Jednostavni optički uređaji.

povećalo

Jedan od najjednostavnijih optički uređaji je povećalo - konvergentno sočivo dizajnirano za gledanje uvećanih slika malih objekata. Sočivo se približava samom oku, a predmet se postavlja između sočiva i glavnog fokusa. Oko će vidjeti virtuelnu i uvećanu sliku objekta. Najpogodnije je predmet pregledati kroz lupu potpuno opuštenim okom, akomodiranim do beskonačnosti. Da bi se to postiglo, predmet se postavlja u glavnu žarišnu ravan sočiva tako da zrake koje izlaze iz svake tačke objekta formiraju paralelne zrake iza sočiva. Na slici su prikazane dvije takve grede koje dolaze sa rubova objekta. Ulazeći u oko akomodirano do beskonačnosti, snopovi paralelnih zraka fokusiraju se na retinu i daju jasnu sliku objekta ovdje.

Najjednostavniji instrument za vizuelno posmatranje je lupa. Lupa je konvergentno sočivo sa kratkom žižnom daljinom. Lupa je postavljena blizu oka, a predmet koji se razmatra je u njegovoj fokalnoj ravni. Predmet se vidi kroz lupu pod uglom.

gdje je h veličina stavke. Kada se isti predmet posmatra golim okom, treba ga postaviti na udaljenosti od najboljeg vida normalnog oka. Predmet će biti vidljiv pod uglom

Iz toga slijedi da je uvećanje lupe

Objektiv sa žižnom daljinom od 10 cm daje uvećanje od 2,5 puta.

Slika 3. 1 Akcija lupe: a - objekat se posmatra golim okom sa udaljenosti najboljeg vida; b - predmet se posmatra kroz lupu sa žižnom daljinom F.

Kutno uvećanje

Oko je vrlo blizu sočiva, tako da se ugao gledanja može uzeti kao ugao 2β koji formiraju zraci koji dolaze sa ivica predmeta kroz optički centar sočiva. Da ne postoji lupa, morali bismo objekt postaviti na udaljenosti najboljeg vida (25 cm) od oka i ugao gledanja bi bio 2γ. Uzimajući u obzir pravokutne trokute sa katetama 25 cm i F cm i koji označavaju polovinu objekta Z, možemo napisati:

(3.4)

2β - ugao gledanja, gledano kroz lupu;

2γ - ugao gledanja, kada se gleda golim okom;

F - udaljenost od objekta do lupe;

Z je polovina dužine predmetnog predmeta.

S obzirom da se obično gleda kroz lupu sitni dijelovi(i stoga su uglovi γ i β mali), tangente se mogu zamijeniti uglovima. Tako dobijamo sledeći izraz za uvećanje lupe:

Dakle, uvećanje lupe je proporcionalno, odnosno njegovoj optičkoj snazi.

3.2 Mikroskop .

Mikroskop se koristi za dobijanje velikih uvećanja pri posmatranju malih objekata. Uvećana slika objekta u mikroskopu se dobija pomoću optički sistem, koji se sastoji od dva kratkofokusna sočiva - objektiva O1 i okulara O2 (slika 3.2). Objektiv će dati pravu obrnutu uvećanu sliku subjekta. Ovu međusliku oko gleda kroz okular, čiji je rad sličan lupi. Okular je postavljen tako da je srednja slika u svojoj fokalnoj ravni; u ovom slučaju, zraci iz svake tačke objekta šire se iza okulara u paralelnom snopu.

Zamišljena slika objekta gledanog kroz okular uvijek je okrenuta naopako. Ako se pokaže da je nezgodno (na primjer, prilikom čitanja sitnim slovima), možete okrenuti sam predmet ispred sočiva. Stoga se kutno povećanje mikroskopa smatra pozitivnom vrijednošću.

Kako slijedi iz Sl. 3.2, ugao gledanja φ objekta gledanog kroz okular u aproksimaciji malog ugla

Približno možemo staviti d ≈ F1 i f ≈ l, gdje je l udaljenost između objektiva i okulara mikroskopa („dužina cijevi“). Kada se isti objekat posmatra golim okom

Kao rezultat, formula za ugaono povećanje γ mikroskopa postaje

Dobar mikroskop može povećati nekoliko stotina puta. Pri velikim uvećanjima počinju se pojavljivati ​​fenomeni difrakcije.

