)

prosta.

achromatyczna.

apalanatyczna.

ortoskopowa.

to wzór na

powiększenie lupy.

pole widzenia lupy.

zdolność rozdzielcza lupy.

powiększenie wizualne.

Powiększenie wizualne posiada symbol
a)

α.

Β.

γ.

′

∆

−

250

to wzór na

powiększenie lupy.

powiększenie mikroskopu.

powiększenie lunety Galileusza.

powiększenie lunety Keplera.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Obiektyw z soczewkami z kwarcu i fluorytu to obiektyw
a)

achromatyczny.

planachromatyczny.

monochromatyczny.

planapochromatyczny.

Przedstawiony schemat okulara mikroskopowego to okular

Huygensa.

Ramsdena.

Kellnera.

symetryczny.

Przedstawiony schemat to

nasadka jednookularowa.

nasadka dwuokularowa przesuwna.

nasadka dwuokularowa łamana.

nasadka projekcyjna.

Do oglądania nieprzezroczystych przedmiotów używamy
a)

oświetlenia z góry.

oświetlenia z dołu.

lusterka.

lampy fluorescencyjnej.

Luneta to układ
a)

wieloogniskowy.

bezogniskowy.

trójogniskowy.

czteroogniskowy.

10.

Nazwę lunety ziemskiej posiada luneta
a)

Keplera.

pomiarowa.

Galileusza.

autokolimacyjna.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11.

to wzór na

powiększenie lunety.

pole widzenia lunety.

zdolność rozdzielczą lunety.

powiększenie lunety o naturalnej zdolności rozdzielczej.

12.

Soczewkowy układ odwracający stosujemy w lunecie
a)

Keplera.

pomiarowej.

Galileusza.

autokolimacyjnej.

13.

Zwierciadlane obiektywy stosujemy w
a)

lunetach pomiarowych.

lornetach.

teleskopach.

lunetach autokolimacyjna.

14.

Lorneta to układ
a)

dwu mikroskopów.

dwu lup.

dwu lunet.

dwu kolimatorów.

15.

Luneta do pomiaru odległości i kątów nazywa się
a)

niwelator.

teodolit.

dalmierz.

kierownica geodezyjna.

16.

Lunetka diptryjna służy do
a)

pomiaru

dioptryjności

wiązek

wychodzących

okularów

przyrządów

obserwacyjnych.

pomiaru dioptryjności wiązek wchodzących do obiektywów przyrządów
obserwacyjnych.

powiększenia przyrządów obserwacyjnych.

pomniejszenia przyrządów obserwacyjnych.

17.

Przedstawiony schemat to
a)

luneta myśliwska.

lunetka dioptryjna.

luneta autokilmacyjna.

kolimator do pomiarów kąta.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

18.

Przedstawiony schemat to luneta autokolimacyjna z

dwiema płytkami ogniskowymi.

okularem Abbego.

okularem Gaussa.

jedną płytką ogniskową.

19.

Luneta autokolimacyjna służy do
a)

pomiaru katów.

pomiaru grubości elementów optycznych.

pomiaru promienia krzywizn.

kontroli odchyłek kątowych w pryzmatach.

20.

Jedną z głównych części aparatu fotograficznego jest
a)

układ odwracający.

luneta.

migawka.

okular.

21.

Przyrząd do rzutowania na ekran przedmiotów nieprzezroczystych nazywamy
a)

diaskop.

episkop.

przeglądarka do przeźroczy.

mikroskop.

22.

Przedstawiony schemat to

noktowizor.

wzmacniacz optyczny.

laser.

hologram.

23.

Laser posiadający pręt laserowy to laser
a)

gazowy.

półprzewodnikowy.

mikrolaser.

na ciele stałym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

24.

Noktowizor służy do obserwacji
a)

w nocy.

w dzień.

małych przedmiotów.

gwiazd.

25.

Przyrząd zapisujący obraz na matrycy to
a)

lustrzanka dwuobiektywowa.

aparat fotograficzny typu polaroid.

aparat projekcyjny.

aparat fotograficzny cyfrowy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ...............................................................................

Dobieranie przyrządów optycznych

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

Bartkowska J.: Optyka i korekcja wad wzroku. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, 1996

Chalecki J.: Przyrządy optyczne. WNT, Warszawa 1979

Jóźwicki R.: Optyka Instrumentalna. WNT, Warszawa 1970

Krawcow J. A., Orłow J. I.: Optyka geometryczna ośrodków jednorodnych. WNT,
Warszawa 1993

Meyer – Arendt J. R.: Wstęp do optyki. PWN, Warszawa 1977

Nowak J., Zając M.: Optyka – kurs elementarny. Oficyna Wydawnicza Politechniki
Wrocławskiej, Wrocław 1998

Pluta M.: Mikroskopia optyczna. PWN, Warszawa 1982

Płochocki Z.: Co to jest laser. Wiedza Powszechna 1984

Sojecki A.: Optyka. WSiP, Warszawa 1997

10.

Tryliński W. (red.): Konstrukcja przyrządów i urządzeń precyzyjnych. WNT, Warszawa
1996

Internet:
http://www.noktowizory.k.pl/noktowiz.htm]