Prezentacja: "Przyrządy optyczne"
advertisement
Przyrządy optyczne Wykonała Justyna Cygan Kl.3c Oko To najdoskonalszy narząd optyczny jaki został kiedykolwiek stworzony. Natura obdarzyła człowieka tak doskonałym tworem, że przez stulecia starał się ją naśladować poprzez budowanie soczewek, teleskopów i innych urządzeń optycznych działających na ogólnych zasadach działania oka. Jak działa oko? Światło wpadające do oka biegnie przez rogówkę, komorę przednią oka, soczewkę i ciało szkliste, by zakończyć swą podróż na siatkówce wywołując wrażenie wzrokowe przekazywane do mózgu za pośrednictwem nerwów łączących się w nerw wzrokowy. Rogówka, wraz z cieczą wodnistą, soczewką i ciałem szklistym, stanowią układ skupiający promienie świetlne tak, by na siatkówce pojawiał się ostry obraz obserwowanego przedmiotu i dawał jak najostrzejsze wrażenie wzrokowe. Dlatego też soczewka ma możliwość zmiany swojego kształtu, a co za tym idzie mocy optycznej. Pozwala to na ogniskowanie na siatkówce przedmiotów znajdujących się w różnych odległościach od oka. Zdolność tę nazywamy akomodacją czyli zjawiskiem dostosowania się oka do oglądania przedmiotów znajdujących się w różnych odległościach. Dostosowanie to polega na odpowiednim doborze ostrości widzenia. Ostre widzenie uzyskiwane jest wtedy, gdy ognisko obrazowe pokrywa się z siatkówką. W przypadku, gdy oko nie jest w stanie zogniskować światła dokładnie na siatkówce mówimy o wadach wzroku. Wady wzroku Krótkowzroczność Dalekowzroczność Astygmatyzm Daltonizm Zez Krótkowzroczność Osoba cierpiąca na krótkowzroczność ma trudności z widzeniem przedmiotów odległych, ponieważ obrazy przedmiotów widzianych powstają przed siatkówką. Przyczyną jest zwykle dłuższa gałka oczna lub zbyt duża siła łamiąca soczewki lub rogówki, które mocniej niż normalnie załamują światło. Krótkowzroczność jest często dziedziczna. Zwykle pojawia się w wieku szkolnym i rozwija do lat dwudziestu lub trzydziestu. Korygują tę wadę wzroku szkła lub soczewki kontaktowe rozpraszające, minusowe. Są one wklęsłe-cieńsze w środku, grubsze na obwodzie. W celu skorygowania krótkowzroczności coraz częściej stosuje się zabiegi chirurgiczne za pomocą lasera. Eliminują one całkowicie lub częściowo konieczność noszenia szkieł korekcyjnych. Dalekowzroczność Osoby z tą wadą wzroku widzą lepiej przedmioty dalekie niż bliskie. Przyczyną dalekowzroczności może być zbyt krótka gałka oczna lub zbyt słaby układ optyczny (soczewka i rogówka za słabo załamują światło). Dzieci i młode osoby dorosłe zwykle nie odczuwają skutków tej wady wzroku, ponieważ potrafią ją kompensować. Mięśnie regulujące akomodację soczewki pogrubiają ją , zwiększając jej refrakcję. Mechanizm ten jest odruchowy. Dłuższe skupianie wzroku na przedmiotach bliskich powoduje zmęczenie tych mięśni, co objawiać się może bólami głowy. Zwykle objawia się to w wieku średnim, kiedy zmniejsza się zdolność korekcyjna soczewki. Wtedy trzeba zastosować szkła korekcyjne, mające soczewki wypukłe, a więc skupiające, dodatnie. Pewne postacie dalekowzroczności można również leczyć chirurgią laserową. Astygmatyzm Powodem tej wady wzroku jest nieregularny kształt rogówki - przezroczystej, wypukłej płytki stanowiącej przednią część gałki ocznej. W astygmatyzmie poszczególne miejsca rogówki - południki - załamują światło z niejednakową siłą, w związku z czym promienie światła nie spotykają się na siatkówce w jednym punkcie, tylko tworzą smugę. Kształt rogówki w astygmatyzmie można porównać do elipsy, w której południki mają różną moc łamiącą. Wynikiem jest to, że astygmatycy widzą przedmioty zamazane i zniekształcone. Zniekształcenie obrazów w astygmatyzmie można porównać ze zniekształceniem obrazów w krzywym zwierciadle. Rodzaj i stopień zniekształcenia przedmiotów w krzywym zwierciadle zależy od rodzaju i stopnia zniekształcenia samego zwierciadła. Szkła korygujące astygmatyzm ( tzw. soczewki