เครื่องมือทางแสงอย่างง่าย

แว่นขยาย

หนึ่งในวิธีที่ง่ายที่สุด เครื่องมือทางแสงเป็นแว่นขยาย - เลนส์ที่มาบรรจบกันซึ่งออกแบบมาเพื่อดูภาพขยายของวัตถุขนาดเล็ก เลนส์จะถูกนำมาไว้ใกล้ดวงตา และวางวัตถุไว้ระหว่างเลนส์กับโฟกัสหลัก ตาจะเห็นภาพวัตถุเสมือนจริงและขยายใหญ่ขึ้น วิธีที่สะดวกที่สุดในการตรวจสอบวัตถุผ่านแว่นขยายด้วยตาที่ผ่อนคลายโดยปรับไปที่ระยะอนันต์ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ วัตถุจะถูกวางในระนาบโฟกัสหลักของเลนส์ เพื่อให้รังสีที่โผล่ออกมาจากแต่ละจุดของวัตถุก่อตัวเป็นลำแสงขนานกันด้านหลังเลนส์ รูปนี้แสดงลำแสงสองอันที่มาจากขอบของวัตถุ เมื่อเข้าสู่ดวงตาที่ไม่มีที่สิ้นสุด ลำแสงคู่ขนานจะเพ่งไปที่เรตินาและให้ภาพที่ชัดเจนของวัตถุตรงนี้

อุปกรณ์ที่ง่ายที่สุดในการสังเกตด้วยสายตาคือแว่นขยาย แว่นขยายเป็นเลนส์ที่มาบรรจบกันซึ่งมีความยาวโฟกัสสั้น วางแว่นขยายไว้ใกล้กับดวงตา และวัตถุที่กำลังพิจารณาอยู่ในระนาบโฟกัส วัตถุนี้มองเห็นได้ผ่านแว่นขยายในมุมหนึ่ง

โดยที่ h คือขนาดของวัตถุ เมื่อมองวัตถุเดียวกันด้วยตาเปล่า ควรวางวัตถุนั้นไว้ในระยะการมองเห็นที่ดีที่สุดของตาปกติ วัตถุจะมองเห็นเป็นมุม

ตามมาว่ากำลังขยายเชิงมุมของแว่นขยายเท่ากับ

เลนส์ที่มีความยาวโฟกัส 10 ซม. ให้กำลังขยาย 2.5 เท่า

มะเดื่อ 3. 1 ผลกระทบของแว่นขยาย: a - วัตถุถูกมองด้วยตาเปล่าจากระยะการมองเห็นที่ดีที่สุด; b - วัตถุถูกมองผ่านแว่นขยายที่มีความยาวโฟกัส F

กำลังขยายเชิงมุม

ดวงตาอยู่ใกล้กับเลนส์มาก ดังนั้นมุมรับภาพจึงสามารถถือเป็นมุม 2β ที่เกิดจากรังสีที่มาจากขอบของวัตถุผ่านศูนย์กลางแสงของเลนส์ หากไม่มีแว่นขยาย เราจะต้องวางวัตถุนั้นให้ห่างจากดวงตาในระยะการมองเห็นที่ดีที่สุด (25 ซม.) และมุมการมองเห็นจะเท่ากับ 2γ เมื่อพิจารณาสามเหลี่ยมมุมฉากที่มีด้าน 25 ซม. และ F ซม. และแสดงถึงครึ่งหนึ่งของวัตถุ Z เราสามารถเขียนได้:

(3.4)

2β - มุมมองภาพเมื่อสังเกตผ่านแว่นขยาย

2γ - มุมมองภาพเมื่อสังเกตด้วยตาเปล่า

F - ระยะห่างจากวัตถุถึงแว่นขยาย

Z คือครึ่งหนึ่งของความยาวของวัตถุที่ต้องการ

โดยคำนึงถึงว่าปกติแล้วจะมองผ่านแว่นขยาย ชิ้นส่วนขนาดเล็ก(ดังนั้นมุม γ และ β จึงมีขนาดเล็ก) เราสามารถแทนที่แทนเจนต์ด้วยมุมได้ ดังนั้นเราจึงได้นิพจน์ต่อไปนี้สำหรับการขยายของแว่นขยาย:

ดังนั้น กำลังขยายของแว่นขยายจึงเป็นสัดส่วนกับ ซึ่งก็คือกำลังแสงของแว่นขยาย

3.2 กล้องจุลทรรศน์ .

กล้องจุลทรรศน์ใช้เพื่อให้ได้กำลังขยายสูงเมื่อสังเกตวัตถุขนาดเล็ก ใช้ภาพขยายของวัตถุในกล้องจุลทรรศน์ ระบบออปติคัลประกอบด้วยเลนส์โฟกัสสั้นสองตัว - วัตถุประสงค์ O1 และช่องมองภาพ O2 (รูปที่ 3.2) เลนส์จะสร้างภาพขยายของวัตถุกลับหัวอย่างแท้จริง ภาพระดับกลางนี้ถูกมองด้วยตาผ่านเลนส์ใกล้ตา ซึ่งมีการกระทำคล้ายกับแว่นขยาย ช่องมองภาพอยู่ในตำแหน่งเพื่อให้ภาพที่อยู่ตรงกลางอยู่ในระนาบโฟกัส ในกรณีนี้ รังสีจากแต่ละจุดของวัตถุจะแพร่กระจายไปหลังช่องมองภาพเป็นลำแสงคู่ขนาน

ภาพเสมือนของวัตถุที่มองผ่านช่องมองภาพจะกลับหัวเสมอ หากไม่สะดวก (เช่น เมื่ออ่านหนังสือ พิมพ์เล็ก) คุณสามารถหมุนวัตถุไปด้านหน้าเลนส์ได้ ดังนั้นกำลังขยายเชิงมุมของกล้องจุลทรรศน์จึงถือเป็นค่าบวก

ดังต่อไปนี้จากรูป 3.2 มุมมอง φ ของวัตถุที่มองผ่านช่องมองภาพในการประมาณมุมเล็กๆ

เราสามารถประมาณ d µ F1 และ f µ l โดยที่ l คือระยะห่างระหว่างวัตถุกับเลนส์ใกล้ตาของกล้องจุลทรรศน์ (“ความยาวท่อ”) เมื่อมองวัตถุเดียวกันด้วยตาเปล่า

เป็นผลให้สูตรสำหรับกำลังขยายเชิงมุม γ ของกล้องจุลทรรศน์เกิดขึ้น

กล้องจุลทรรศน์ที่ดีสามารถขยายได้หลายร้อยเท่า เมื่อใช้กำลังขยายสูง ปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนจะเริ่มปรากฏขึ้น

ในกล้องจุลทรรศน์จริง เลนส์และช่องมองภาพเป็นระบบการมองเห็นที่ซับซ้อน ซึ่งขจัดความคลาดเคลื่อนต่างๆ

กล้องโทรทรรศน์

กล้องโทรทรรศน์ (ขอบเขตจำเพาะ) ได้รับการออกแบบมาเพื่อสังเกตวัตถุที่อยู่ห่างไกล ประกอบด้วยเลนส์สองตัว - เลนส์รวบรวมที่มีความยาวโฟกัสยาว (วัตถุ) หันหน้าไปทางวัตถุและเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสสั้น (ช่องมองภาพ) หันหน้าไปทางผู้สังเกต ขอบเขตการจำมีสองประเภท:

1) กล้องโทรทรรศน์เคปเลอร์มีไว้สำหรับการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ โดยจะให้ภาพกลับหัวของวัตถุระยะไกลที่ขยายใหญ่ขึ้น ดังนั้นจึงไม่สะดวกสำหรับการสังเกตการณ์ภาคพื้นดิน

2) กล้องโทรทรรศน์ของกาลิเลโอออกแบบมาเพื่อการสังเกตการณ์ภาคพื้นดิน โดยให้ภาพตรงที่ขยายใหญ่ขึ้น ช่องมองภาพในกล้องโทรทรรศน์กาลิลีเป็นเลนส์แยก