U stvarnim mikroskopima, objektiv i okular su složeni optički sistemi u kojima se eliminišu različite aberacije.

Teleskop

Teleskopi (ogledi) su dizajnirani za posmatranje udaljenih objekata. Sastoje se od dva sočiva - konvergentne leće velike žižne daljine okrenute prema objektu (objektiv) i sočiva sa kratkom žižnom daljinom (okular) okrenute prema posmatraču. Nitiri su dvije vrste:

1) Keplerov teleskop dizajniran za astronomska posmatranja. Daje uvećane obrnute slike udaljenih objekata i stoga je nezgodna za zemaljska posmatranja.

2) Galileov spoting scope, namijenjen za zemaljska posmatranja, koji daje uvećane direktne slike. Okular u Galilejevoj cijevi je divergentno sočivo.

Na sl. 15 prikazuje tok zraka u astronomskom teleskopu. Pretpostavlja se da je oko posmatrača akomodirano do beskonačnosti, pa zraci iz svake tačke udaljenog objekta izlaze iz okulara u paralelnom snopu. Ovaj tok zraka naziva se teleskopski. U astronomskoj cijevi, putanja teleskopskih zraka se postiže pod uvjetom da je udaljenost između objektiva i okulara jednaka zbroju njihovih žarišnih daljina.

Opterećan (teleskop) obično karakteriše ugaono povećanje γ. Za razliku od mikroskopa, objekti koji se posmatraju kroz teleskop uvijek se uklanjaju od posmatrača. Ako je udaljeni objekt vidljiv golim okom pod uglom ψ, a gledan kroz teleskop pod uglom φ, tada se ugaono povećanje naziva omjerom

Ugaonom povećanju γ, kao i linearnom povećanju Γ, može se dodijeliti predznak plus ili minus, ovisno o tome da li je slika uspravna ili obrnuta. Ugaono povećanje Keplerove astronomske cijevi je negativno, dok je Galilejeve zemaljske cijevi pozitivno.

Ugaono uvećanje teleskopa izražava se kroz žižne daljine:

Sferna ogledala se ne koriste kao sočiva u velikim astronomskim teleskopima. Takvi teleskopi se nazivaju reflektori. Dobro ogledalo je lakše napraviti, a ogledala ne pate od hromatskih aberacija kao sočiva.

U Rusiji je izgrađen najveći teleskop na svetu sa prečnikom ogledala od 6 m. Treba imati na umu da su veliki astronomski teleskopi dizajnirani ne samo da povećavaju ugaone udaljenosti između posmatranih svemirskih objekata, već i da povećaju protok svetlosti energije iz slabo blistavih objekata.

Analizirajmo shemu i princip rada nekih rasprostranjenih optičkih uređaja.

Kamera

Kamera je uređaj čiji je najvažniji dio kolektivni sistem sočiva - objektiv. U običnoj amaterskoj fotografiji, subjekt se nalazi iza dvostruke žižne daljine, pa će slika biti između fokusa i dvostruke žižne daljine, realna, smanjena, obrnuta (slika 16).

Na mjesto ove slike stavlja se fotografski film ili fotografska ploča (prevučena emulzijom osjetljivom na svjetlost koja sadrži srebro-bromid), sočivo se otvara na neko vrijeme - film se eksponira. Na njemu se pojavljuje skrivena slika. Ulaskom u posebnu otopinu - razvijač, "izloženi" molekuli srebrnog bromida se razgrađuju, brom se odvodi u otopinu, a srebro se oslobađa u obliku tamnog premaza na osvijetljenim dijelovima ploče ili filma; što više svjetlosti pogodi određeno područje filma tokom ekspozicije, to će postati tamnije. Nakon razvijanja i pranja, slika se mora fiksirati, za šta se stavlja u otopinu - fiksator, u kojem se neeksponirani srebro bromid otapa i odvodi od negativa. Ispada slika onoga što je bilo ispred objektiva, s preuređivanjem nijansi - svijetli dijelovi su postali tamni i obrnuto (negativni).