toryczne ) mają analogiczną moc łamiącą jak rogówka, ale wzdłuż południków. W ten sposób nieprawidłowości w załamaniu promieni świetlnych przez rogówkę i przez soczewkę okularów znoszą się wzajemnie i na siatkówce powstaje wyraźny obraz. Astygmatyzm zwykle rozwija się bardzo wcześnie ustala już w pierwszych kilku latach życia. Często towarzyszy mu krótkowzroczność lub dalekowzroczność. Oczywiście szkła powinny być tak dostosowane, aby korygowały obydwie wady wzroku. Daltonizm Zaburzenia w rozpoznawaniu barw, zaburzenia wrodzone , dziedziczne polegające na nierozpoznawaniu barwy: czerwonej (protanopia), zielonej (deuteranopia), czerwono zielonej (daltonizm), żółto-niebieskiej (tritanopia). Zaburzenia rozpoznawania barw występują głównie u mężczyzn (około 15 %), wyjątkowo u kobiet. Daltonizm nabyty może pojawić się w wyniku uszkodzenia siatkówki lub dróg wzrokowych, a także po stosowaniu niektórych leków. Nazwa pochodzi od nazwiska chemika angielskiego J. Daltona, który jako pierwszy opisał daltonizm w 1794 r. Zez Wada oczu objawiająca się osłabieniem mięśni ocznych, co powoduje zmianę kąta patrzenia jednego oka względem drugiego. Efektem zeza jest zaburzenie widzenia stereoskopowego. Osoby z zezem mogą mieć trudności z prowadzeniem pojazdów mechanicznych (np. samochody) oraz operowaniem maszynami i urządzeniami w ruchu. Trudno im też uprawiać niektóre sporty, takie jak np. siatkówkę, łatwiej natomiast radzą sobie z czynnościami związanymi z dobrze rozwiniętą wyobraźnią przestrzenną, np. przy obróbce grafiki trójwymiarowej. Przyczyną zeza mogą być zmiany w rozwoju ośrodków kojarzeniowych kory mózgowej, także zmiany wewnętrznego aparatu (w przypadku zespołu Marfana zwłaszcza nieprawidłowe funkcjonowanie mięśni okoruchowych). Zeza można zniwelować za pomocą odpowiednich okularów i ćwiczeń, lub chirurgicznie. Kolory Oko odbiera tylko część promieniowania nań padającego. Związane jest to z własnościami fizyko-chemicznymi rogówki, czopków i pręcików. Odbieramy zatem tylko światło, które mieści się w zakresie tzw. okna optycznego. Okno optyczne to przedział długości fali elektromagnetycznej (światła) od ok. 400nm (co odpowiada światłu o barwie fioletowej) do ok. 700nm (co odpowiada światłu o barwie czerwonej). Powyżej długości 700nm znajduje się niewidoczna dla człowieka podczerwień, a poniżej 400nm, również niewidoczny, ultrafiolet. Do fal elektromagnetycznych zaliczamy także niewidoczne dla człowieka promienie gamma, promienie X i inne. Promieniowanie o długości fali spoza okna optycznego nie jest przepuszczane przez rogówkę oka. Promieniowanie, które wniknie do oka w różnym stopniu wywołuje reakcje elektrochemiczne w czopkach i pręcikach stając się źródłem bodźców. Ze względu na różną budowę czopków i pręcików występują różne właściwości widzenia ciemnego (przy małym oświetleniu, np. w nocy) i jasnego (przy dużym oświetleniu, np. w dzień) . Obraz przedmiotu na siatkówce jest odwrócony "do góry nogami", a wynika to z fizycznej budowy oka (soczewka odwraca obraz). W pierwszych dniach życia mózg człowieka uczy się widzieć prawidłowy obraz obracając go by w późniejszym życiu robić to automatycznie. Czyli niemowlę widzi świat "postawiony na głowie" i dopiero po pewnym czasie zaczyna widzieć normalnie. Mikroskop Mikroskop, czyli "silny" instrument optyczny do oglądania w powiększeniu małych przedmiotów, niezwykle precyzyjnie szklane soczewki sprawiają , że mikroskop powiększa o tysięczne raza. W mikroskopie światło - po przejściu przez pryzmat załamywane jest przez soczewkę obiektywu i trafia do oka obserwatora. Soczewka sprawia, że przedmiot wydaje się większy niż w rzeczywistości. Mikroskop jest zbudowany z: -okularu- służy do powiększenia obrazu, -Tubusa- służy do formowania powiększonego obrazu pośredniego, -Rewolweru- umożliwia prostą zmianę obiektywu, -Obiektywów- zbierają światło wychodzące z przedmiotu i tworzą