ในรูป 15 แสดงเส้นทางของรังสีในกล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ สันนิษฐานว่าตาของผู้สังเกตการณ์อยู่ในระยะอนันต์ ดังนั้นรังสีจากแต่ละจุดของวัตถุที่อยู่ห่างไกลจึงโผล่ออกมาจากช่องมองภาพเป็นลำแสงคู่ขนาน เส้นทางลำแสงนี้เรียกว่ากล้องส่องทางไกล ในกล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ รัศมีของกล้องโทรทรรศน์จะบรรลุได้โดยมีเงื่อนไขว่าระยะห่างระหว่างเลนส์กับเลนส์ใกล้ตาเท่ากับผลรวมของทางยาวโฟกัส

กล้องโทรทรรศน์ (กล้องโทรทรรศน์) มักจะมีลักษณะเฉพาะด้วยกำลังขยายเชิงมุม γ วัตถุที่สังเกตผ่านกล้องโทรทรรศน์จะแตกต่างจากกล้องจุลทรรศน์ตรงที่อยู่ห่างจากผู้สังเกตเสมอ หากมองเห็นวัตถุระยะไกลด้วยตาเปล่าในมุม ψ และเมื่อสังเกตผ่านกล้องโทรทรรศน์ที่มุม φ กำลังขยายเชิงมุมจะเรียกว่าอัตราส่วน

การเพิ่มขึ้นเชิงมุม γ เช่นเดียวกับการเพิ่มขึ้นเชิงเส้น Γ สามารถกำหนดเครื่องหมายบวกหรือลบได้ ขึ้นอยู่กับว่ารูปภาพตั้งตรงหรือกลับด้าน กำลังขยายเชิงมุมของกล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ของเคปเลอร์เป็นลบ และกำลังขยายของกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินของกาลิเลโอเป็นบวก

กำลังขยายเชิงมุมของขอบเขตการมองเห็นจะแสดงเป็นทางยาวโฟกัส:

กล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ขนาดใหญ่ใช้กระจกทรงกลมแทนเลนส์เป็นเลนส์ กล้องโทรทรรศน์ดังกล่าวเรียกว่าตัวสะท้อนแสง กระจกที่ดีนั้นสร้างได้ง่ายกว่า นอกจากนี้ กระจกเงาไม่มีความคลาดเคลื่อนสี ซึ่งต่างจากเลนส์ตรง

กล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางกระจก 6 ม. ถูกสร้างขึ้นในรัสเซีย โปรดทราบว่ากล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ขนาดใหญ่ได้รับการออกแบบไม่เพียงเพื่อเพิ่มระยะห่างเชิงมุมระหว่างวัตถุอวกาศที่สังเกตได้ แต่ยังเพื่อเพิ่มการไหลของพลังงานแสงด้วย จากวัตถุที่มีแสงสลัวๆ

ให้เราวิเคราะห์วงจรและหลักการทำงานของอุปกรณ์ออปติคัลที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

กล้อง

กล้องคืออุปกรณ์ ซึ่งส่วนที่สำคัญที่สุดคือระบบรวบรวมเลนส์ซึ่งก็คือเลนส์ ในการถ่ายภาพสมัครเล่นทั่วไป ตัวแบบจะอยู่ด้านหลังทางยาวโฟกัสสองเท่า ดังนั้นภาพจะอยู่ระหว่างโฟกัสและทางยาวโฟกัสสองเท่า จริง ลดขนาด กลับด้าน (รูปที่ 16)

แทนที่ภาพนี้จะมีการวางฟิล์มถ่ายภาพหรือแผ่นถ่ายภาพ (เคลือบด้วยอิมัลชันไวแสงที่มีซิลเวอร์โบรไมด์) เลนส์จะถูกเปิดไว้ครู่หนึ่ง - ฟิล์มจะถูกเปิดเผย ภาพที่ซ่อนไว้ก็ปรากฏขึ้น เมื่อเข้าสู่สารละลายสำหรับนักพัฒนาแบบพิเศษ โมเลกุลของซิลเวอร์โบรไมด์ที่ "สัมผัส" จะสลายตัว โบรมีนจะถูกพาออกไปในสารละลาย และเงินจะถูกปล่อยออกมาในรูปของการเคลือบสีเข้มบนส่วนที่สัมผัสของแผ่นหรือฟิล์ม ยิ่งแสงสัมผัสกับบริเวณที่กำหนดของฟิล์มมากเท่าใด ฟิล์มก็จะยิ่งมืดมากขึ้นเท่านั้น หลังจากพัฒนาและล้างแล้วจำเป็นต้องแก้ไขภาพซึ่งวางไว้ในสารละลาย - สารยึดเกาะซึ่งโบรไมด์เงินที่ยังไม่ได้สัมผัสจะถูกละลายและกำจัดออกจากด้านลบ ผลลัพธ์ที่ได้คือภาพของสิ่งที่อยู่ด้านหน้าเลนส์ โดยมีการจัดเรียงเฉดสีใหม่ - ส่วนที่สว่างกลายเป็นสีเข้มและในทางกลับกัน (เชิงลบ)

เพื่อให้ได้ภาพถ่ายที่เป็นบวก จำเป็นต้องส่องกระดาษภาพถ่ายที่เคลือบด้วยโบรไมด์เงินชนิดเดียวกันผ่านด้านลบเป็นระยะเวลาหนึ่ง หลังจากที่ได้รับการพัฒนาและแก้ไขแล้ว คุณจะได้รับผลลบจากผลลบ กล่าวคือ ผลบวกซึ่งส่วนที่สว่างและมืดจะสอดคล้องกับส่วนสว่างและมืดของวัตถุ

เพื่อให้ได้ภาพคุณภาพสูง ความสำคัญอย่างยิ่งมีการโฟกัส - รวมภาพกับฟิล์มหรือเพลท ในการทำเช่นนี้ ผนังด้านหลังของกล้องเก่าถูกทำให้สามารถเคลื่อนย้ายได้ แทนที่จะใช้แผ่นไวต่อแสง กลับใช้แผ่นกระจกฝ้าแทน ย้ายอันสุดท้ายก็ติดตั้งด้วยตา ภาพที่คมชัด- จากนั้นแผ่นกระจกก็ถูกแทนที่ด้วยแผ่นไวแสงและถ่ายรูป

กล้องสมัยใหม่ใช้เลนส์แบบยืดหดได้ซึ่งเชื่อมต่อกับเรนจ์ไฟนเนอร์ในการโฟกัส ในกรณีนี้ ปริมาณทั้งหมดที่รวมอยู่ในสูตรเลนส์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ระยะห่างระหว่างเลนส์กับฟิล์มจะเปลี่ยนจนกว่าจะตรงกับ f หากต้องการเพิ่มความชัดลึก - ระยะทางตามแกนแสงหลักที่วัตถุถูกถ่ายภาพอย่างคมชัด - เลนส์จะมีรูรับแสง กล่าวคือ รูรับแสงจะลดลง แต่จะเป็นการลดปริมาณแสงที่เข้าสู่อุปกรณ์และเพิ่มเวลารับแสงที่ต้องการ

การส่องสว่างของภาพที่แหล่งกำเนิดแสงเป็นเลนส์จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่ของรูรับแสง ซึ่งในทางกลับกันจะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของเส้นผ่านศูนย์กลาง d2 การส่องสว่างยังแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างจากแหล่งกำเนิดไปยังภาพ ในกรณีของเราเกือบเป็นกำลังสองของทางยาวโฟกัส F ดังนั้น การส่องสว่างจึงเป็นสัดส่วนกับเศษส่วน ซึ่งเรียกว่ารูรับแสงของเลนส์ รากที่สองของอัตราส่วนรูรับแสงเรียกว่ารูรับแสงสัมพัทธ์ และโดยปกติจะระบุไว้บนเลนส์ในรูปแบบของคำจารึก: กล้องสมัยใหม่มีอุปกรณ์มากมายที่ทำให้ช่างภาพทำงานได้ง่ายขึ้นและเพิ่มขีดความสามารถ (เริ่มอัตโนมัติ ชุดเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสต่างกัน มาตรวัดแสง รวมถึงเลนส์อัตโนมัติ การโฟกัสอัตโนมัติหรือกึ่งอัตโนมัติ ฯลฯ) การถ่ายภาพสีมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย อยู่ในขั้นตอนการเรียนรู้ - การถ่ายภาพสามมิติ

