Optyk_mechanik_731[04].Z1.02

„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 inŜ. Ewa Zajączkowska
inŜ. Zbigniew Łuniewski

Opracowanie redakcyjne:
inŜ. Teresa Piotrowska

Konsultacja:
dr inŜ. 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 juŜ 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 juŜ 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 róŜnych 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 przeciwpoŜarowej
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 zaleŜności od rodzaju odbiornika tej energii moŜemy 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 noŜycowe, 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 złoŜoną, słuŜącą do zwiększania kąta widzenia

niewielkich, blisko połoŜonych 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 moŜna powiększać zmieniając jedynie średnicę lupy. Jest ono bowiem

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

Zdolnością rozdzielczą lupy nazywamy najmniejszą odległość dwóch punktów, które

widzimy jeszcze przez lupę jako oddzielne. MoŜemy 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

Ŝą

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 moŜe 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.

WyposaŜenie 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 duŜym 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, Ŝe 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, zaleŜy 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 leŜy w pobliŜu
ogniska obrazowego okulara. W tym teŜ 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 włoŜenie 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

Ŝą

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 słuŜą 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.  KaŜdy  okular  jest  oznaczony
powiększeniem.  Średnica  pola  widzenia  okulara  jest  uzaleŜniona  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 duŜych 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 pobliŜu  płaszczyzny  ogniskowej  przedmiotowej  soczewki  ocznej,  ma  znikomy  wpływ  na
ogniskową,  a  tym  samym  na  powiększenie  okulara,  wpływa  za  to  w  znacznym  stopniu  na
połoŜenie źrenicy wyjściowej mikroskopu, przez co zmniejsza średnicę soczewki ocznej.

Najczęściej stosowane okulary to:

−

okular

Huygensa – ognisko przedmiotowe leŜy 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 leŜy przed okularem, a pole widzenia nie
przekracza 40º,

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

−

lepszą korekcję moŜemy 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).
MoŜemy  je  rozpoznać  po  tym,  Ŝe  diafragma  pola  widzenia  obrzeŜe  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 krzyŜem,

−

okulary mikrometryczne są to okulary pomiarowe wyposaŜone w śrubę mikrometryczną.

Nasadki mikroskopowe

Do obserwacji przez mikroskop stosujemy dwa rodzaje nasadek mikroskopowych:

−

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

ła

Płaszczyzna oporowa obiektywu

Rys. 9. Nasadka jednookularowa [opracowanie własne]

−

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

Rys. 10. Nasadki dwuokularowe [opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

nasadki projekcyjne – słuŜą 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 moŜe być oświetlony
światłem padającym z góry przy przedmiotach nieprzezroczystych lub przechodzącym od
spodu,

−

obserwacja w jasnym i ciemnym polu.

JeŜeli 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.

JeŜeli 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 duŜych 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, połoŜonej 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 moŜe być
zespołem samodzielnym, współpracującym z mikroskopem. W mikroskopach wyŜszej, 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, Ŝe 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”

WyposaŜenie 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.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika,

–

przybory do rysowania.

Ćwiczenie 3

Podaj, jakie okulary wchodzące w skład normalnego wyposaŜenia mikroskopu będą

prawidłowo współpracowały z poszczególnymi obiektywami tego wyposaŜenia. 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 moŜliwych 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”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

kalkulator.

Ćwiczenie 4

ZłóŜ 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 złoŜonego mikroskopu,

wyznaczyć powiększenie mikroskopu.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika,

–

ława optyczna z wyposaŜeniem,

–

dodatnie soczewki o róŜnych 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 słuŜącym do obserwacji powiększonych obrazów

dalekich przedmiotów. Układ optyczny lunety jest układem bezogniskowym, gdyŜ
przekształca wiązkę promieni równoległych w wiązkę promieni równoległych.. RozróŜniamy
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 leŜą w nieskończoności.

Diafragmą aperturową i zarazem źrenicą wejściową w lunecie Keplera jest oprawa

obiektywu. Źrenica wyjściowa leŜy w pobliŜu 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 leŜy zatem w płaszczyźnie przedmiotu,
dlatego teŜ 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 duŜą jasność.

Ma równieŜ następujące wady:

−

nie moŜe być lunetą celowniczą, gdyŜ brak jest płaszczyzny obrazu rzeczywistego,
w której moŜna by umieścić płytkę z krzyŜem 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

moŜna 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 wyraŜa 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 natęŜenie 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 połoŜenia, sferyczna i koma). Najczęściej spotykanym
obiektywem jest obiektyw Clairaut – Massotti, sklejony z dwu soczewek dodatniej
i ujemnej.