Da bi se dobila fotografija – pozitivna – potrebno je neko vrijeme kroz negativ osvjetljavati fotografski papir obložen istim srebrnim bromidom. Nakon njegove manifestacije i konsolidacije, iz negativa će se dobiti negativ, odnosno pozitiv, u kojem će svijetli i tamni dijelovi odgovarati svijetlim i tamnim dijelovima predmeta.

Da biste dobili sliku visokog kvaliteta veliki značaj ima fokusiranje - spajanje slike i filma ili ploče. Da bi to učinili, stare kamere su imale pomični stražnji zid, umjesto fotoosjetljive ploče, umetnuta je ploča od mat stakla; pomeranje poslednjeg, montiranog na oko oštra slika. Zatim je staklena ploča zamijenjena fotoosjetljivom i napravljene su fotografije.

U modernim fotoaparatima za fokusiranje koristi se objektiv koji se uvlači, povezan s daljinomjerom. U ovom slučaju, sve količine uključene u formulu sočiva ostaju nepromijenjene, udaljenost između sočiva i filma se mijenja dok se ne poklopi sa f. Da bi se povećala dubina polja - udaljenosti duž glavne optičke ose na kojima su objekti oštro prikazani - sočivo se otvara, odnosno smanjuje mu se otvor blende. Ali to smanjuje količinu svjetlosti koja ulazi u aparat i povećava potrebno vrijeme ekspozicije.

Osvetljenje slike kojoj je sočivo izvor svetlosti direktno je proporcionalno njenoj površini otvora blende, koja je, pak, proporcionalna kvadratu prečnika d2. Osvetljenje je takođe obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti od izvora do slike, u našem slučaju, skoro kvadratu žižne daljine F. Dakle, osvetljenje je proporcionalno ulomku, koji se naziva otvor blende sočiva . Kvadratni korijen omjera blende naziva se relativni otvor blende i obično se označava na sočivu u obliku natpisa: . Moderni fotoaparati opremljeni su brojnim uređajima koji olakšavaju rad fotografa i proširuju njegove mogućnosti (autostart, set objektiva s različitim žarišnim duljinama, mjerači ekspozicije, uključujući automatsko, automatsko ili poluautomatsko fokusiranje, itd.). Fotografija u boji je široko rasprostranjena. U procesu savladavanja - trodimenzionalna fotografija.

Oko

Ljudsko oko sa optičke tačke gledišta je ista kamera. Ista (prava, reducirana, obrnuta) slika se stvara na stražnjem zidu oka - na svjetlo osjetljivoj žutoj mrlji, u kojoj su koncentrirani posebni završeci vidnih živaca - čunjići i štapići. Njihova iritacija svjetlom prenosi se na živce u mozgu i uzrokuje osjećaj vida. Oko ima sočivo - sočivo, dijafragmu - zjenicu, čak i poklopac sočiva - kapak. Na mnogo načina, oko je superiornije od današnjih kamera. Automatski se fokusira - mjerenjem zakrivljenosti sočiva pod djelovanjem očnih mišića, odnosno promjenom žižne daljine. Automatski dijafragmirani - suženjem zjenice pri prelasku iz mračne prostorije u svijetlu. Oko daje slika u boji, "sjeća se" vizuelne slike. Općenito, biolozi i liječnici su došli do zaključka da je oko dio mozga koji je smješten na periferiji.

Vid sa dva oka omogućava vam da vidite predmet pomoću različite strane, odnosno ostvariti trodimenzionalnu viziju. Eksperimentalno je dokazano da kada se vidi jednim okom, slika sa 10 m izgleda ravna (u osnovi - razmak između krajnjih tačaka zenice jednak je prečniku zenice). Gledajući sa dva oka, vidimo ravnu sliku sa 500 m (osnova je razmak između optičkih centara sočiva), odnosno možemo okom odrediti veličinu predmeta, koji i koliko bliže ili dalje.

Da biste povećali ovu sposobnost, potrebno je povećati bazu, to se radi u prizmatičnom dvogledu i u različite vrste daljinomjeri (slika 3.5).

Ali, kao i sve na svijetu, ni tako savršena tvorevina prirode kao što je oko nije bez mana. Prvo, oko reaguje samo na vidljivu svjetlost (i istovremeno, uz pomoć vida, percipiramo do 90% svih informacija). Drugo, oko je podložno mnogim bolestima, od kojih je najčešća miopija - zraci se približavaju mrežnjači (slika 3.6) i dalekovidost - oštra slika iza mrežnjače (slika 3.7).