ดวงตา

จากมุมมองทางแสง ดวงตาของมนุษย์ก็เหมือนกับกล้อง ภาพเดียวกัน (จริง ลดลง กลับด้าน) ถูกสร้างขึ้นบนผนังด้านหลังของดวงตา - บนจุดสีเหลืองไวแสง ซึ่งมีความเข้มข้นที่ปลายพิเศษของเส้นประสาทตา - โคนและแท่ง - การกระตุ้นด้วยแสงจะถูกส่งไปยังเส้นประสาทในสมองและทำให้เกิดความรู้สึกในการมองเห็น ดวงตามีเลนส์ - เลนส์, ไดอะแฟรม - รูม่านตา, แม้กระทั่งฝาครอบเลนส์ - เปลือกตา ในหลาย ๆ ด้าน ดวงตานั้นล้ำหน้ากว่ากล้องสมัยใหม่ โดยจะโฟกัสอัตโนมัติโดยการวัดความโค้งของเลนส์ภายใต้การทำงานของกล้ามเนื้อตา เช่น โดยการเปลี่ยนทางยาวโฟกัส ไดอะแฟรมอัตโนมัติ - โดยการบีบรูม่านตาเมื่อย้ายจากห้องมืดไปห้องสว่าง ตาให้ ภาพสี, “จำได้” ภาพที่เห็น- โดยทั่วไปแล้ว นักชีววิทยาและแพทย์สรุปว่าดวงตาเป็นส่วนหนึ่งของสมองที่อยู่บริเวณขอบนอก

การมองเห็นด้วยตาสองข้างช่วยให้คุณมองเห็นวัตถุด้วย ด้านที่แตกต่างกันกล่าวคือ เพื่อดำเนินการการมองเห็นสามมิติ ได้รับการพิสูจน์แล้วจากการทดลองว่าเมื่อมองด้วยตาข้างเดียว รูปภาพจากระยะ 10 เมตรจะดูเรียบๆ (โดยฐาน - ระยะห่างระหว่างจุดที่สุดของรูม่านตา - เท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของรูม่านตา) เมื่อมองด้วยตาสองข้างเราจะเห็นภาพแบนจากระยะ 500 ม. (ฐานคือระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางแสงของเลนส์) กล่าวคือ เราสามารถกำหนดขนาดของวัตถุด้วยตาว่าวัตถุใดอยู่ใกล้หรือไกลกว่านั้นและอยู่ใกล้แค่ไหน

ในการเพิ่มความสามารถนี้คุณต้องเพิ่มฐานซึ่งทำได้ในกล้องส่องทางไกลแบบแท่งปริซึมและใน หลากหลายชนิดเรนจ์ไฟนเดอร์ (รูปที่ 3.5)

แต่เช่นเดียวกับทุกสิ่งในโลก แม้แต่การสร้างสรรค์ทางธรรมชาติที่สมบูรณ์แบบเช่นดวงตาก็ไม่ได้ไม่มีข้อบกพร่อง ประการแรก ดวงตาตอบสนองต่อแสงที่มองเห็นได้เท่านั้น (และด้วยความช่วยเหลือของการมองเห็น เราจึงรับรู้ข้อมูลได้มากถึง 90% ของข้อมูลทั้งหมด) ประการที่สองดวงตามีความอ่อนไหวต่อโรคต่าง ๆ ที่พบบ่อยที่สุดคือสายตาสั้น - รังสีเข้ามาใกล้เรตินามากขึ้น (รูปที่ 3.6) และสายตายาว - ภาพที่คมชัดด้านหลังเรตินา (รูปที่ 3.7)

ในทั้งสองกรณี ภาพเบลอจะถูกสร้างขึ้นบนเรตินา ทัศนศาสตร์สามารถช่วยรักษาโรคเหล่านี้ได้ กรณีสายตาสั้นต้องเลือกแว่นตาที่มีเลนส์เว้าให้เหมาะสม พลังงานแสง- ในทางกลับกัน สายตายาวจำเป็นต้องช่วยให้ดวงตานำรังสีมารวมกันที่เรตินา เช่น กระจกต้องนูนและมีกำลังแสงที่เหมาะสมด้วย

หัวข้อของตัวประมวลผลการตรวจสอบ Unified State: เครื่องมือเกี่ยวกับแสง

ดังที่เราทราบ หากต้องการดูวัตถุโดยละเอียดมากขึ้น คุณต้องเพิ่มมุมรับภาพ จากนั้นภาพของวัตถุบนเรตินาจะมีขนาดใหญ่ขึ้นและจะทำให้เกิดการระคายเคืองได้ มากกว่าปลายประสาทของเส้นประสาทตา; ข้อมูลภาพจะถูกส่งไปยังสมองมากขึ้น และเราจะสามารถดูรายละเอียดใหม่ของวัตถุดังกล่าวได้

ทำไมมุมมองภาพจึงเล็ก? มีสองเหตุผลสำหรับสิ่งนี้: 1) วัตถุนั้นมีขนาดเล็ก; 2) วัตถุนั้นถึงแม้จะมีขนาดค่อนข้างใหญ่ แต่ก็ตั้งอยู่ไกลออกไป

เครื่องมือวัดแสง - เป็นอุปกรณ์สำหรับเพิ่มมุมมอง ใช้แว่นขยายและกล้องจุลทรรศน์เพื่อตรวจสอบวัตถุขนาดเล็ก กล้องส่องเล็ง (เช่นเดียวกับกล้องส่องทางไกล กล้องโทรทรรศน์ ฯลฯ) ใช้ในการดูวัตถุที่อยู่ห่างไกล

ตาเปล่า.

เราเริ่มต้นด้วยการมองวัตถุขนาดเล็กด้วยตาเปล่า ต่อไปนี้ถือว่าตาปกติ โปรดจำไว้ว่าดวงตาปกติในสภาวะผ่อนคลายจะเน้นลำแสงคู่ขนานไปที่เรตินา และระยะการมองเห็นที่ดีที่สุดสำหรับตาปกติคือ ซม.

ปล่อยให้วัตถุขนาดเล็กอยู่ในระยะการมองเห็นที่ดีที่สุดจากดวงตา (รูปที่ 1) ภาพกลับด้านของวัตถุจะปรากฏบนเรตินา แต่อย่างที่คุณจำได้ ภาพนี้จะถูกกลับด้านเป็นครั้งที่สองในเปลือกสมอง และด้วยเหตุนี้ เราจึงมองเห็นวัตถุได้ตามปกติ ไม่ใช่กลับหัว

เนื่องจากวัตถุมีขนาดเล็ก มุมรับภาพจึงเล็กเช่นกัน ให้เราระลึกว่ามุมเล็ก (เป็นเรเดียน) แทบไม่ต่างจากแทนเจนต์: นั่นเป็นเหตุผล:

. (1)

ถ้า รระยะห่างจากศูนย์กลางการมองเห็นของดวงตาถึงเรตินา จากนั้นขนาดของภาพบนเรตินาจะเท่ากับ:

. (2)

จาก (1) และ (2) เรายังมี:

. (3)

ดังที่คุณทราบ เส้นผ่านศูนย์กลางของดวงตาคือประมาณ 2.5 ซม. ดังนั้น ดังนั้น จาก (3) จึงตามมาว่าเมื่อมองวัตถุขนาดเล็กด้วยตาเปล่า ภาพของวัตถุบนเรตินาจะเล็กกว่าวัตถุนั้นประมาณ 10 เท่า