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

wzrasta wraz ze średnicą obiektywu. Stosuje się tu wtedy ze względu na masę i napręŜenia
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  równieŜ  od  aberracji  sferycznej.  Maksutow  skonstruował
obiektyw  zwierciadlany  złoŜony  wyłącznie  ze  zwierciadeł  sferycznych:  wklęsłego
i wypukłego,  połoŜonego  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  moŜemy  równieŜ  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.

MoŜemy je podzielić na:

−

pryzmatyczne – skracające długość lunety (lornetka),

−

soczewkowe – wydłuŜające 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, słuŜący 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 leŜącego w środkowej, części pola widzenia nie moŜe przekraczać:
60' – w kierunku rozbieŜności,
20' – w kierunku zbieŜności,
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 naleŜy zapewnić mechaniczną
równoległość obu lunet z dokładnością

−

′

gdzie:

– powiększenie lunety.

Dopuszczalna róŜnica powiększeń obu lunet moŜe być obliczona wg wzoru

′

∆

007

gdzie:

' – połowa kąta pola widzenia okulara/

∆γ

– róŜnica 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  moŜna  było  zauwaŜyć  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 róŜnice 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

ZłóŜ 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 złoŜonej lunety Keplera.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika,

–

ława optyczna z wyposaŜeniem,

–

dodatnie soczewki o róŜnych znanych ogniskowych.

Ćwiczenie 2

ZłóŜ 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 złoŜonej lunety Galileusza.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika,

–

ława optyczna z wyposaŜeniem,

–

dodatnie i ujemne soczewki o róŜnych 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”

WyposaŜenie 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.

WyposaŜenie 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 moŜe słuŜyć do pomiaru kątów widzenia róŜnych 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 teŜ w pomiarach

kątowych lunety Keplera uŜywa się najczęściej jako układu wyznaczającego dokładnie
kierunek, a drugi układ umoŜliwia pomiary w dowolnie duŜym zakresie.

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

obrazowy obiektywu oraz znaczek celowniczy na płytce ogniskowej.

Znakiem celowniczym jest przewaŜnie punkt przecięcia się ramion krzyŜa. Dla

uniknięcia błędu celowania spowodowanego grubością kreski krzyŜa (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, gdyŜ zmniejsza dokładność

celowania.

Lunety mogą słuŜyć równieŜ do pomiaru odległości Najczęściej spotyka się to

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

. Siatka wraz z okularem ma

moŜliwość poosiowego przesuwu w celu ustawienia na ostrość obrazów przedmiotów
połoŜonych w roŜnych 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 mnoŜenia, 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 umoŜliwia

uzyskanie ostrego obrazu przedmiotów połoŜonych w róŜnych odległościach od lunety bez
zmiany połoŜenia okulara.

Lunety celownicze z wewnętrznym ogniskowaniem znalazły zastosowanie w:

–

niwelatorach słuŜących do wyznaczania kierunku poziomego i do pomiaru odległości,

–

teodolitach  słuŜących  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 słuŜącym 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 moŜe 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. PołoŜenie
obiektywu wskazuje nam dioptryjność wiązki wychodzącej z badanego przyrządu.

Kolimatorem nazywamy układ optyczny złoŜony 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 równieŜ zastosowania kolimatorów jako celowników optycznych.

Kolimatory słuŜą równieŜ jako przyrządy kontrolne do badania zdolności rozdzielczej

przyrządów lunetowych. Siatką w takim kolimatorze jest test zdolności rozdzielczej.
JeŜeli na płytce ogniskowej kolimatora naniesiemy odpowiednią podziałkę kątową, to moŜe
on słuŜyć 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, umoŜliwiający

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  moŜemy  wówczas  zaobserwować  obraz  autokolimacyjny
krzyŜa  lunety,  utworzony  przez  te  odbite  promienie.  PołoŜenie  obrazu  autokolimacyjnego
(tzn.  utworzonego  przez  te  promienie)  w  polu  widzenia  lunety  zaleŜy  od  nachylenia
płaszczyzny  odbijającej  względem  osi  optycznej  lunety.  Przy  prostopadłym  ustawieniu
płaszczyzny odbijającej do kierunku promieni wychodzących z lunety obraz autokolimacyjny
krzyŜa  siatki  pokryje  się  z  krzyŜem  lunetki,  poniewaŜ  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  słuŜący  do  pomiaru  długości.  Innym  przykładem  zastosowania  okularów
autokolimacyjnych  jest  mikroskop  autokolimacyjny.  Jest  to  mikroskop,  w  którym
zastosowano  okular  autokolimacyjny  Gaussa.  SłuŜy  on  do  pomiaru  krzywizny  powierzchni
kulistych.

