UKŁADY OPTYCZNE

• Oko ludzkie jako przyrząd optyczny dysponuje pewną zdolnością do rozróżniania szczegółów, zwaną zdolnością rozdzielczą. Określa ona minimalna odległość między dwoma punktami, gdy oko ludzkie jest w stanie te punkty rozróżnić. Odległość ta wyznaczona jest dla pewnej standardowej odległości, zwanej odległością dobrego widzenia, którą przyjmuje się za równą
. Odległość ta jest wynikiem kompromisu pomiędzy zwiększaniem kąta widzenia przedmiotu przez oko i wysiłkiem konwergencyjnym i akomodacyjnym oka.

• Chcąc zwiększyć kąt widzenia przez oko bądź zbliżyć dostatecznie oko do przedmiotu (obserwacja przedmiotów bardzo odległych!) musimy użyć przyrządów optycznych, współpracujących z okiem.

LUPA

• Najprostszy przyrząd optyczny, składający się z jednej soczewki skupiającej.

• Powiększenie wizualne lupy zależy ściśle od warunków obserwacji. Gdy przedmiot leży w płaszczyźnie ogniskowej (oko pracuje bez akomodacji) mamy:

Gdy oko ustawimy tak, aby obraz powstał w odległości dobrego widzenia, to:

• Aperturę lupy ogranicza źrenica oka. Pole widzenia zależy od położenia oka względem lupy.

MIKROSKOP

• Składa się z dwóch zespołów: obiektywu i okularu. Służy do obserwacji przedmiotów małych, ale bliskich (typowe odległości robocze są rzędu kilku mm).

Odległość Δ między ogniskiem obrazowym obiektywu a ogniskiem przedmiotowym okularu wynosi około 17 cm i zwana jest długością tubusa.

MIKROSKOP - c.d.

• Obiektyw daje obraz rzeczywisty, odwrócony, powiększony:

• Okular działa jak lupa. Jego powiększenie wizualne wynosi:

• Całkowite powiększenie typowego mikroskopu jest równe:

• W typowym mikroskopie maksymalne powiększenia są nie większe niż 2000 (obiektyw x100, okular x16). Większe powiększenia uzyskać trudno ze względu na dyfrakcję światła na soczewkach. W przypadku dużych obiektywów (x100) stosuje się ciecze immersyjne w celu zwiększenia kata aperturowego. Apertura numeryczna obiektywu:

MIKROSKOP - c.d.²

• Ważnym elementem mikroskopu jest jego układ oświetlający. Elementem odpowiedzialnym za geometrię wiązki oświetlającej jest kondensor.

• Stosowane są powszechnie dwa typy oświetlenia przedmiotu:

• przy oświetleniu krytycznym obraz źródła światła (włókno żarówki oświetlacza) odwzorowany jest w płaszczyźnie przedmiotu.

Oświetlenie krytyczne umożliwia zmianę apretury mikroskopu poprzez zmianę apertury kondensora.

Aby preparat był oświetlony równomiernie, włókno żarówki oświetlacza musi być rozciągłe i mieć stałą luminancję na całej powierzchni.

MIKROSKOP - c.d.³

• Przy oświetleniu typu Köhlera źródło światła odwzorowane jest w płaszczyźnie przesłony aperturowej obiektywu.

Układ Köhlera pozwala na równomierne oświetlenie przedmiotu Dodatkowy kolektor K₁ odwzorowuje źródło światła na płaszczyznę aperturową kondensora. Obie przesłony - aperturowa i polowa - znajdują się w układzie kolektor-kondensor.

LUNETA KEPLERA

• Luneta astronomiczna (Keplera; XVI/XVII w.) składa się z dwóch układów: obiektywu i okularu. Oba układy są skupiające i ustawione są względem siebie tak, że ognisko obrazowe obiektywu pokrywa się z ogniskiem przedmiotowym okularu. Luneta służy do obserwacji przedmiotów znacznie oddalonych.

Powiększenie wizualne lunety określa wzór:

LUNETA KEPLERA - c.d.

• Obraz w luniecie Keplera jest odwrócony i jeśli chcemy używać jej jako lornetki, musimy zastosować układy pryzmatów odwracających.

• Bieg promieni polowych i aperturowych w lunecie Keplera:

Powiększenie wizualne lunety równe jest stosunkowi średnic źrenic: wejściowej, którą tworzy zwykle przesłona aperturowa, będąca oprawą obiektywu i wyjściowej, którą jest źrenica oka. Wielkość źrenicy oka (2-8 mm) decyduje więc o aperturze i jasności lunety.

LUNETA GALILEUSZA

• Luneta ziemska albo Galileusza daje obraz prosty, jest więc wygodna do obserwacji obiektów innych niż astronomiczne. Okular tej lunety jest układem rozpraszającym. Zachowany zostaje warunek pokrywania się ognisk (obrazowe obiektywu i przedmiotowe okularu) ale ze względu na położenie ogniska przedmiotowego okularu ZA okularem, luneta ta jest też krótsza!

Powiększenie wizualne takiej lunety wynosi:

LUNETA GALILEUSZA - c.d.

• Bieg promieni aperturowych i polowych w lunecie Galileusza:

W lunecie tej nie można ograniczać apertury oprawą obiektywu. Obraz tej oprawy jest urojony i powstaje pomiędzy obiektywem i okularem. Jedynym ograniczeniem jest więc zawsze źrenica oka! Oprawa obiektywu pełni teraz rolę przysłony polowej.

• Ze względów konstrukcyjnych (korekcja aberracji dla układów rozpraszających jest trudniejsza) lunety ziemskie mają zwykle dużo mniejsze powiększenia od astronomicznych.

APARAT FOTOGRAFICZNY

• Aparat fotograficzny służy do odwzorowania przedmiotu na kliszy fotograficznej za pomocą obiektywu. Przedmiot zwykle znajduje się daleko (tzn. odległość przedmiotowa jest dużo mniejsza niż ogniskowa obiektywu) więc obraz powstaje tuż za ogniskiem obrazowym.

• Aperturę obiektywu fotograficznego ogranicza regulowana przesłona irysowa w obiektywie. O polu widzenia decyduje wielkość kliszy.

APARAT FOTOGRAFICZNY

• W procesie rejestracji obrazu ważna jest wielkość oświetlenia w płaszczyźnie kliszy. Oświetlenie to jest proporcjonalne do kwadratu odwrotności liczby otworowej N=f/D:

Odwrotność liczby otworowej nazywana jest otworem względnym (jasnością) i zapisywana w postaci:
.

• Obiektyw fotograficzny powinien charakteryzować się dużym polem widzenia. Ważna jest też tzw. głębia ostrości.

Im krótsza ogniskowa obiektywu, tym większa głębia ostrości.

APARAT PROJEKCYJNY

• Odwzorowuje na ekranie przedmiot, którym może być np. przezrocze.

• Źródło światła odwzorowane jest za pomocą kondensora w płaszczyznę przysłony aperturowej obiektywu (źrenicy wejściowej, która zwykle znajduje się w okolicy obiektywu). Przysłona polowa umieszczona jest w płaszczyźnie przedmiotu a luka wyjściowa znajduje się na ekranie.

• Podobnie jak w przypadku aparatu fotograficznego, ważna jest intensywność oświetlenia w płaszczyźnie obrazu. Zależy ono od apertury obiektywu, luminancji przedmiotu i powiększenia poprzecznego. Aby zwiększyć luminancje przedmiotu stosuje się dodatkowe zwierciadło za włóknem oświetlacza.

1

---