แว่นขยาย

คุณสามารถขยายภาพของวัตถุบนเรตินาได้โดยใช้แว่นขยาย

แว่นขยาย - มันเป็นเพียงเลนส์ที่มาบรรจบกัน (หรือระบบเลนส์) ความยาวโฟกัสแว่นขยายมักมีตั้งแต่ 5 ถึง 125 มม. วัตถุที่มองผ่านแว่นขยายจะถูกวางไว้ในระนาบโฟกัส (รูปที่ 2) ในกรณีนี้ รังสีที่เล็ดลอดออกมาจากแต่ละจุดของวัตถุจะขนานกันหลังจากผ่านแว่นขยาย และดวงตาก็เพ่งไปที่เรตินาโดยไม่รู้สึกตึง

ทีนี้ อย่างที่เราเห็น มุมรับภาพเท่ากับ มันยังมีขนาดเล็กและเท่ากับแทนเจนต์โดยประมาณ:

. (4)

ขนาด ลภาพเรตินาตอนนี้เท่ากับ:

. (5)

หรือคำนึงถึง (4) :

. (6)

ดังในรูป 1 ลูกศรสีแดงบนเรตินาก็ชี้ลงเช่นกัน ซึ่งหมายความว่า (โดยคำนึงถึงการกลับด้านครั้งที่สองของภาพโดยจิตสำนึกของเรา) เราจะเห็นภาพของวัตถุที่ไม่กลับด้านผ่านแว่นขยาย

แว่นขยาย คืออัตราส่วนของขนาดภาพเมื่อใช้แว่นขยายกับขนาดภาพเมื่อดูวัตถุด้วยตาเปล่า:

. (7)

แทนที่นิพจน์ (6) และ (3) ที่นี่ เราจะได้:

. (8)

ตัวอย่างเช่น หากทางยาวโฟกัสของแว่นขยายคือ 5 ซม. กำลังขยายจะเป็น เมื่อมองผ่านแว่นขยายดังกล่าว วัตถุจะปรากฏใหญ่กว่าเมื่อมองด้วยตาเปล่าถึงห้าเท่า
ให้เราแทนที่ความสัมพันธ์ (5) และ (2) ลงในสูตร (7):

ดังนั้น กำลังขยายของแว่นขยายจึงเป็นกำลังขยายเชิงมุม ซึ่งเท่ากับอัตราส่วนของมุมที่มองเห็นเมื่อดูวัตถุผ่านแว่นขยายต่อมุมที่มองเห็นเมื่อดูวัตถุนี้ด้วยตาเปล่า

โปรดทราบว่ากำลังขยายของแว่นขยายเป็นค่าส่วนตัว อย่างไรก็ตาม ค่าในสูตร (8) คือระยะการมองเห็นที่ดีที่สุดสำหรับดวงตาปกติ ในกรณีสายตาสั้นหรือสายตายาว ระยะการมองเห็นที่ดีที่สุดจะเล็กลงหรือใหญ่ขึ้นตามลำดับ

จากสูตร (8) พบว่ายิ่งทางยาวโฟกัสน้อย แว่นขยายก็จะยิ่งมีกำลังขยายมากขึ้น การลดความยาวโฟกัสของเลนส์ที่มาบรรจบกันทำได้โดยการเพิ่มความโค้งของพื้นผิวการหักเหของแสง: เลนส์จะต้องทำให้นูนมากขึ้นและด้วยเหตุนี้จึงต้องลดขนาดของเลนส์ลง เมื่อกำลังขยายถึง 40–50 ขนาดของแว่นขยายจะกลายเป็นหลายมิลลิเมตร ด้วยขนาดแว่นขยายที่เล็กลง จะทำให้ใช้งานไม่ได้ ดังนั้นจึงถือเป็นขีดจำกัดบนของการขยายของแว่นขยาย

กล้องจุลทรรศน์.

ในหลายกรณี (เช่น ในด้านชีววิทยา การแพทย์ ฯลฯ) จำเป็นต้องสังเกตวัตถุขนาดเล็กที่มีกำลังขยายหลายร้อย แว่นขยายไม่เพียงพอ ผู้คนจึงหันมาใช้กล้องจุลทรรศน์

กล้องจุลทรรศน์ประกอบด้วยเลนส์รวบรวมสองตัว (หรือสองระบบของเลนส์ดังกล่าว) - วัตถุประสงค์และช่องมองภาพ ง่ายต่อการจดจำ: เลนส์หันเข้าหาวัตถุ และเลนส์ใกล้ตาหันเข้าหาดวงตา (ตา)

แนวคิดของกล้องจุลทรรศน์นั้นเรียบง่าย วัตถุที่กำลังดูอยู่ระหว่างโฟกัสและโฟกัสสองเท่าของเลนส์ เพื่อให้เลนส์สร้างภาพขยาย (กลับหัวจริง) ของวัตถุ ภาพนี้อยู่ในระนาบโฟกัสของช่องมองภาพ จากนั้นจึงมองผ่านช่องมองภาพราวกับผ่านแว่นขยาย เป็นผลให้เป็นไปได้ที่จะบรรลุการเพิ่มขึ้นขั้นสุดท้ายที่มากกว่า 50 มาก

เส้นทางของรังสีในกล้องจุลทรรศน์จะแสดงดังรูปที่ 1 3.

ชื่อในภาพมีความชัดเจน: - ทางยาวโฟกัสของเลนส์ - ทางยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้ตา - ขนาดของวัตถุ; - ขนาดของภาพวัตถุที่สร้างโดยเลนส์ เรียกว่าระยะห่างระหว่างระนาบโฟกัสของเลนส์และช่องมองภาพ ความยาวท่อแสงกล้องจุลทรรศน์

โปรดทราบว่าลูกศรสีแดงบนเรตินาชี้ขึ้น สมองจะพลิกกลับเป็นครั้งที่สอง และผลก็คือ วัตถุนั้นจะปรากฏกลับหัวเมื่อมองผ่านกล้องจุลทรรศน์ เพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้น กล้องจุลทรรศน์จึงใช้เลนส์ระดับกลางที่จะกลับภาพเพิ่มเติม

กำลังขยายของกล้องจุลทรรศน์ถูกกำหนดในลักษณะเดียวกับแว่นขยาย: ตามที่กล่าวไว้ข้างต้นคือขนาดของภาพบนเรตินาและมุมมองเมื่อดูวัตถุผ่านกล้องจุลทรรศน์และเป็นค่าเดียวกันเมื่อดูวัตถุด้วยตาเปล่า

เรายังคงมี และมุม ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 3 เท่ากับ:

หารด้วย เราได้รับสำหรับการขยายด้วยกล้องจุลทรรศน์:

. (9)

แน่นอนว่านี่ไม่ใช่สูตรสุดท้าย มันมี และ (ค่าที่เกี่ยวข้องกับวัตถุ) แต่ฉันอยากเห็นลักษณะของกล้องจุลทรรศน์ เราจะขจัดความสัมพันธ์ที่ไม่จำเป็นออกไปโดยใช้สูตรเลนส์
ก่อนอื่นเรามาดูรูปที่อีกครั้ง 3 และใช้ความคล้ายคลึงกัน สามเหลี่ยมมุมฉากมีขาสีแดงและ:

นี่คือระยะห่างจากภาพถึงเลนส์ - ก- ระยะห่างจากวัตถุ ชม.ไปที่เลนส์ ตอนนี้เราใช้สูตรเลนส์สำหรับเลนส์:

ซึ่งเราได้รับ:

และเราแทนที่นิพจน์นี้ใน (9):

. (10)

นี่เป็นการแสดงออกขั้นสุดท้ายสำหรับกำลังขยายที่กำหนดโดยกล้องจุลทรรศน์ ตัวอย่างเช่น ถ้าทางยาวโฟกัสของเลนส์คือ cm ความยาวโฟกัสของเลนส์ตาคือ cm และความยาวแสงของเลนส์คือ cm ดังนั้นตามสูตร (10)

เปรียบเทียบกับกำลังขยายของเลนส์เพียงอย่างเดียว ซึ่งคำนวณโดยใช้สูตร (8):

กำลังขยายกล้องจุลทรรศน์ 10 เท่า!

