Tema: Upotreba optičkih uređaja u medicini. Optički uređaji

Uvod
Optički uređaji su uređaji u kojima se zračenje bilo kojeg područja spektra (ultraljubičasto, vidljivo, infracrveno) pretvara (prenosi, reflektira, lomi, polarizira). Oni mogu povećati, smanjiti, poboljšati (u rijetkim slučajevima pogoršati) kvalitetu slike, omogućiti indirektno vidjeti željeni objekt.
Termin "optički uređaji" je poseban slučaj više opšti koncept optički sistemi, koji također uključuje biološke organe sposobne za pretvaranje svjetlosnih valova.
Optički instrumenti nam pomažu da istražujemo svijet. Teleskop vam omogućava da otkrijete i ispitate obrise i detalje udaljenih kosmičkih tijela, a mikroskop otkriva tajne naše planete, poput strukture živih stanica.
Naše oči su u suštini optički instrumenti. Kada posmatramo predmet, sistem sočiva koji se nalazi ispred svakog oka formira njegovu sliku na mrežnjači - sloju fundusa koji sadrži približno 125 miliona ćelija osetljivih na svetlost. Svjetlost koja pada na mrežnicu uzrokuje da stanice šalju električni nervni signal u mozak, omogućavajući nam da vizualno percipiramo objekt.
Osim toga, oči imaju sistem za podešavanje svjetline. Pri jakom svjetlu, zjenica se instinktivno sužava, smanjujući svjetlinu slike na prihvatljiv nivo. Pri slabom svjetlu, zjenica se širi, povećavajući svjetlinu slike.
Već su stari Rimljani skrenuli pažnju na "sve veću snagu" posude napunjene vodom. Znali su da se kroz njega na suncu možete opeći, zapaliti vatru, iako voda u njemu ne ključa.
Prije otprilike 400 godina, vješti majstori u Italiji i Holandiji naučili su da prave naočare. Izmislio ih je nepoznati majstor stakla. Italijanski majstori tokom ove ere bili su poznati po umijeću brušenja stakla. Nakon naočala, izumljena su povećala za ispitivanje malih predmeta. Bilo je vrlo zanimljivo i zadivljujuće: odjednom u svim detaljima vidjeti neko zrno prosa ili mušicu!
I pronalazak teleskopa ide u carstvo bajki. Prema jednoj muhamedanskoj legendi, na Aleksandrijskom svjetioniku se nalazilo ogromno ogledalo, uz pomoć kojeg je bilo moguće vidjeti brodove koji plove iz Grčke. Međutim, zbog zakrivljenosti Zemlje, brodovi su bili vidljivi sa ovog svjetionika već prilično daleko od Grčke. Prema ovoj legendi, može se pretpostaviti da je tu korišćena kombinacija velikog konkavnog ogledala sa sočivom.
Ljubitelji optike, marljivo proučavajući slike dobijene uz pomoć ogledala i sočiva, naravno, nisu mogli a da ne naiđu na ideju kombinovanja više ogledala i sočiva kako bi dobili slike. Iz takvih kombinacija postupno su dobiveni cijev i mikroskop. Autorstvo ovih izuma ne pripada jednoj konkretnoj osobi, ali možemo pratiti istoriju njihovog pojavljivanja.
Prvi opis optičkog instrumenta pronađen je u spisima franjevačkog redovnika, Engleza, Rogera Bacona. Ali iz njih možemo samo zaključiti da je Bacon poznavao efekat uvećanja konveksnih sočiva, otkrio da konkavna ogledala fokusiraju paralelne zrake do tačke koja leži između centra i vrha ogledala, predstavljala mogućnost kombinovanja sočiva i ogledala, prosledio je ideju o stvaranju teleskopa i prvi je dao opis 1268
Ostvarujući svoj san da vidite neuhvatljivo oko, italijanski umetnik, naučnik i pronalazač Leonardo da Vinci je 1509. godine dao opis i crtež mjernog nišana s dvije leće, razvio mašine za brušenje sočiva i prvi je grafički konstruirao putanju zraka u sočivima. Njegova optička poboljšanja tada nisu realizovana i ostala su nepoznata.