Innym przykładem lunet pomiarowych są dalmierze. Są to przyrządy słuŜące 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 zaleŜności od odległości e przedmiotu od dalmierza zmienia się kąt
paralaktyczny, jak równieŜ róŜnica połoŜeń a obrazów na płytce ogniskowej.
Mierząc zatem kąt paralaktyczny lub róŜnicę połoŜeń obrazów na płytce ogniskowej moŜna
wyznaczyć odległość e przedmiotu.

gdzie:
b – baza dalmierza,

– kąt paralaktyczny (w radianach),

– ogniskowa obiektywu lunety dalmierza,

a – róŜnica połoŜeń obrazów na płytce ogniskowej w prawej i w lewej lunecie.

Zespoły słuŜące do tych pomiarów nazywamy kompensatorami. RozróŜniamy 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 moŜna pomierzyć odległość za pomocą lunety?

Jakie jest zastosowanie lunet celowniczych?

Jaka jest budowa lunetek diopryjnych?

Do pomiarów, jakich wielkości słuŜą 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 słuŜą lunety autokolimacyjne?

14.

Jaka jest budowa i zasada działania dalmierzy?

15.

Jakie są zasady uŜytkowania 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 spostrzeŜenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

róŜne 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 wyposaŜeniem dodatkowym niwelatorów i teodolitów,

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

zanotować spostrzeŜenia.

WyposaŜenie 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.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika,

–

ława optyczna z wyposaŜeniem,

–

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.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 poradnika,

–

instrukcje fabryczne obsługi kolimatora do pomiaru kątów i lornetki pryzmatycznej,

–

ława optyczna z wyposaŜeniem,

–

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 umoŜliwia 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.  MoŜe  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 moŜliwością 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 tuŜ 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 bliŜszej (a

). RóŜnicę 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 duŜych otworach względnych,

jak  i  przy  duŜych  kątach  pola  przedmiotowego,  zatem  przy  ich  korekcji  naleŜy  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
montaŜu, a w tym przede wszystkim zachowanie centralności układu optycznego.

Aparaty fotograficzne moŜemy podzielić na grupy w zaleŜności od wielkości zdjęć, jakie

wykonujemy. I tak rozróŜniamy:
–

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

umoŜliwia równocześnie ustawienie ostrości i wybór obszaru fotografowanego.

Rys. 28. Schemat lustrzanki jednoobiektywowej [opracowanie własne]

W niektórych aparatach do ustawiania ostrości słuŜy dalmierz koincydencyjny sprzęŜony

z ruchem ogniskującym obiektywu.

Oddzielną grupą aparatów fotograficznych są aparaty cyfrowe. Zastąpiono tu błonę

światłoczułą  duŜą  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. RóŜnica pomiędzy fotografią cyfrową a tradycyjną sprowadza się zasadniczo tylko
do  sposobu  utrwalania  –  zatrzymania  obrazu,  gdyŜ  cała  optyka  właściwie  nie  uległa
znacznym  modyfikacjom  w  stosunku  do  fotografii  tradycyjnej.  Charakterystyczne  w  tej
technice  jest  to,  Ŝe  kaŜde  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 moŜe spróbować
ponownie,

–

moŜliwość poprawienia bądź przekształcenia zdjęcia przed zrobieniem odbitek,

–

płaci się jedynie za odbitki udanych zdjęć,

–

małe koszty przechowywania duŜej 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 uŜyciem ich w komputerze,

–

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

–

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

–

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

–

większa rozpiętość tonalna,

–

dłuŜsza Ŝywotność baterii, choć niektóre współczesne aparaty cyfrowe uŜywają
akumulatorów o bardzo duŜej Ŝywotności,

–

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 moŜna utracić waŜny moment na zdjęciu.