ตอนนี้เราไปยังวัตถุที่ค่อนข้างใหญ่ แต่อยู่ห่างจากเรามากเกินไป เพื่อให้ดูดีขึ้น จึงมีการใช้กล้องส่องเฉพาะจุด เช่น กล้องโทรทรรศน์ กล้องส่องทางไกล กล้องโทรทรรศน์ ฯลฯ

เลนส์กล้องโทรทรรศน์เป็นเลนส์ที่มาบรรจบกัน (หรือระบบเลนส์) ที่มีความยาวโฟกัสใหญ่เพียงพอ แต่ช่องมองภาพอาจเป็นได้ทั้งเลนส์ที่มาบรรจบกันหรือเลนส์ที่แยกออก ดังนั้นจึงมีขอบเขตการจำสองประเภท:

ท่อเคปเลอร์ - หากช่องมองภาพเป็นเลนส์ที่มาบรรจบกัน
- ท่อกาลิเลียน - ถ้าช่องมองภาพเป็นเลนส์แยก

มาดูกันว่าขอบเขตการจำเหล่านี้ทำงานอย่างไร

ท่อเคปเลอร์.

หลักการทำงานของท่อเคปเลอร์นั้นง่ายมาก เลนส์จะสร้างภาพของวัตถุที่อยู่ไกลออกไปในระนาบโฟกัส จากนั้นภาพนี้จะถูกมองผ่านช่องมองภาพราวกับว่าผ่านแว่นขยาย ดังนั้น ระนาบโฟกัสด้านหลังของเลนส์จึงเกิดขึ้นพร้อมกับระนาบโฟกัสด้านหน้าของช่องมองภาพ

เส้นทางของรังสีในท่อเคปเลอร์แสดงไว้ในรูปที่ 1 4.

ข้าว. 4

วัตถุนั้นเป็นลูกศรที่อยู่ไกลออกไปซึ่งชี้ขึ้นในแนวตั้ง มันไม่ได้แสดงในรูป. ลำแสงจากจุดนั้นไปตามแกนลำแสงหลักของเลนส์และช่องมองภาพ รังสีสองเส้นมาจากจุดซึ่งเนื่องจากระยะห่างของวัตถุจึงถือว่าขนานกัน

ด้วยเหตุนี้ ภาพของวัตถุที่เลนส์ให้มาจึงอยู่ในระนาบโฟกัสของเลนส์และเป็นภาพจริง กลับด้าน และลดลง เรามาแสดงขนาดของภาพกัน

ตาเปล่ามองเห็นวัตถุในมุมหนึ่ง ตามรูป 4 :

, (11)

ทางยาวโฟกัสของเลนส์อยู่ที่ไหน

เราจะเห็นภาพของวัตถุผ่านช่องมองภาพในมุมที่เท่ากับ:

, (12)

ทางยาวโฟกัสของเลนส์ตาอยู่ที่ไหน

กำลังขยายของกล้องโทรทรรศน์ คือ อัตราส่วนของมุมที่มองเห็นเมื่อสังเกตผ่านท่อต่อมุมที่มองเห็นด้วยตาเปล่า:

ตามสูตร (12) และ (11) เราได้รับ:

(13)

ตัวอย่างเช่น หากทางยาวโฟกัสของเลนส์คือ 1 ม. และทางยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้ตาคือ 2 ซม. กำลังขยายของกล้องโทรทรรศน์จะเท่ากับ:

เส้นทางของรังสีในท่อเคปเลอร์โดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกับในกล้องจุลทรรศน์ ภาพของวัตถุบนเรตินาจะเป็นลูกศรชี้ขึ้น ดังนั้นในท่อเคปเลอร์ เราจะเห็นวัตถุกลับหัว เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ ระบบการพันเลนส์หรือปริซึมแบบพิเศษจะถูกวางไว้ในช่องว่างระหว่างเลนส์กับช่องมองภาพ ซึ่งจะพลิกภาพอีกครั้ง

แตรของกาลิเลโอ

กาลิเลโอประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์ของเขาในปี 1609 และการค้นพบทางดาราศาสตร์ของเขาทำให้คนรุ่นราวคราวเดียวกันตกตะลึง พระองค์ทรงค้นพบบริวารของดาวพฤหัสบดีและระยะของดาวศุกร์ เห็นความโล่งของดวงจันทร์ (ภูเขา ความหดหู่ หุบเขา) และจุดบนดวงอาทิตย์ และดูมั่นคง ทางช้างเผือกกลายเป็นกลุ่มดาว

เลนส์ใกล้ตาของกล้องโทรทรรศน์กาลิเลียนเป็นเลนส์แยก ระนาบโฟกัสด้านหลังของเลนส์เกิดขึ้นพร้อมกับระนาบโฟกัสด้านหลังของเลนส์ใกล้ตา (รูปที่ 5)

ข้าว. 5.

เครื่องมือทางแสงอุปกรณ์ที่มีการแปลงรังสีจากบริเวณใด ๆ ของสเปกตรัม (อัลตราไวโอเลต, มองเห็นได้, อินฟราเรด) (ส่งผ่าน, การสะท้อนกลับ, การหักเหของแสง, โพลาไรซ์) ถวายสดุดี ประเพณีทางประวัติศาสตร์อุปกรณ์ออพติคอลมักเรียกว่าอุปกรณ์ที่ทำงานมา แสงที่มองเห็น- ในการประเมินคุณภาพของอุปกรณ์เบื้องต้นจะพิจารณาเฉพาะคุณสมบัติหลักเท่านั้น: ความสามารถในการรวมรังสี - อัตราส่วนรูรับแสง; ความสามารถในการแยกแยะรายละเอียดของภาพที่อยู่ติดกัน - กำลังการแก้ไข อัตราส่วนขนาดของวัตถุและภาพ - กำลังขยาย สำหรับอุปกรณ์จำนวนมาก คุณลักษณะที่กำหนดคือขอบเขตการมองเห็น ซึ่งเป็นมุมที่วัตถุที่มองเห็นมองเห็นได้จากศูนย์กลางของอุปกรณ์ จุดสูงสุดเรื่อง.

อำนาจอนุญาต.

ความสามารถของอุปกรณ์ในการแยกแยะระหว่างจุดปิดหรือเส้นสองจุดนั้นเนื่องมาจากลักษณะของคลื่นของแสง ค่าตัวเลขของกำลังการแยกส่วนของระบบเลนส์ เช่น ขึ้นอยู่กับความสามารถของนักออกแบบในการรับมือกับความคลาดเคลื่อนของเลนส์ และจัดเลนส์เหล่านี้ให้อยู่ตรงกลางอย่างระมัดระวังบนแกนแสงเดียวกัน ขีดจำกัดทางทฤษฎีของความละเอียดของจุดถ่ายภาพสองจุดที่อยู่ติดกันถูกกำหนดให้เป็นความเท่ากันของระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางจุดนั้นกับรัศมีของวงแหวนมืดจุดแรกของรูปแบบการเลี้ยวเบนของจุดเหล่านั้น

เพิ่มขึ้น.