Italijanski ljekar Fracastoro iz Verone u svom radu, koji se pojavio 1538. godine, tvrdi da se objekti mogu vidjeti mnogo bliže iu uvećanom obliku postavljanjem dva sočiva jedno iznad drugog. Ako "gore" shvatimo doslovno, to znači da je izrazio ideju stvaranja mikroskopa.
piše još preciznije Italijanski pronalazač Giambattista della Porta 1558. godine u svojoj “Prirodnoj magiji”: “Kroz konkavno staklo jasno se vide udaljeni objekti, uz pomoć konveksnih, bliskih. Ako se obje vrste ovih naočara pravilno kombiniraju, onda i bliski i udaljeni objekti izgledaju veći i jasniji. Opseg koji Porta opisuje trebalo je da poveća vrlo malo. Inače bi opisao i neka od otkrića na nebu do kojih bi se moglo doći uz pomoć njegove lule. Ali njegova knjiga, koja je stekla veliku popularnost, doprinijela je činjenici da su se mnogi amateri zainteresirali za ovo pitanje.
Kao rezultat toga, 1608. godine u Holandiji je nekoliko istraživača - Lippershey, J. Metzius, Hans i Zakharia Jansen - gotovo istovremeno podnijelo prijave za patent za pronalazak niskog nišana. Međutim, ovaj izum je bio od vojnog značaja i bio je povjerljiv. Glasina o izumu cijevi, koja vam omogućava da jasno vidite pojedinačne objekte, potaknula je G. Galilea da razmisli o dizajnu takvog uređaja. On je, nezavisno od holandskih naučnika, napravio svoj teleskop 1609. godine i koristio ga za posmatranje na kopnu i na moru, a što je najvažnije, usmeravanjem prema nebu postigao je zapažene rezultate: otkrio je satelite Jupitera, mrlje na Suncu , pojedinačne zvijezde mliječni put itd. Kao rezultat toga, dugo se čast pronalaska teleskopa pripisivala G. Galileju. Danas se optički nišan, koji se ponekad naziva holandski ili galilejski, koristi uglavnom u dvogledima sa malim uvećanjem.
Galileo je bio prvi naučnik koji je ozbiljno shvatio ideju stvaranja optičkih instrumenata. G. Galileo je 1624. godine organizovao radionice za izradu nišana, stvorio mikroskop. Cijevi njegovih uređaja bile su napravljene od papira, nije iznenađujuće da su takvi uređaji brzo propali, leće su ispale i srušile se. Međutim, ovi uređaji su bili veoma popularni, jer je G. Galileo za kratko vreme postao dobavljač optičkih uređaja za poznate evropske dvorove.
A moderni opservatori za astronomska i zemaljska posmatranja obično se grade prema shemi I. Keplera. Godine 1611. I. Kepler je predložio niskogled, koji se sastojao od dva konveksna sočiva. Jedan od njih daje pravu sliku objekta. Ova slika je uvećana drugim objektivom. Rezultirajuća slika je suprotna. Stoga je takav teleskop nepogodan za gledanje zemaljskih objekata.
Drugi oblik lule predložio je 1645. kapucinski monah Širl iz Češke. Ova lula je imala prednost u odnosu na I. Keplerovu cev, jer. zahvaljujući dodavanju dva unutrašnja sočiva koja okreću sliku, postala je zgodna za posmatranja sa zemlje. Širl je prvi koji je sočivo okrenuto prema objektu nazvao objektivom, a okrenuto prema oku - okularom.
Anthony van Leeuwenhoek, holandski prirodnjak, naučio je kako napraviti sočiva sa povećanjem od 150-300 puta. Koristio ih je u mikroskopu. Godine 1673. Leeuwenhoek je prvi uočio i nacrtao mikroorganizme u kapi vode, kapilarne žile u repu punoglavca, crvena krvna zrnca i stotine drugih nevjerovatnih stvari za koje niko nije sumnjao.
Pogledajmo izbliza opšte karakteristike optički instrumenti i postojeći optički instrumenti.