–

klisze filmowe oferują wciąŜ z reguły duŜo większą rozdzielczość,

–

ze  względu  na  wielkość  matrycy  cyfrowej  (z  reguły  mniejszej  niŜ  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 moŜemy zaliczyć:

–

lustrzanki  cyfrowe,  których  konstrukcja  oparta  jest  na  klasycznej  lustrzance
jednoobiektywowej  gdzie  błonę  światłoczułą  zastąpiła  duŜa  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 moŜliwość 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 – wyposaŜone są w stosunkowo duŜą matrycę,
oraz  niewymienny  obiektyw  dobrej  jakości.  PrzewaŜnie  posiadają  uchylny  ekran
podglądu  LCD.  Aparaty  kompaktowe  –  posiadają  mniejszą  niŜ  poprzednicy  matrycę
światłoczułą,  o  przekątnej  mniejszej  niŜ  10  mm  i  charakteryzują  się  niewielkimi
rozmiarami, mniej więcej wielkości dłoni,

–

aparaty  kieszonkowe  –  mniejsze  niŜ  aparaty  kompaktowe.  Zazwyczaj  mniejszy  rozmiar
wiąŜe  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 Ŝe
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 słuŜącym 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 róŜni 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 umoŜliwia 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. SłuŜą 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 naleŜą równieŜ czytniki, umoŜliwiające 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 róŜnice 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,

wyróŜnić w kaŜdej grupie aparaty tradycyjne i cyfrowe,

zanotować spostrzeŜenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

róŜne 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 wyposaŜeniem dodatkowym lustrzanki jednoobiektywowej,

zapoznać się z obsługą lustrzanki jednoobiektywowej z instrukcji obsługi,

zanotować spostrzeŜenia.

WyposaŜenie 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 spostrzeŜenia.

WyposaŜenie 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?

rozróŜnić aparaty fotograficzne?

porównać aparaty tradycyjne i cyfrowe?

obsługiwać lustrzankę jednoobiektywową?

odsługiwać diaskop?

określić zasady uŜytkowania 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 krąŜące wokół jąder

atomowych,  tracą  porcje  (czyli  kwanty)  energii.  Elektrony  krąŜą  po  ściśle  określonych
orbitach  i  stracie  energii  towarzyszy  przejście  z  orbity  zewnętrznej,  o  wyŜszej  energii,  na
wewnętrzną, o energii niŜszej. Przy okazji emitowany jest kwant światła (inaczej foton), czyli
właśnie  owa  nadwyŜka  energii.  Aby  doszło  do  emisji  fotonu,  atom  musi  zostać  wpierw
wzbudzony, jego elektrony muszą znaleźć się na zewnętrznych orbitach. MoŜna tego dokonać
poprzez  ogrzewanie,  bombardowanie  elektronami  lub  umieszczając  atomy  w  polu
elektrycznym o duŜym natęŜeniu. MoŜna teŜ 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 Ŝadnym 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 niŜszą
orbitę,  czemu  towarzyszy  emisja  dalszych  fotonów.  Proces  ten  nazywamy  emisją
wymuszoną. KaŜdy emitowany foton jest zgodny w fazie z fotonem, który spowodował jego
emisję. Taka para moŜe 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 duŜym
natęŜeniu.

Otrzymywane światło ma charakterystyczne właściwości:

–

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

–

wiązkę spolaryzowaną,

–

spójną w czasie i przestrzeni,

–

bardzo małą rozbieŜność,

–

bardzo duŜą 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 umoŜliwia 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  (takŜe  te  wyemitowane).  Aby  laser  działał  proces  emisji
wymuszonej  musi  przewaŜyć  nad  pochłanianiem.  Występuje  to,  gdy  w  ośrodku  jest  więcej
atomów  w  stanie  wzbudzonym  niŜ  w  stanie  podstawowym  (inwersja  obsadzeń  poziomów
energetycznych).  Uzyskanie  takiego  nienaturalnego  stanu,  w  którym  poziomy  o  wyŜszej
energii  są  częściej  obsadzone  niŜ  poziomy  o  niŜszej  energii,  utrudnia  takŜe  zjawisko  emisji
spontanicznej  powodujące,  Ŝe  atomy  w  stanie  wzbudzonym  pozostają  bardzo  krótko
przechodząc  szybko  do  stanu  podstawowego.  Niektóre  atomy  posiadają  poziomy
energetyczne metatrwałe, na których elektron pozostaje znacznie dłuŜej, ale w takiej sytuacji
przejście ze stanu podstawowego do wzbudzonego jest teŜ 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 moŜe być
pochłonięty. W układzie bez inwersji obsadzeń przewaŜa 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 sprzęŜenia 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 niemalŜe równoległą wiązkę światła o duŜej spójności.
Aby mogła zajść akcja laserowa, wzmocnienie promieniowania w obszarze czynnym musi co
najmniej  równowaŜyć  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 moŜliwość 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  duŜym  prądzie  moŜe  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  duŜe  kąty  rozbieŜności  wiązki,  róŜne  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  róŜne  powiększenia  w  tych  przekrojach.  Do  wad  tych  laserów  naleŜy  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  równieŜ  macierze
laserów umieszczonych na wspólnym podłoŜu. Średnice pojedynczych laserów mogą być
rzędu  kilku  mikrometrów.  KaŜdy  z  laserów  moŜe  być  niezaleŜnie  sterowany
elektronicznie,  stąd  macierz  laserów  tworzy  razem  powierzchniową  strukturę  niemal
punktowych źródeł promieniowania.