หากวัตถุนั้นยาว ชมตั้งฉากกับแกนแสงของระบบและความยาวของภาพ ชม΄ จากนั้นเพิ่มขึ้น มกำหนดโดยสูตร ม = ชม΄/ ชม- กำลังขยายขึ้นอยู่กับทางยาวโฟกัสและตำแหน่งสัมพัทธ์ของเลนส์ มีสูตรที่สอดคล้องกันเพื่อแสดงการพึ่งพานี้ ลักษณะสำคัญอุปกรณ์สังเกตการณ์ด้วยภาพคือกำลังขยายที่มองเห็นได้ ม- โดยพิจารณาจากอัตราส่วนของขนาดของภาพของวัตถุที่เกิดขึ้นบนเรตินาของดวงตาเมื่อสังเกตวัตถุโดยตรงและมองผ่านอุปกรณ์ มักจะมองเห็นได้เพิ่มขึ้น มแสดงออกมาด้วยทัศนคติ ม= ทีจี ข/tg ก, ที่ไหน ก- มุมที่ผู้สังเกตมองเห็นวัตถุด้วยตาเปล่า และ ข- มุมที่ตาของผู้สังเกตมองเห็นวัตถุผ่านอุปกรณ์

หากคุณต้องการสร้างอุปกรณ์ออพติคอลคุณภาพสูง คุณควรปรับชุดคุณสมบัติหลักให้เหมาะสม - อัตราส่วนรูรับแสง ความละเอียด และการขยาย คุณไม่สามารถสร้างกล้องโทรทรรศน์ที่ดีได้ ตัวอย่างเช่น โดยการใช้กำลังขยายที่ชัดเจนสูงและปล่อยให้อัตราส่วนรูรับแสง (รูรับแสง) มีขนาดเล็ก จะมีความละเอียดต่ำเนื่องจากขึ้นอยู่กับรูรับแสงโดยตรง

การออกแบบอุปกรณ์ออพติคอลมีความหลากหลายมากและคุณสมบัติต่างๆ ถูกกำหนดตามวัตถุประสงค์ของอุปกรณ์เฉพาะ แต่เมื่อใช้ระบบออพติคอลที่ได้รับการออกแบบใดๆ เข้ากับอุปกรณ์ออพติคัล-เชิงกลที่เสร็จสมบูรณ์แล้ว จำเป็นต้องจัดเรียงองค์ประกอบออพติคอลทั้งหมดตามรูปแบบที่นำมาใช้อย่างเคร่งครัด ยึดให้แน่นหนา ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ปรับตำแหน่งของชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้อย่างแม่นยำ และวางไดอะแฟรมเพื่อกำจัด รังสีกระจายพื้นหลังที่ไม่ต้องการ มักจำเป็นต้องรักษาค่าอุณหภูมิและความชื้นที่ระบุภายในอุปกรณ์ ลดการสั่นสะเทือน ปรับการกระจายน้ำหนักให้เป็นปกติ และให้แน่ใจว่ามีการนำความร้อนออกจากหลอดไฟและอุปกรณ์ไฟฟ้าเสริมอื่น ๆ มีค่าให้ รูปร่างอุปกรณ์และความสะดวกในการจัดการ

กล้องจุลทรรศน์

หากมองวัตถุที่อยู่ด้านหลังเลนส์ไม่เกินจุดโฟกัสผ่านเลนส์บวก (มาบรรจบกัน) ก็จะมองเห็นภาพเสมือนที่ขยายใหญ่ขึ้นของวัตถุนั้นได้ เลนส์ดังกล่าวเป็นกล้องจุลทรรศน์ธรรมดาและเรียกว่าแว่นขยายหรือแว่นขยาย จากแผนภาพในรูป 1 คุณสามารถกำหนดขนาดของภาพที่ขยายได้ เมื่อปรับสายตาให้เป็นลำแสงคู่ขนาน (ภาพของวัตถุนั้นไม่มีกำหนด ระยะไกลซึ่งหมายความว่าวัตถุนั้นอยู่ในระนาบโฟกัสของเลนส์) กำลังขยายปรากฏ มสามารถกำหนดได้จากความสัมพันธ์ (รูปที่ 1):

ม= ทีจี ข/tg ก = (ชม/ฉ)/(ชม/โวลต์) = โวลต์/ฉ,

กล้องโทรทรรศน์

กล้องโทรทรรศน์จะเพิ่มขนาดที่ชัดเจนของวัตถุที่อยู่ห่างไกล วงจรกล้องโทรทรรศน์ที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยเลนส์บวกสองตัว (รูปที่ 2) รังสีจากวัตถุที่อยู่ห่างไกลขนานกับแกนของกล้องโทรทรรศน์ (รังสี กและ คในรูป 2) จะถูกรวบรวมไว้ที่ด้านหลังของเลนส์ตัวแรก (วัตถุประสงค์) เลนส์ที่สอง (ช่องมองภาพ) จะถูกลบออกจากระนาบโฟกัสของเลนส์ที่ทางยาวโฟกัสและรังสี กและ คออกขนานกับแกนของระบบอีกครั้ง รังสีบ้าง ขซึ่งเล็ดลอดออกมาจากจุดอื่นนอกเหนือจากจุดบนวัตถุที่รังสีเข้ามา กและ ค, ตกเป็นมุม กไปยังแกนของกล้องโทรทรรศน์ ผ่านโฟกัสด้านหน้าของเลนส์ แล้วจึงขนานกับแกนของระบบ เลนส์ใกล้ตาจะชี้ไปที่โฟกัสด้านหลังในมุมหนึ่ง ข- เนื่องจากระยะห่างจากโฟกัสด้านหน้าของเลนส์ถึงดวงตาของผู้สังเกตนั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับระยะห่างจากวัตถุ ดังนั้นจากแผนภาพในรูปที่ 1 2 เราสามารถหานิพจน์สำหรับการขยายที่ชัดเจนได้ มกล้องโทรทรรศน์:

ม= -tg ข/tg ก = -เอฟ/ฉหรือ เอฟ/ฉ).

เครื่องหมายลบแสดงว่ารูปภาพกลับหัว ในกล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ก็ยังคงเป็นเช่นนั้น กล้องโทรทรรศน์สำหรับสังเกตวัตถุบนพื้นโลกใช้ระบบการกลับด้านเพื่อดูภาพปกติมากกว่าการกลับด้าน ระบบพันรอบอาจรวมเลนส์เพิ่มเติมหรือปริซึมเช่นเดียวกับในกล้องส่องทางไกล

กล้องส่องทางไกล.

กล้องโทรทรรศน์แบบสองตาหรือที่เรียกกันทั่วไปว่ากล้องส่องทางไกลเป็นเครื่องมือขนาดกะทัดรัดสำหรับการสังเกตด้วยตาทั้งสองข้างในเวลาเดียวกัน โดยปกติจะเพิ่มขึ้นจาก 6 เป็น 10 เท่า กล้องส่องทางไกลใช้ระบบแบบพันรอบคู่ (ส่วนใหญ่มักเป็น Porro) ซึ่งแต่ละระบบจะมีปริซึมสี่เหลี่ยม 2 อัน (มีฐานที่ 45°) ซึ่งวางเข้าหากันโดยมีขอบเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า เพื่อให้ได้กำลังขยายสูงในขอบเขตการมองเห็นที่กว้างโดยปราศจากความคลาดเคลื่อนของเลนส์ และด้วยเหตุนี้จึงได้มุมมองที่มีนัยสำคัญ (6-9°) กล้องส่องทางไกลจึงจำเป็นต้องมีช่องมองภาพคุณภาพสูงมาก ซึ่งล้ำหน้ากว่ากล้องโทรทรรศน์ที่มีมุมมองที่แคบ ช่องมองภาพของกล้องส่องทางไกลช่วยในการโฟกัสภาพ และด้วยการแก้ไขการมองเห็น - สเกลของกล้องจะถูกทำเครื่องหมายด้วยไดออปเตอร์ นอกจากนี้ ในกล้องส่องทางไกล ตำแหน่งของช่องมองภาพจะถูกปรับให้เข้ากับระยะห่างระหว่างดวงตาของผู้สังเกต โดยทั่วไปแล้ว กล้องส่องทางไกลจะมีป้ายกำกับตามกำลังขยาย (เป็นทวีคูณ) และเส้นผ่านศูนย์กลางเลนส์ (เป็นมิลลิเมตร) เช่น

8ґ40หรือ7ґ50

อุปกรณ์เกี่ยวกับสายตาช่วยให้เราสำรวจ โลก- กล้องโทรทรรศน์ช่วยให้คุณตรวจจับและตรวจสอบโครงร่างและรายละเอียดของวัตถุในจักรวาลที่อยู่ห่างไกลได้ และกล้องจุลทรรศน์ก็เผยให้เห็นความลับของโลกของเรา เช่น โครงสร้างของเซลล์ของสิ่งมีชีวิต

ดวงตาของเราเป็นเครื่องมือทางการมองเห็นโดยพื้นฐานแล้ว เมื่อเรามองวัตถุ ระบบเลนส์ที่อยู่ด้านหน้าของดวงตาแต่ละข้างจะสร้างภาพวัตถุนั้นบนเรตินา ซึ่งเป็นชั้นของอวัยวะในดวงตาที่มีเซลล์ไวต่อแสงประมาณ 125 ล้านเซลล์ แสงที่ตกบนเรตินาทำให้เซลล์ส่งสัญญาณประสาทไฟฟ้าไปยังสมอง ทำให้เรารับรู้วัตถุด้วยสายตาได้

นอกจากนี้ดวงตายังมีระบบปรับความสว่างอีกด้วย ในที่มีแสงจ้า รูม่านตาจะหดตัวโดยสัญชาตญาณ ทำให้ความสว่างของภาพลดลงจนอยู่ในระดับที่ยอมรับได้ ในที่แสงน้อย รูม่านตาจะขยาย เพื่อเพิ่มความสว่างของภาพ

เลนส์ทำงานอย่างไร?