1. Optički uređaji: opće karakteristike
Optički uređaji su uređaji u kojima se zračenje bilo kojeg područja spektra (ultraljubičasto, vidljivo, infracrveno) pretvara (prenosi, reflektira, lomi, polarizira). Odajem počast istorijska tradicija, optički uređaji se obično nazivaju uređajima koji rade u vidljivo svetlo. Prilikom početne procene kvaliteta uređaja uzimaju se u obzir samo njegove glavne karakteristike: sposobnost koncentracije zračenja - osvetljenost; sposobnost razlikovanja susjednih detalja slike - moć razlučivanja; omjer veličine objekta i njegove slike je povećanje. Za mnoge uređaje, definišuća karakteristika je vidno polje - ugao pod kojim su ekstremne tačke objekta vidljive iz središta uređaja.
Resoluciona moć.
Sposobnost uređaja da razlikuje dvije bliske tačke ili linije je zbog talasne prirode svjetlosti. Numerička vrijednost moći razlučivanja, na primjer, sistema sočiva, zavisi od sposobnosti dizajnera da se nosi sa aberacijama sočiva i pažljivo centrira ova sočiva na istoj optičkoj osi. Teorijski pr......

Književnost
1. Born M., Wolf E. Osnove optike. M., 2010
2. Efremov A.A. i drugo Montaža optičkih uređaja. M., 2008
3. Priručnik projektanta optičko-mehaničkih uređaja. L., 1990
4. Kulagin S.V. Osnove projektovanja optičkih uređaja. SPb., 2002
5. Pogarev G.V. Podešavanje optičkih instrumenata. SPb., 2002

Da bi se odabrao optički uređaj za posmatranje i potom ga pravilno koristio u vršenju opservacija, prije svega je potrebno poznavati konstrukciju uređaja, njegove tehničke i operativne karakteristike.
Stoga ćemo se ovdje upoznati sa namjenom, karakteristikama dizajna i radom glavnih tipova modernih optičkih uređaja za promatranje: dvogleda s prizmom, monokula s prizmom, raznih teleskopa, teleskopskih povećala itd.

1.1. VRSTE OPTIČKIH INSTRUMENTA ZA POSMATRAĆE I NJIHOVA NAMENA

Moderna optička oprema je raznolika po svom sastavu i namjeni. Među njima se može izdvojiti grupa uređaja, koji se mogu definirati kao uređaji za promatranje dizajnirani za promatranje udaljenih objekata.
Ovi uređaji uključuju teleskope, stereoskope, spotnige, dvoglede s prizmama, monokule s prizmama, teleskopska povećala i niz drugih uređaja.
Najčešći i najprikladniji uređaj za posmatranje je moderni dvogled s prizmom.
Veliki izbor razni modeli dvogled, koji se razlikuje po uvećanju, osvjetljenju, ukupnim dimenzijama i težini, visokoj rezoluciji, mogućnosti dobivanja trodimenzionalne slike promatranog objekta - sve to vam omogućava da koristite dvogled u najrazličitijim uvjetima posmatranja, da odaberete uređaj koji najbolje odgovara specifičnim uslovima rada.

Stručnjaci naširoko koriste i monokul s prizmom, koji je po dizajnu polovica dvogleda s prizmom i po svim optičkim karakteristikama, s izuzetkom plastike, sličan je dvogledu, ali manji po težini i ukupnim dimenzijama i, shodno tome, jeftinije.
Uslovi za njegovu upotrebu su skoro isti kao i za dvogled.

Prilično uobičajen uređaj za posmatranje je i nišan. Za razliku od dvogleda i monokula sa prizmom, cijev, pri istim uvećanjima, obično ima manji ugao vidnog polja, manji omjer otvora blende i veću dužinu u radnom položaju. Po težini i ukupnim dimenzijama u sklopljenom položaju, cijev se približava monokulu u skladu sa svojim uvećanjem, ali je u poređenju sa njim manje zgodna za rad.

Teleskopsko povećalo je posebna vrsta monokula s prizmom i koristi se za promatranje malih objekata relativno blizine. U odnosu na dvogled ili monokul, ovo je specijalizovaniji uređaj za optičko posmatranje, koji se uglavnom koristi u istraživačkom radu iu praksi posmatranja od strane ljubitelja prirode.

Očigledno je da je poznavanje uređaja i glavnih tehničkih i operativnih karakteristika optičkih uređaja za posmatranje, njihovih mogućnosti i radnih karakteristika apsolutno neophodno za pravilan izbor uređaja koji je najpogodniji za ove specifične uslove njegove upotrebe. Osim toga, poznavanje uređaja uređaja za promatranje, s parametrima i karakteristikama rada omogućit će vam da ga efikasno koristite u budućnosti, značajno produžujući vijek trajanja.