U oba slučaja na mrežnjači se stvara neoštra slika. Optika može pomoći ovim tegobama. U slučaju miopije potrebno je odabrati odgovarajuće naočare sa konkavnim staklima optička snaga. Kod dalekovidosti je, naprotiv, potrebno pomoći oku da dovede zrake na mrežnjaču, naočare treba da budu konveksne i odgovarajuće optičke snage.

Teme USE kodifikatora: optički uređaji.

Kao što znamo iz, za detaljnije ispitivanje objekta potrebno je povećati ugao gledanja. Tada će slika objekta na mrežnici biti veća, a to će dovesti do iritacije. višeživčani završeci optičkog živca; više vizuelnih informacija će biti poslato u mozak, a mi ćemo moći da vidimo nove detalje predmetnog objekta.

Zašto je ugao gledanja mali? Dva su razloga za to: 1) sam objekat je mali; 2) objekat se, iako dovoljno velik, nalazi daleko.

Optički uređaji - Ovo su uređaji za povećanje vidnog ugla. Za pregled malih predmeta koriste se lupa i mikroskop. Za gledanje udaljenih objekata koriste se opcioni nišani (kao i dvogledi, teleskopi itd.)

golim okom.

Počinjemo tako što gledamo male predmete golim okom. U daljem tekstu, oko se smatra normalnim. Podsjetimo da normalno oko u nenapregnutom stanju fokusira paralelni snop svjetlosti na retinu, a udaljenost najboljeg vida za normalno oko je cm.

Neka mali predmet veličine bude na udaljenosti najboljeg vida od oka (slika 1). Na mrežnjači se pojavljuje obrnuta slika objekta, ali, kao što se sjećate, ova slika se zatim ponovo okreće u moždanoj kori i kao rezultat, objekt vidimo normalno - ne naopako.

Zbog male veličine objekta, mali je i ugao gledanja. Podsjetimo da je mali ugao (u radijanima) gotovo isti kao i njegova tangenta: . Zbog toga:

. (1)

Ako a r udaljenost od optičkog centra oka do mrežnice, tada će veličina slike na mrežnici biti jednaka:

. (2)

Iz (1) i (2) također imamo:

. (3)

Kao što znate, prečnik oka je oko 2,5 cm, dakle. Dakle, iz (3) proizlazi da kada se mali predmet posmatra golim okom, slika objekta na mrežnjači je oko 10 puta manja od samog objekta.

Lupa.

Možete povećati sliku objekta na mrežnjači pomoću lupe (lupe).

povećalo - to je samo konvergentno sočivo (ili sistem sočiva); žižna daljina povećala se obično kreću od 5 do 125 mm. Predmet koji se posmatra kroz lupu nalazi se u njegovoj fokalnoj ravni (slika 2). U tom slučaju, zraci koji izlaze iz svake tačke objekta, nakon što prođu kroz lupu, postaju paralelni, a oko ih fokusira na mrežnicu bez napetosti.

Sada, kao što vidimo, ugao gledanja je . Također je mala i približno jednaka tangentu:

. (4)

Veličina l slika na mrežnjači je sada jednaka:

. (5)

ili, uzimajući u obzir (4) :

. (6)

Kao na sl. 1, crvena strelica na mrežnjači takođe pokazuje nadole. To znači da (uzimajući u obzir sekundarno preokret slike od strane naše svijesti) kroz lupu vidimo neobrnutu sliku predmeta.

Povećalo je omjer veličine slike kada se koristi povećalo i veličine slike kada se objekt gleda golim okom:

. (7)

Zamjenom izraza (6) i (3) ovdje dobijamo:

. (8)

Na primjer, ako je žižna daljina povećala 5 cm, tada je njegovo povećanje . Kada se posmatra kroz takvu lupu, objekat izgleda pet puta veći nego kada se gleda golim okom.
Relacije (5) i (2) također zamjenjujemo u formulu (7):

Dakle, povećanje povećala je ugaono povećanje: ono je jednako omjeru ugla gledanja kada se predmet gleda kroz lupu i ugla gledanja kada se ovaj predmet gleda golim okom.