ระบบเลนส์ตาประกอบด้วยเลนส์นูน เลนส์ และเมมเบรนโค้งที่เต็มไปด้วยของเหลวที่อยู่ด้านหน้าเรียกว่ากระจกตา กระจกตาให้สี่ในห้าของกระบวนการโฟกัสทั้งหมด เลนส์มีการปรับอย่างละเอียด ซึ่งความโค้งของพื้นผิวจะเปลี่ยนไปตามวงแหวนกล้ามเนื้อ (แคปซูล) ที่อยู่รอบๆ เลนส์ เมื่อดวงตาไม่สามารถรับรูปร่างที่จำเป็นได้ ซึ่งมักเกิดจากปัญหาในกล้ามเนื้อเหล่านี้ ภาพของวัตถุที่มองเห็นได้จะพร่ามัว

ภาวะบกพร่องทางการมองเห็นที่พบบ่อยที่สุดคือการไม่สามารถโฟกัสภาพไปที่เรตินาได้ แต่ละรายการ- หากระบบเลนส์ตาแรงเกินไป หรืออีกนัยหนึ่ง หากเลนส์นูนมาก วัตถุที่อยู่ไกลจะเบลอ แต่วัตถุที่อยู่ใกล้จะให้ภาพที่ชัดเจน ผู้ที่เป็นโรคนี้เรียกว่าสายตาสั้น หากความนูนของเลนส์ไม่เพียงพอ วัตถุที่อยู่ใกล้จะเบลอ แต่ภาพของวัตถุที่อยู่ไกลจะยังคงชัดเจน ผู้ที่มีการมองเห็นประเภทนี้เรียกว่าสายตายาว ความผิดปกติทั้งสองสามารถแก้ไขได้ด้วยการสวมแว่นตาหรือคอนแทคเลนส์ คนสายตาสั้นสวมแว่นตาที่มีเลนส์เว้า (ตรงกลางบางกว่า) ซึ่งช่วยให้ดวงตาสามารถโฟกัสไปที่วัตถุที่อยู่ห่างไกลได้ คนสายตายาวสวมแว่นตาที่มีเลนส์นูน (หนาตรงกลาง)

เพิ่มขึ้น

เลนส์นูนที่แข็งแกร่งมักใช้เป็นแว่นขยาย อุปกรณ์ขยายภาพชิ้นแรกถูกใช้เมื่อประมาณ 2,000 ปีที่แล้ว เอกสารกรีกและโรมันโบราณอธิบายว่าภาชนะแก้วทรงกลมที่บรรจุน้ำสามารถนำมาใช้ขยายวัตถุได้อย่างไร เลนส์ที่ทำจากแก้วทั้งหมดปรากฏขึ้นในเวลาต่อมาและอาจถูกใช้ครั้งแรกในศตวรรษที่ 11 โดยพระสงฆ์ที่ทำงานเกี่ยวกับต้นฉบับ ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 13 มีการใช้แว่นขยายที่มีกำลังขยายต่ำในแว่นตาเพื่อแก้ไขสายตายาว แต่เทคนิคการทำเลนส์เว้าเพื่อแก้ไขสายตาสั้นนั้นถูกคิดค้นขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ 15 เท่านั้น

กล้องโทรทรรศน์

เมื่อมีการนำแว่นขยายมาใช้ ผู้คนมักจะพยายามใช้แว่นตาสองอันแทนที่จะเป็นอันเดียวเพื่อให้ได้กำลังขยายที่มากยิ่งขึ้น จากการทดลองค้นพบว่าที่ระยะห่างระหว่างเลนส์ สามารถมองเห็นวัตถุที่อยู่ห่างไกลได้ด้วยกำลังขยายที่มีนัยสำคัญ การจัดเรียงเลนส์นี้ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างกล้องโทรทรรศน์ตัวแรก ซึ่งในเวลานั้นเรียกว่าขอบเขตจำเพาะ การประดิษฐ์อุปกรณ์นี้บางครั้งมีสาเหตุมาจากนักปรัชญาชาวอังกฤษและนักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษในศตวรรษที่ 13 โรเจอร์ เบคอน แต่บางทีฝ่ามืออาจเป็นของนักวิทยาศาสตร์ชาวอาหรับ

เครื่องหักเหของกาลิเลโอ

กล้องโทรทรรศน์นี้สร้างขึ้นในปี 1608 โดย Hans Lippershey ช่างแว่นตาชาวดัตช์ ดึงดูดความสนใจของกาลิเลโอนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี ภายในระยะเวลาอันสั้น นักวิทยาศาสตร์ได้ปรับปรุงการออกแบบของ Lippershey และสร้างท่อหลายอันที่มีลักษณะที่ดีขึ้น ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา เขาได้ค้นพบหลายอย่าง รวมถึงภูเขาและหุบเขาบนดวงจันทร์ เช่นเดียวกับดวงจันทร์ทั้งสี่ดวงของดาวพฤหัสบดี

การค้นพบของกาลิเลโอแสดงให้เห็นความสำคัญของกล้องโทรทรรศน์ และประเภทของเครื่องดนตรีที่เขาใช้กลายเป็นที่รู้จักในชื่อกล้องโทรทรรศน์กาลิเลโอ เลนส์นูนของวัตถุของเขารวบรวมแสงจากวัตถุที่สังเกตได้ และเลนส์เว้าของช่องมองภาพจะเบนแสงในลักษณะที่สร้างภาพขยายโดยตรง เลนส์ถูกติดตั้งไว้ในท่อ ซึ่งท่อหนึ่ง (ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า) เลื่อนเข้าไปด้านในอีกท่อ ทำให้สามารถปรับระยะห่างระหว่างเลนส์ได้ในขณะที่ได้ภาพที่คมชัด

อุปกรณ์เกี่ยวกับสายตาช่วยให้เราสำรวจโลกรอบตัวเรา กล้องโทรทรรศน์ช่วยให้คุณตรวจจับและตรวจสอบโครงร่างและรายละเอียดของวัตถุในจักรวาลที่อยู่ห่างไกลได้ และกล้องจุลทรรศน์ก็เผยให้เห็นความลับของโลกของเรา เช่น โครงสร้างของเซลล์ของสิ่งมีชีวิต

ดวงตาของเราเป็นเครื่องมือทางการมองเห็นโดยพื้นฐานแล้ว เมื่อเรามองวัตถุ ระบบเลนส์ที่อยู่ด้านหน้าของดวงตาแต่ละข้างจะสร้างภาพวัตถุนั้นบนเรตินา ซึ่งเป็นชั้นของอวัยวะในดวงตาที่มีเซลล์ไวต่อแสงประมาณ 125 ล้านเซลล์ แสงที่ตกบนเรตินาทำให้เซลล์ส่งสัญญาณประสาทไฟฟ้าไปยังสมอง ทำให้เรารับรู้วัตถุด้วยสายตาได้

นอกจากนี้ดวงตายังมีระบบปรับความสว่างอีกด้วย ในที่มีแสงจ้า รูม่านตาจะหดตัวโดยสัญชาตญาณ ทำให้ความสว่างของภาพลดลงจนอยู่ในระดับที่ยอมรับได้ ในที่แสงน้อย รูม่านตาจะขยาย เพื่อเพิ่มความสว่างของภาพ

เลนส์ทำงานอย่างไร?