Optički instrumenti nam pomažu da istražimo svijet oko nas. Teleskop vam omogućava da otkrijete i ispitate obrise i detalje udaljenih kosmičkih tijela, a mikroskop otkriva tajne naše planete, poput strukture živih stanica.

Naše oči su u suštini optički instrumenti. Kada posmatramo predmet, sistem sočiva koji se nalazi ispred svakog oka formira njegovu sliku na mrežnjači - sloju fundusa koji sadrži približno 125 miliona ćelija osetljivih na svetlost. Svjetlost koja pada na mrežnicu uzrokuje da stanice šalju električni nervni signal u mozak, omogućavajući nam da vizualno percipiramo objekt.

Osim toga, oči imaju sistem za podešavanje svjetline. Pri jakom svjetlu, zjenica se instinktivno sužava, smanjujući svjetlinu slike na prihvatljiv nivo. Pri slabom svjetlu, zjenica se širi, povećavajući svjetlinu slike.

Kako radi sočivo

Sistem sočiva oka sastoji se od konveksnog sočiva sočiva i zakrivljene membrane ispred nje ispunjene tečnošću, koja se naziva rožnjača. Rožnjača pruža četiri petine cjelokupnog procesa fokusiranja. Fino podešavanje se vrši pomoću sočiva, čija se zakrivljenost površine mijenja mišićnim prstenom (kapsulom) koji se nalazi oko njega. Kada oko ne može poprimiti potreban oblik, obično zbog poremećaja u tim mišićima, slike vidljivih objekata postaju mutne.

Najčešće oštećenje vida je nemogućnost fokusiranja na retinu slike. pojedinačnih predmeta. Ako je sistem sočiva oka prejak, drugim riječima, ako je vrlo konveksan, tada će se udaljeni objekti zamutiti, a bliski će dati jasne slike. Osobe s ovim poremećajem nazivaju se kratkovidi. Ako je konveksnost sočiva nedovoljna, tada će se bliski objekti zamutiti, a slike udaljenih objekata će ostati jasne. Oni sa ovom vizijom nazivaju se dalekovidi. Oba poremećaja mogu se ispraviti korištenjem naočala ili kontaktnih sočiva. Kratkovidni ljudi nose naočare sa konkavnim sočivima (tanji u sredini) koje omogućavaju njihovim očima da se fokusiraju na udaljene predmete. Dalekovidi ljudi nose naočare sa konveksnim staklima (debele u sredini).

Povećati

Jaka konveksna sočiva se često koriste kao lupa. Prvi uređaji za uvećanje korišteni su prije otprilike 2000 godina. Starogrčki i rimski dokumenti opisuju kako se okrugla staklena posuda napunjena vodom može koristiti za povećanje predmeta. Sočiva napravljena u potpunosti od stakla pojavila su se mnogo kasnije i verovatno su ih prvi put koristili u 11. veku monasi koji su radili na rukopisima. Krajem trinaestog veka lupe sa blagim povećanjem već se koriste u naočalama za korekciju dalekovidnosti. Ali tehnika izrade konkavnih sočiva za ispravljanje miopije nije izmišljena sve do ranog 15. veka.

teleskopi

Kada su se pojavile lupe, ljudi su prirodno pokušali da koriste dva takva stakla umesto jedne kako bi dobili još veće uvećanje. Eksperimentalno je utvrđeno da se na određenoj udaljenosti između sočiva, udaljeni objekt može vidjeti sa značajnim povećanjem. Ovakav raspored sočiva poslužio je kao osnova za stvaranje prvog teleskopa, koji se u to vrijeme zvao spoting scope. Izum ovog uređaja se ponekad pripisuje engleskom filozofu i prirodoslovcu Rogeru Baconu koji je živio u 13. stoljeću. Ali možda palma pripada arapskim naučnicima.

Galilejev refraktor

Niska, koju je 1608. godine kreirao holandski optičar Hans Lippershey, privukao je pažnju italijanskog naučnika Galilea. Za kratko vrijeme, naučnik je poboljšao Lippersheyjev dizajn i stvorio nekoliko cijevi s poboljšanim karakteristikama. Uz njihovu pomoć, napravio je niz otkrića, uključujući planine i doline na Mjesecu, kao i četiri Jupiterova satelita.