Ze względu na zastosowanie lasery moŜemy podzielić:

−

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

−

lasery uŜywane w stomatologii i dermatologii w tym do usuwania tatuaŜy, znamion oraz
włosów,

−

półprzewodnikowe diody laserowe,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

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

−

duŜej mocy – uŜywane w przemyśle do cięcia i spawania, występują o mocach do 10 kW,

−

moŜna wyróŜnić 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  moŜna  uzyskać  równieŜ  harmoniczne  wyŜsze  niŜ  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  wyposaŜone  w  czujnik  laserowy,  broń
energetyczna. Lasery mniejszej mocy stosowane są teŜ do niszczenia układów optycznych
pojazdów. Prowadzone są prace nad laserami mogącymi oślepiać Ŝołnierzy.

–

medycyna – laserów uŜywa 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 najwaŜniejszych elementów oznakowania urządzeń laserowych są etykiety

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

Nalepka, stosowana jest takŜe przy bezpiecznych laserach, poniewaŜ promieniowanie

laserowe o tej samej mocy lecz o róŜnych długościach fal moŜe wywołać róŜne skutki,
podczas oddziaływania z tkanką biologiczną.

Noktowizory to urządzenie umoŜliwiające widzenie w ciemności. Jest ono

wykorzystywane  przez  wojsko  lub  oddziały  paramilitarne,  a  takŜe  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 (moŜe

to być światło gwiazd lub księŜyca). 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 róŜne typy oraz kategorie noktowizorów. MoŜna je podzielić przede wszystkim

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

Cywilne zastosowanie noktowizorów to wyposaŜenie dla myśliwych, wspomaganie

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

Noktowizory dzieli się takŜe na:

−

aktywne – generacja 0,

−

pasywne – generacja 1 i wyŜsze.

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,  uŜycie  pasywnego  wzmacniacza  światła
jest  bezcelowe  (nie  ma  światła  szczątkowego,  które  moŜna  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. WyŜsze 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  moŜna  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  zaleŜy  od  parametrów  fotokatody.  Jakość  fotokaotdy  wyraŜona  jest  w  mikro
Amperach na lumen: µA/lm.

Wzmacniacze optyczne róŜnią się od noktowizorów tym tylko, Ŝe 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  moŜliwe  do
wykrycia.

KaŜdy przetwornik optoelektroniczny posiada kilka bardzo waŜnych parametrów:

–

rozdzielczość przetwornika wyraŜona 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,

–

równieŜ istotnym parametrem przetwornika OE jest czas Ŝycia,

–

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 umoŜliwiał juŜ zadowalającą, pasywną obserwację

podczas pełni księŜyca. 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 aŜ do 50000x. Tak duŜe wzmocnienie zapewnia poprawną pracę w bezksięŜycową
noc.  Zastosowano  teŜ  bardzo  bliskie  osadzenie  (tuŜ  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  umoŜliwia
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 duŜa 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 – najwaŜniejszą 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, Ŝe
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 zuŜyciem.

„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 zuŜyciem. Spowodowało to znaczące zwiększenie
wzmocnienia systemowego i rozdzielczości. Jednak usunięcie film jonowego powoduje
zmniejszenie czasu Ŝycia przetwornika. Wzmacniaczem optycznym 4 generacji moŜna 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,

wyróŜnić w kaŜdej grupie narzędzia do pomiaru: długości, kątów, gwintów,

zanotować spostrzeŜenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

róŜne 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 wyposaŜeniem dodatkowym mikroskopu,

zapoznać się z obsługą mikroskopu korzystając z instrukcji obsługi,

zanotować spostrzeŜenia.

WyposaŜenie 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 uwaŜnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Test zawiera 25 zadania. Do kaŜdego zadania dołączone są 4 moŜliwe odpowiedzi. Tylko
jedna jest prawidłowa.

Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki naleŜy 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 odłóŜ 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 uŜywamy
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 słuŜy 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 słuŜy 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 słuŜy 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]