Imajte na umu da je uvećanje povećala subjektivna vrijednost – na kraju krajeva, vrijednost u formuli (8) je udaljenost najboljeg vida za normalno oko. U slučaju kratkovidnog ili dalekovidnog oka, udaljenost najboljeg vida bit će shodno tome manja ili veća.

Iz formule (8) proizilazi da je uvećanje lupe što je veće, što je manja njegova žižna daljina. Smanjenje žižne daljine konvergentnog sočiva postiže se povećanjem zakrivljenosti refraktivnih površina: sočivo se mora učiniti konveksnijim i time smanjiti njegovu veličinu. Kada povećanje dostigne 40-50, veličina povećala postaje jednaka nekoliko milimetara. Sa još manjom veličinom povećala će postati nemoguće koristiti, pa se smatra gornjom granicom lupe.

Mikroskop.

U mnogim slučajevima (na primjer, u biologiji, medicini itd.) potrebno je promatrati male objekte s povećanjem od nekoliko stotina. Sa lupom se ne može proći, a ljudi pribjegavaju mikroskopu.

Mikroskop sadrži dva konvergentna sočiva (ili dva sistema takvih sočiva) - objektiv i okular. Lako je zapamtiti: sočivo je okrenuto prema objektu, a okular prema oku (oku).

Ideja mikroskopa je jednostavna. Predmet u pitanju je između fokusa i dvostrukog fokusa sočiva, tako da sočivo daje uvećanu (zapravo obrnutu) sliku objekta. Ova slika se nalazi u fokalnoj ravni okulara, a zatim se gleda kroz okular kao kroz lupu. Kao rezultat, moguće je postići konačno povećanje od mnogo više od 50.

Putanja zraka u mikroskopu prikazana je na sl. 3 .

Oznake na slici su jasne: - žižna daljina sočiva - žižna daljina okulara - veličina objekta; - veličina slike predmeta koju daje sočivo. Udaljenost između fokalnih ravni objektiva i okulara naziva se optička dužina cijevi mikroskop.

Imajte na umu da je crvena strelica na mrežnjači usmjerena prema gore. Mozak će ga ponovo preokrenuti, a kao rezultat, objekat će se pojaviti naopako kada se gleda kroz mikroskop. Kako bi se to spriječilo, mikroskop koristi srednja sočiva koja dodatno okreću sliku.

Uvećanje mikroskopa se određuje na potpuno isti način kao i za lupu: . Ovdje su, kao gore, i veličina slike na mrežnjači i ugao gledanja kada se predmet posmatra kroz mikroskop, a iste su vrijednosti kada se predmet posmatra golim okom.

Još uvijek imamo , i ugao , kao što se može vidjeti sa Sl. 3 je jednako:

Dijeljenjem sa , možemo povećati mikroskop:

. (9)

Ovo, naravno, nije konačna formula: sadrži i (vrijednosti koje se odnose na objekt), ali bih želio vidjeti karakteristike mikroskopa. Eliminisaćemo relaciju koja nam nije potrebna koristeći formulu sočiva.
Prvo, pogledajmo sl. 3 i koristite sličnost pravokutnih trouglova sa crvenim nogama i:

Evo udaljenosti od slike do sočiva, - a- udaljenost od objekta h na sočivo. Sada koristimo formulu sočiva za sočivo:

od kojih dobijamo:

i ovaj izraz zamjenjujemo u (9) :

. (10)

Ovo je konačni izraz za povećanje koje daje mikroskop. Na primjer, ako je žižna daljina sočiva cm, žižna daljina okulara cm, a optička dužina cijevi cm, tada prema formuli (10)

Uporedite ovo samo sa uvećanjem sočiva, koje se izračunava po formuli (8):

Uvećanje mikroskopa je 10 puta veće!

Sada prelazimo na objekte koji su dovoljno veliki, ali suviše udaljeni od nas. Da bi se oni što bolje sagledali, koriste se optički nišani - špijunske naočare, dvogledi, teleskopi itd.

Cilj teleskopa je konvergentno sočivo (ili sistem sočiva) sa dovoljno velikom žižnom daljinom. Ali okular može biti i konvergentno i divergentno sočivo. U skladu s tim, postoje dvije vrste nišana:

Keplerova cijev - ako je okular konvergentno sočivo;
- Galilejeva cijev - ako je okular divergentno sočivo.