Galilejeva otkrića pokazala su važnost teleskopa, a tip instrumenta koji je koristio postao je poznat kao Galilejev teleskop. Konveksno sočivo njegovog objektiva sakupljalo je svetlost posmatranog objekta. A konkavna leća okulara odbijala je svjetlosne zrake na takav način da su stvarale uvećanu direktnu sliku. Objektivi su montirani u cijevi, od kojih je jedna (manjeg prečnika) klizila unutar druge. Ovo je omogućilo podešavanje udaljenosti između sočiva, uz dobijanje jasne slike.

Galileov teleskop radi na principu prelamanja (skretanja) svjetlosti i stoga je poznat i kao refraktorski teleskop. Drugi tip refraktorskog teleskopa karakterizira konveksnost oba sočiva. Ovaj dizajn stvara uvećanu, ali obrnutu sliku i poznat je kao astronomski teleskop.

Newtonov reflektor

Jedan od glavnih problema s ranim teleskopima s prelamanjem bio je defekt sočiva nazvan kromatska aberacija koja je uzrokovala neželjene oreole u boji oko slika. Za otklanjanje ovog nedostatka, engleski naučnik Isaac Newton je dizajnirao reflektirajući teleskop 1660-ih godina. Za koncentriranje svjetlosnih zraka i stvaranje slike, umjesto objektivnog sočiva koristi se konkavno ogledalo koje ne stvara oreole u boji. Ravno ogledalo reflektira svjetlost u konveksno sočivo okulara postavljeno sa strane glavne cijevi. Instrument ovog tipa poznat je kao Njutnov teleskop.

mikroskopi

Lupa se ponekad naziva jednostavan mikroskop, budući da se koristi pri posmatranju malih objekata.

Složeni mikroskop se sastoji od dva konveksna sočiva. Objektiv stvara uvećanu sliku, koja se zatim ponovo uvećava sočivom okulara. Kao i kod astronomskog teleskopa, ova slika je obrnuta. Mnogi složeni mikroskopi imaju set objektiva sa različitim stepenom uvećanja.

Optički instrumenti otvorili su čovjeku dva polarna svijeta u smislu razmjera - kosmički sa svojim ogromnim obimima i mikroskopski, nastanjen najsitnijim organizmima. TV Broadcast, demonstracija filma, brzo snimanje terena, precizno mjerenje udaljenosti i brzina mogući su samo uz korištenje optičkih instrumenata.

Najčešći uređaji koji formiraju slike. To su teleskop i dvogled, mikroskop i lupa, kamera i dijaprojektor... Projekcioni aparat je jedan od najkarakterističnijih uređaja koji formiraju sliku (sl. 1). Ako je projektor prilagođen za prikazivanje filma, naziva se filmska kamera. Ako se koristi za demonstraciju folija, onda je ovo dijaprojektor. U dijaprojektoru se prozirna fotografija - slajd D, osvijetljen svjetlošću kondenzatora K, postavlja blizu žižne ravni sočiva tako da se na ekranu dobije jasna slika. Veličina slike zavisi od udaljenosti projektora od ekrana. Prilikom promjene ove udaljenosti potrebno je promijeniti položaj sočiva u odnosu na prozirne folije. Ako umjesto ekrana stavite osvijetljeni objekt, on će biti prikazan na mjestu prozirnih folija. Sada, ako stavite film umjesto folije i uklonite kondenzator, dobit ćete krug kamere.

Optička shema ljudskog oka također podsjeća na kameru. Oko formira sliku na svojoj mrežnjači. Veličina slike objekta na mrežnjači zavisi od ugla pod kojim ga vidimo. Dakle, ugaoni prečnik Sunca je 32′. Ovaj ugao određuje veličinu slike Sunca na mrežnjači. Kada se dvije krajnje tačke objekta vide pod uglom manjim od 1′, one se spajaju na mrežnjači i objekat se posmatraču čini kao tačka. U ovom slučaju kažemo da rezolucija oka ne prelazi jednu lučnu minutu.