ระบบเลนส์ตาประกอบด้วยเลนส์นูน เลนส์ และเมมเบรนโค้งที่เต็มไปด้วยของเหลวที่อยู่ด้านหน้าเรียกว่ากระจกตา กระจกตาให้สี่ในห้าของกระบวนการโฟกัสทั้งหมด เลนส์มีการปรับอย่างละเอียด ซึ่งความโค้งของพื้นผิวจะเปลี่ยนไปตามวงแหวนกล้ามเนื้อ (แคปซูล) ที่อยู่รอบๆ เลนส์ เมื่อดวงตาไม่สามารถรับรูปร่างที่จำเป็นได้ ซึ่งมักเกิดจากปัญหาในกล้ามเนื้อเหล่านี้ ภาพของวัตถุที่มองเห็นได้จะเบลอ

ภาวะบกพร่องทางการมองเห็นที่พบบ่อยที่สุดคือการไม่สามารถโฟกัสภาพของวัตถุแต่ละชิ้นบนเรตินาได้ ถ้าระบบเลนส์ตาแรงเกินไป หรืออีกนัยหนึ่ง ถ้าเลนส์นูนมาก วัตถุที่อยู่ไกลจะเบลอ แต่วัตถุที่อยู่ใกล้จะให้ภาพที่ชัดเจน ผู้ที่เป็นโรคนี้เรียกว่าสายตาสั้น หากความนูนของเลนส์ไม่เพียงพอ วัตถุที่อยู่ใกล้จะเบลอ แต่ภาพของวัตถุที่อยู่ไกลจะยังคงชัดเจน ผู้ที่มีการมองเห็นประเภทนี้เรียกว่าสายตายาว ความผิดปกติทั้งสองสามารถแก้ไขได้ด้วยการสวมแว่นตาหรือคอนแทคเลนส์ คนสายตาสั้นสวมแว่นตาที่มีเลนส์เว้า (ตรงกลางบางกว่า) ซึ่งช่วยให้ดวงตาสามารถโฟกัสไปที่วัตถุที่อยู่ห่างไกลได้ คนสายตายาวสวมแว่นตาที่มีเลนส์นูน (หนาตรงกลาง)

เพิ่มขึ้น

เลนส์นูนที่แข็งแกร่งมักใช้เป็นแว่นขยาย อุปกรณ์ขยายภาพชิ้นแรกถูกใช้เมื่อประมาณ 2,000 ปีที่แล้ว เอกสารกรีกและโรมันโบราณบรรยายถึงวิธีการใช้ภาชนะแก้วทรงกลมที่เต็มไปด้วยน้ำเพื่อขยายวัตถุต่างๆ เลนส์ที่ทำจากแก้วทั้งหมดปรากฏขึ้นในเวลาต่อมาและอาจถูกใช้ครั้งแรกในศตวรรษที่ 11 โดยพระสงฆ์ที่ทำงานเกี่ยวกับต้นฉบับ ในช่วงปลายศตวรรษที่ 13 มีการใช้แว่นขยายที่มีกำลังขยายต่ำในแว่นตาเพื่อแก้ไขสายตายาว แต่เทคนิคการทำเลนส์เว้าเพื่อแก้ไขสายตาสั้นนั้นถูกคิดค้นขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ 15 เท่านั้น

กล้องโทรทรรศน์

เมื่อมีการนำแว่นขยายมาใช้ ผู้คนมักจะพยายามใช้แว่นตาสองอันแทนที่จะเป็นอันเดียวเพื่อให้ได้กำลังขยายที่มากยิ่งขึ้น จากการทดลองค้นพบว่าที่ระยะห่างระหว่างเลนส์ สามารถมองเห็นวัตถุที่อยู่ห่างไกลได้ด้วยกำลังขยายที่มีนัยสำคัญ การจัดเรียงเลนส์นี้ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างกล้องโทรทรรศน์ตัวแรก ซึ่งในเวลานั้นเรียกว่าขอบเขตจำเพาะ การประดิษฐ์อุปกรณ์นี้บางครั้งมีสาเหตุมาจากนักปรัชญาชาวอังกฤษและนักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษในศตวรรษที่ 13 โรเจอร์ เบคอน แต่บางทีฝ่ามืออาจเป็นของนักวิทยาศาสตร์ชาวอาหรับ

เครื่องหักเหของกาลิเลโอ

กล้องโทรทรรศน์นี้สร้างขึ้นในปี 1608 โดย Hans Lippershey ช่างแว่นตาชาวดัตช์ ดึงดูดความสนใจของกาลิเลโอนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี ภายในระยะเวลาอันสั้น นักวิทยาศาสตร์ได้ปรับปรุงการออกแบบของ Lippershey และสร้างท่อหลายอันที่มีลักษณะที่ดีขึ้น ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา เขาได้ค้นพบหลายอย่าง รวมถึงภูเขาและหุบเขาบนดวงจันทร์ เช่นเดียวกับดวงจันทร์ทั้งสี่ดวงของดาวพฤหัสบดี

การค้นพบของกาลิเลโอแสดงให้เห็นความสำคัญของกล้องโทรทรรศน์ และประเภทของเครื่องดนตรีที่เขาใช้กลายเป็นที่รู้จักในชื่อกล้องโทรทรรศน์กาลิเลโอ เลนส์นูนของวัตถุของเขารวบรวมแสงจากวัตถุที่สังเกตได้ และเลนส์เว้าของช่องมองภาพจะหักเหรังสีของแสงในลักษณะที่สร้างภาพขยายโดยตรง เลนส์ถูกติดตั้งไว้ในท่อ ซึ่งท่อหนึ่ง (ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า) เลื่อนเข้าไปด้านในอีกท่อ ทำให้สามารถปรับระยะห่างระหว่างเลนส์ได้ในขณะที่ได้ภาพที่คมชัด

กล้องโทรทรรศน์กาลิเลโอทำงานโดยใช้หลักการหักเหของแสง จึงเรียกอีกอย่างว่ากล้องโทรทรรศน์หักเหแสง กล้องโทรทรรศน์หักเหแสงอีกประเภทหนึ่งมีลักษณะนูนของเลนส์ทั้งสอง การออกแบบนี้ทำให้ได้ภาพขยายแต่กลับหัว และเป็นที่รู้จักในชื่อกล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์

ตัวสะท้อนแสงของนิวตัน

ปัญหาสำคัญอย่างหนึ่งของกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงในยุคแรกๆ คือข้อบกพร่องของเลนส์ที่เรียกว่าความคลาดเคลื่อนสี ซึ่งทำให้รัศมีสีที่ไม่ต้องการปรากฏรอบๆ ภาพ เพื่อขจัดข้อบกพร่องนี้ภาษาอังกฤษ นักวิทยาศาสตร์ไอแซคนิวตันออกแบบกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงในคริสต์ทศวรรษ 1660 ในการรวมแสงเข้าด้วยกันและสร้างภาพนั้น จะใช้กระจกเว้าแทนเลนส์ใกล้วัตถุ ซึ่งไม่ก่อให้เกิดรัศมีสี กระจกแบนสะท้อนแสงเข้าสู่เลนส์ช่องมองภาพนูนซึ่งติดตั้งอยู่ที่ด้านข้างของท่อหลัก เครื่องมือประเภทนี้เรียกว่ากล้องโทรทรรศน์นิวตัน

กล้องจุลทรรศน์

แว่นขยายบางครั้งเรียกว่า กล้องจุลทรรศน์ธรรมดาเพราะใช้เมื่อสังเกตวัตถุขนาดเล็ก

กล้องจุลทรรศน์แบบผสมประกอบด้วยเลนส์นูนสองตัว เลนส์ใกล้วัตถุจะสร้างภาพขยาย ซึ่งจะถูกขยายอีกครั้งด้วยเลนส์ใกล้ตา เช่นเดียวกับในกล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ ภาพนี้จะกลับหัว กล้องจุลทรรศน์แบบผสมหลายตัวมีชุดเลนส์ใกล้วัตถุซึ่งมีกำลังขยายที่แตกต่างกัน