Pogledajmo pobliže kako ovi opcini rade.

Keplerova cijev.

Princip rada Keplerove cijevi je vrlo jednostavan: sočivo daje sliku udaljenog objekta u svojoj fokalnoj ravni, a zatim se ta slika promatra kroz okular kao kroz lupu. Dakle, zadnja fokalna ravan objektiva poklapa se sa prednjom žižnom ravninom okulara.

Tok zraka u Keplerovoj cijevi prikazan je na sl. četiri .

Rice. četiri

Objekt je udaljena strelica usmjerena okomito prema gore; nije prikazano na slici. Snop iz tačke ide duž glavne optičke ose objektiva i okulara. Iz tačke postoje dvije zrake, koje se zbog udaljenosti objekta mogu smatrati paralelnim.

Kao rezultat toga, slika našeg objekta koju daje sočivo nalazi se u fokalnoj ravni sočiva i stvarna je, obrnuta i smanjena. Označimo veličinu slike.

golim okom predmet se vidi pod uglom. Prema sl. četiri :

, (11)

gdje je žižna daljina sočiva.

Vidimo sliku objekta u okularu pod uglom , koji je jednak:

, (12)

gdje je žižna daljina okulara.

Teleskopsko uvećanje je omjer vidnog ugla kada se gleda kroz cijev i ugla gledanja kada se gleda golim okom:

Prema formulama (12) i (11) dobijamo:

(13)

Na primjer, ako je žižna daljina objektiva 1 m, a žižna daljina okulara 2 cm, onda će povećanje teleskopa biti: .

Putanja zraka u Keplerovoj cijevi je u osnovi ista kao u mikroskopu. Slika objekta na mrežnjači također će biti strelica usmjerena prema gore, pa ćemo stoga u Keplerovoj cijevi objekt vidjeti naopako. Da bi se to izbeglo, u prostor između sočiva i okulara postavljaju se posebni invertujući sistemi sočiva ili prizmi, koji ponovo invertuju sliku.

Galilejeva truba.

Galileo je izumio svoj teleskop 1609. godine, a njegova astronomska otkrića šokirala su njegove savremenike. Otkrio je satelite Jupitera i faze Venere, napravio lunarni reljef (planine, depresije, doline) i mrlje na Suncu, i naizgled čvrste mliječni put ispostavilo se da je to jato zvijezda.

Okular Galilejeve cijevi je divergentno sočivo; zadnja žižna ravan sočiva poklapa se sa zadnjom žižnom ravninom okulara (slika 5).

Rice. 5.

OPTIČKI INSTRUMENTI, 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 se može vidjeti iz centra uređaja ekstremne tačke predmet.

Resoluciona moć.

Sposobnost uređaja da razlikuje dvije bliske tačke ili linije je zbog talasne prirode svjetlosti. Numerička vrijednost snage razlučivanja, na primjer, sistema sočiva ovisi o sposobnosti dizajnera da se nosi sa aberacijama sočiva i pažljivo centrira ova sočiva na istoj optičkoj osi. Teorijska granica rezolucije dvije susjedne snimljene točke definirana je kao jednakost udaljenosti između njihovih centara i polumjera prvog tamnog prstena njihove difrakcijske šare.

Povećati.

Ako je objekat dugačak H okomito na optičku osu sistema i dužinu njegove slike H΄, zatim povećanje m određuje se formulom m = H΄/ H. Povećanje zavisi od žižne daljine i relativnog položaja sočiva; postoje odgovarajuće formule za izražavanje ove zavisnosti. Važna karakteristika instrumenti za vizuelno posmatranje je prividno uvećanje M. Određuje se iz omjera veličine slika objekta koje se formiraju na mrežnjači prilikom direktnog posmatranja objekta i njegovog pregleda putem uređaja. Obično vidljivo povećanje M izraziti stav M=tg b/tg a, gdje a je ugao pod kojim posmatrač vidi objekat golim okom, i b- ugao pod kojim oko posmatrača vidi predmet kroz uređaj.

Ako želite stvoriti visokokvalitetan optički uređaj, trebali biste optimizirati skup njegovih glavnih karakteristika - osvjetljenje, rezoluciju i uvećanje. Nemoguće je napraviti dobar, na primjer, teleskop, postižući samo veliko prividno povećanje i ostavljajući malu svjetlost (otvor blende). Imaće lošu rezoluciju, jer direktno zavisi od otvora blende.