Teleskop omogućava povećanje ugla pod kojim je udaljeni objekt vidljiv. Prvi teleskop nastao je početkom 17. vijeka. G. Galileo. Hajde da opišemo putanju zraka iz udaljenog objekta u modernom optiku. Od ekstremne tačke objekta, paralelne zrake padaju na sočivo i ocrtavaju konturu objekta u fokalnoj ravni. Kroz okular se slika gleda pod uglom φ u većim od φ n , pod kojim je predmet vidljiv golim okom. Kutno povećanje teleskopa φ u / φ n = γ 1 / γ 2 . Optička šema prikazana na sl. 2 je dijagram refraktora - teleskopa sa objektivom. Teleskop sa zrcalnim sočivom naziva se reflektor ili reflektirajući teleskop. Prvi reflektor sagradio je I. Newton 1668. (sl. 3).

Teleskop sa prečnikom sočiva D omogućava vam da posmatrate objekte ili tačke objekta koji se nalaze na ugaonoj udaljenosti od 1,22λ / D = 140″ / D, ako pretpostavimo da je talasna dužina svetlosti koju emituje objekat λ = 0,5 μm. Ispada da što je veći prečnik teleskopa, to više sitni dijelovi objekt se može razlikovati uz njegovu pomoć. Za najveće refraktore prečnik sočiva ne prelazi 1 m. Tehnički je lakše napraviti ogledalo velikog prečnika i napraviti reflektor.

Ogroman teleskop sa ogledalom od 6 metara izgrađen je u SSSR-u. Dugo je ostao najveći na svijetu. Namijenjen je za posmatranje promjenjivih galaksija, pulsara, kvazara i drugih svemirskih objekata.

Da biste posmatrali mali predmet pod velikim uglom, približite ga oku što je više moguće. Međutim, očna leća jasno prikazuje objekt na mrežnjači ako je postavljena ne bliže od 10 cm od oka. Na manjim udaljenostima, maksimalna zakrivljenost sočiva je nedovoljna za dobijanje jasne slike na mrežnjači. Zbog toga se vrlo mali predmeti ispituju kroz lupu ili mikroskop - uređaje koji povećavaju ugao pod kojim je predmet vidljiv. Povećala izmišljena u 17. veku holandski prirodnjak A. Leeuwenhoek, otkrivač svijeta mikroorganizama, dao je povećanje od 300 puta. Šema mikroskopa je poboljšana 1660-ih. Engleski naučnik R. Hooke. Ali sve do 20-ih. 19. vijek mikroskopi nisu mogli da se takmiče sa veoma dobrim lupama. Napredak je postignut kroz razvoj složenih sočiva sa više sočiva. Minimalne dimenzije objekta, vidljivog u mikroskopu, određuju se ovisnošću: d = 0,5λ / A. Ovdje je A konstanta jednaka približno 1. Za zeleno svjetlo, d = 0,3 µm. Da bi se objekat vidio pod uglom od 1′, dovoljno je povećanje od 1000 puta.

Spektralni optički instrumenti su dizajnirani da proučavaju spektralni sastav svjetlosti. Oni igraju važnu ulogu u razvoju nauke i koriste se kako za proučavanje procesa koji se dešavaju u mikrokosmosu, tako i za primenjene svrhe. Na primjer, uz pomoć moderne spektralne opreme može se procijeniti oblik atomskog jezgra i izvršiti tačna elementarna analiza tvari. Primer spektralnog instrumenta je spektroskop (slika 4), u kojem se emisioni spektar može vizuelno posmatrati. Glavni dio spektroskopa je prizma ili difrakciona rešetka. Sočivo prikuplja proučavano zračenje na prorezu kolimatora - uređaja koji formira svjetlosni snop male divergencije - "paralelni" snop. Nakon prolaska kroz prizmu, takav snop se pretvara u n snopova koji putuju pod različitim uglovima, ako se zračenje sastoji od elektromagnetnih talasa sa dužinama λ 1 , λ 2 , …,λ n . Objektiv L 2 na ekranu će dati n slika proreza A, koji formiraju spektar. Kada je potrebno proučavati "skoro" monokromatsko zračenje, na primjer, spektralni sastav jedne linije, instrument visoke rezolucije se ugrađuje u seriju sa instrumentom sa spektroskopskom prizmom. Bez prethodnog razlaganja svjetlosnih uređaja visoka rezolucija ne mogu se koristiti, jer mogu raditi samo u vrlo uskom rasponu valnih dužina.

Stvaranje lasera otvorilo je nove puteve u optičkoj instrumentaciji. Savremeni laserski žiroskopi su sposobni da rade pod velikim mehaničkim preopterećenjima, mogu se ugraditi na rakete, svemirski brodovi. Izgrađeni su laserski magnetometri za mjerenje slabih magnetnih polja i uređaji za mjerenje brzine i raspodjele čestica po veličini. Laserski optički radari se uspješno koriste u različite svrhe (slika 5). visoka svjetlina lasersko zračenje omogućava prenošenje na velike udaljenosti, a kratko trajanje laserskog impulsa pruža izuzetnu preciznost mjerenja udaljenosti. Zanimljiv je laserski mjerač brzine (slika 6). Odbijena od čestice koja se kreće, lasersko svjetlo će promijeniti svoju frekvenciju oscilovanja. Pri normalnim brzinama ova promjena zbog Doplerovog efekta je zanemarljiva. Pa ipak, zbog visoke fazne stabilnosti i monokromatičnosti laserske svjetlosti, ona se može mjeriti, a izmjerena vrijednost se može koristiti za određivanje brzine čestice, na primjer, tekućine koja se kreće u turbulentnom toku (vidi Turbulencija).

Fizičari i inženjeri razvijaju optički računar. Njegov projektni kapacitet je desetine puta veći od kapaciteta trenutno postojećih "najbržih" računara. Osnova takve mašine će biti laserski uređaji. A njena memorija će biti optička, zasnovana na snimanju holografskih podataka (vidi Holografija). Uz pomoć holografske optike danas se izvode složeni matematički proračuni, diferenciranje funkcija, integralne operacije, rješavaju se najsloženije jednadžbe. optički elementi - komponenta dizajna mnogih uređaja. Dakle, kontrolirana optička prozirnost omogućava da se slika dobije uz pomoć slike koju oko ne percipira elektromagnetno zračenje, pretvoriti u vidljivo zračenje. Optički uređaji na bazi optičkih vlakana omogućavaju pregled unutrašnjih organa osobe i sprječavanje ozbiljnih bolesti.

Dakle, savremeni optički instrumenti su apsolutno neophodni i široko se koriste u mnogim granama nacionalne privrede, u naučnim istraživanjima.

Optički instrumenti nam pomažu da istražimo svijet oko nas. Teleskop vam omogućava da otkrijete i ispitate obrise i detalje udaljenih kosmičkih tijela, a mikroskop otkriva tajne naše planete, poput strukture živih stanica.

Naše oči su u suštini optički instrumenti. Kada posmatramo predmet, sistem sočiva koji se nalazi ispred svakog oka formira njegovu sliku na mrežnjači - sloju fundusa koji sadrži približno 125 miliona ćelija osetljivih na svetlost. Svjetlost koja pada na mrežnicu uzrokuje da stanice šalju električni nervni signal u mozak, omogućavajući nam da vizualno percipiramo objekt.

Osim toga, oči imaju sistem za podešavanje svjetline. Pri jakom svjetlu, zjenica se instinktivno sužava, smanjujući svjetlinu slike na prihvatljiv nivo. Pri slabom svjetlu, zjenica se širi, povećavajući svjetlinu slike.

Kako radi sočivo

Sistem sočiva oka sastoji se od konveksnog sočiva sočiva i zakrivljene membrane ispred nje ispunjene tečnošću, koja se naziva rožnjača. Rožnjača pruža četiri petine cjelokupnog procesa fokusiranja. Fino podešavanje se vrši pomoću sočiva, čija se zakrivljenost površine mijenja mišićnim prstenom (kapsulom) koji se nalazi oko njega. Kada oko ne može poprimiti potreban oblik, obično zbog poremećaja u tim mišićima, slike vidljivih objekata postaju mutne.

Najčešće oštećenje vida je nemogućnost fokusiranja slika pojedinačnih objekata na mrežnjaču. Ako je sistem sočiva oka prejak, drugim riječima, ako je vrlo konveksan, tada će se udaljeni objekti zamutiti, a bliski će dati jasne slike. Osobe s ovim poremećajem nazivaju se kratkovidi. Ako je konveksnost sočiva nedovoljna, tada će se bliski objekti zamutiti, a slike udaljenih objekata će ostati jasne. Oni sa ovom vizijom nazivaju se dalekovidi. Oba poremećaja mogu se ispraviti korištenjem naočala ili kontaktnih sočiva. Kratkovidni ljudi nose naočare sa konkavnim sočivima (tanji u sredini) koje omogućavaju njihovim očima da se fokusiraju na udaljene predmete. Dalekovidi ljudi nose naočare sa konveksnim staklima (debele u sredini).