Dizajn optičkih uređaja je veoma raznolik, a njihove karakteristike su diktirane namenom pojedinih uređaja. Ali prilikom prevođenja bilo kojeg dizajniranog optičkog sistema u gotov optičko-mehanički uređaj, potrebno je sve optičke elemente postaviti u strogom skladu s prihvaćenom shemom, sigurno ih pričvrstiti, osigurati precizno podešavanje položaja pokretnih dijelova i postaviti dijafragme za eliminaciju neželjena pozadina raspršenog zračenja. Često je potrebno održavati zadane vrijednosti temperature i vlažnosti unutar uređaja, minimizirati vibracije, normalizirati raspodjelu težine, osigurati odvođenje topline iz svjetiljki i druge pomoćne električne opreme. Priložena vrijednost izgled instrument i jednostavnost upotrebe.

Mikroskopi.

Ako se predmet posmatra kroz pozitivno (sabirno) sočivo, koje se nalazi iza sočiva ne dalje od njegove žarišne tačke, tada se vidi uvećana zamišljena slika objekta. Takvo sočivo je jednostavan mikroskop i naziva se lupa ili lupa. Iz dijagrama na sl. 1 možete odrediti veličinu uvećane slike. Kada je oko podešeno na paralelni snop svjetlosti (slika objekta je neograničeno velika udaljenost, što znači da se predmet nalazi u fokalnoj ravni sočiva), prividno uvećanje M može se odrediti iz relacije (slika 1):

M=tg b/tg a = (H/f)/(H/v) = v/f,

Teleskopi.

Teleskop povećava vidljivu veličinu udaljenih objekata. Šema najjednostavnijeg teleskopa uključuje dva pozitivna sočiva (slika 2). Zrake iz udaljenog objekta, paralelne s osi teleskopa (zrake a i c na sl. 2) sakupljeni su u zadnjem fokusu prvog sočiva (objektiv). Drugo sočivo (okular) je uklonjeno iz žižne ravni sočiva svojom žižnom daljinom, a zraci a i c Izađite ponovo paralelno sa osom sistema. Neki snop b, koji ne dolazi iz onih tačaka objekta iz kojih su došle zrake a i c, pada pod uglom a do ose teleskopa, prolazi kroz prednji fokus objektiva i nakon toga ide paralelno sa osom sistema. Okular ga usmjerava u stražnji fokus pod uglom b. Budući da je udaljenost od prednjeg fokusa sočiva do oka posmatrača zanemarljivo mala u odnosu na udaljenost do objekta, onda iz šeme na sl. 2 možete dobiti izraz za prividno povećanje M teleskop:

M= -tg b/tg a = -F/f ili F/f).

Negativan znak označava da je slika okrenuta naopako. U astronomskim teleskopima to ostaje tako; Zemaljski teleskopi koriste invertirajući sistem za gledanje normalnih, a ne invertiranih slika. Invertirajući sistem može uključivati ​​dodatna sočiva ili, kao u dvogledu, prizme.

Dvogled.

Binokularni teleskop, koji se obično naziva dvogled, je kompaktan instrument za posmatranje s oba oka u isto vrijeme; njegovo uvećanje je obično 6 do 10 puta. Dvogled koristi par sistema za okretanje (najčešće - Porro), od kojih svaki uključuje dvije pravokutne prizme (sa bazom pod uglom od 45 °), orijentirane prema pravokutnim stranama. Da bi se postiglo veliko uvećanje u širokom vidnom polju, bez aberacija sočiva, a samim tim i značajno vidno polje (6-9°), dvogledu je potreban vrlo kvalitetan okular, bolji od teleskopa sa uskim vidnim poljem . Okular dvogleda omogućava fokusiranje slike, a uz korekciju vida, - njegova skala je označena u dioptrijama. Osim toga, u dvogledu se položaj okulara prilagođava udaljenosti između očiju promatrača. Obično se dvogledi označavaju prema njihovom uvećanju (u višestrukim) i prečniku sočiva (u milimetrima), na primjer,

8'40 ili 7'50.

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 pogledamo 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 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.

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 pogledamo 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. 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

Povećalo ponekad se zove 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 povećanja.