Povećati

Jaka konveksna sočiva se često koriste kao lupa. Prvi uređaji za uvećanje korišteni su prije otprilike 2000 godina. Starogrčki i rimski dokumenti opisuju kako se okrugla staklena posuda napunjena vodom može koristiti za povećanje predmeta. Sočiva napravljena u potpunosti od stakla pojavila su se mnogo kasnije i verovatno su ih prvi put koristili u 11. veku monasi koji su radili na rukopisima. Krajem 13. vijeka u naočarima su se već koristile lupe sa malim uvećanjem za korekciju dalekovidosti. Ali tehnika izrade konkavnih sočiva za ispravljanje miopije nije izmišljena sve do ranog 15. veka.

teleskopi

Kada su se pojavile lupe, ljudi su prirodno pokušali da koriste dva takva stakla umesto jedne kako bi dobili još veće uvećanje. Eksperimentalno je utvrđeno da se na određenoj udaljenosti između sočiva, udaljeni objekt može vidjeti sa značajnim povećanjem. Ovakav raspored sočiva poslužio je kao osnova za stvaranje prvog teleskopa, koji se u to vrijeme zvao spoting scope. Izum ovog uređaja se ponekad pripisuje engleskom filozofu i prirodoslovcu Rogeru Baconu koji je živio u 13. stoljeću. Ali možda palma pripada arapskim naučnicima.

Galilejev refraktor

Niska, koju je 1608. godine kreirao holandski optičar Hans Lippershey, privukao je pažnju italijanskog naučnika Galilea. Za kratko vrijeme, naučnik je poboljšao Lippersheyjev dizajn i stvorio nekoliko cijevi s poboljšanim karakteristikama. Uz njihovu pomoć, napravio je niz otkrića, uključujući planine i doline na Mjesecu, kao i četiri Jupiterova satelita.

Galilejeva otkrića pokazala su važnost teleskopa, a tip instrumenta koji je koristio postao je poznat kao Galilejev teleskop. Konveksno sočivo njegovog objektiva sakupljalo je svetlost posmatranog objekta. A konkavna leća okulara odbijala je svjetlosne zrake na takav način da su stvarale uvećanu direktnu sliku. Objektivi su montirani u cijevi, od kojih je jedna (manjeg prečnika) klizila unutar druge. Ovo je omogućilo podešavanje udaljenosti između sočiva, uz dobijanje jasne slike.

Galileov teleskop radi na principu prelamanja (skretanja) svjetlosti i stoga je poznat i kao refraktorski teleskop. Drugi tip refraktorskog teleskopa karakterizira konveksnost oba sočiva. Ovaj dizajn stvara uvećanu, ali obrnutu sliku i poznat je kao astronomski teleskop.

Newtonov reflektor

Jedan od glavnih problema s ranim teleskopima s prelamanjem bio je defekt sočiva nazvan kromatska aberacija koja je uzrokovala neželjene oreole u boji oko slika. Kako bi otklonio ovaj nedostatak, engleski naučnik Isaac Newton dizajnirao je reflektirajući teleskop 1660-ih godina. Za koncentriranje svjetlosnih zraka i stvaranje slike, umjesto objektivnog sočiva koristi se konkavno ogledalo koje ne stvara oreole u boji. Ravno ogledalo reflektira svjetlost u konveksno sočivo okulara postavljeno sa strane glavne cijevi. Instrument ovog tipa poznat je kao Njutnov teleskop.

mikroskopi

Povećalo se ponekad naziva jednostavnim mikroskopom jer se koristi za posmatranje malih objekata.

Složeni mikroskop se sastoji od dva konveksna sočiva. Objektiv stvara uvećanu sliku, koja se zatim ponovo uvećava sočivom okulara. Kao i kod astronomskog teleskopa, ova slika je obrnuta. Mnogi složeni mikroskopi imaju set objektiva sa različitim stepenom uvećanja.