jego powiększony obraz pośredni, -Kondensora- koncentruje światło formując z niego stożek, A także: - śruby makrometrycznej, która służy do wstępnej regulacji odległości, - śruby mikrometrycznej, która służy do ustalenia ostrości, - lusterka, które służy do naświetlania badanego obiektu; Mikroskop optyczny, przyrząd optyczny służący do uzyskiwania silnie powiększonych obrazów małych przedmiotów. Zasadniczo zbudowany jest z tubusu zawierającego na swoich końcach okular i obiektyw (oba działające jak soczewki skupiające). Ponadto mikroskop optyczny posiada układ oświetlenia preparatu (kondensor) i stolik preparatowy (czasami wyposażony w mikromanipulator). Obiektyw mikroskopu optycznego daje rzeczywisty, odwrócony i powiększony obraz przedmiotu, okular pełni rolę lupy, przez którą ogląda się obraz dawany przez obiektyw. Obraz oglądany w okularze jest obrazem pozornym i silnie powiększonym, przy znanych oddzielnie powiększeniach okularu i obiektywu powiększenie mikroskopu optycznego jest iloczynem tych powiększeń. W praktyce stosuje się powiększenia od kilkudziesięcio- do ponad tysiąckrotnych. Najlepsze mikroskopy optyczne pozwalają dostrzegać szczegóły przedmiotu o rozmiarach kilkuset nm. Dalszy wzrost zdolności rozdzielczej jest ograniczony długością fali światła, pewne poprawienie zdolności rozdzielczej można uzyskać konstruując mikroskop optyczny do obserwacji w nadfiolecie (tzw. mikroskopy ultrafioletowe). Jasność obrazu mikroskopu optycznego jest proporcjonalna do rozwartości kąta, czyli wiązki wchodzącej do obiektywu (tzw. apertura wejściowa mikroskopu optycznego, imersyjny obiektyw mikroskopu). W konstrukcji obiektywu pożądane jest też uzyskanie jak najmniejszej ogniskowej, oba te czynniki powodują, że bieg promieni daleki jest od biegu promieni przyosiowych, stąd poważnym problemem przy wykonywaniu obiektywów mikroskopowych jest usunięcie powstających wad optycznych. W tym celu jako obiektywy stosuje się skomplikowane, wielosoczewkowe układy optyczne (najprostszy z nich, tzw. obiektyw aplanatyczny Amiciego, posiada 6 soczewek). Zastosowanie w mikroskopie optycznym obiektywu zwierciadlanego pozwala na zwiększenie odległości przedmiotu od obiektywu i umożliwia wyposażenie mikroskopu optycznego w dodatkowe elementy: komory grzejne lub chłodzące oraz mikromanipulatory. Podstawowymi wielkościami charakteryzującymi mikroskop optyczny są powiększenie i zdolność rozdzielcza; maks. użyteczne powiększenie jest wyznaczone przez zdolność rozdzielczą, która z kolei jest ograniczona przez dyfrakcję światła; zdolność rozdzielcza mikroskopu optycznego rośnie ze wzrostem apertury i zmniejszeniem długości fali świetlnej. Rodzaje mikroskopów mikroskop akustyczny mikroskop elektronowy mikroskop fluorescencyjny mikroskop holograficzny mikroskopy konfokalne mikroskop metalograficzny mikroskop operacyjny mikroskop optyczny (mikroskop świetlny) mikroskop polaryzacyjny mikroskop pomiarowy mikroskop porównawczy mikroskop sił atomowych mikroskop stereoskopowy mikroskop warsztatowy skaningowy mikroskop tunelowy Lupa Lupa , "mikroskop prosty" jest przyrządem optycznym służącym do bezpośredniej obserwacji drobnych przedmiotów. W ścisłym znaczeniu tego słowa jest to jedna soczewka dodatnia o powiększeniu co najmniej trzykrotnym. Soczewki dające mniejsze niż trzykrotne powiększenie nazywane są szkłami powiększającymi. Lupa zbudowana jest z jednej soczewki skupiającej lub z zespołu soczewek umieszczonych w oprawce. Lupa tworzy obraz przedmiotu pozorny, prosty, powiększony. Ze względu na konstrukcję układu optycznego wyróżnia się rodzaje lup: Lupa prosta – składająca się z jednej soczewki. Lupa aplanatyczna – składająca się z dwóch identycznych płaskowypukłych soczewek, wypukłościami skierowanymi do siebie. Lupa achromatyczna – składająca się z dwóch sklejonych ze sobą soczewek – dodatniej dwuwypukłej wykonanej ze szkła kron (szkło optyczne o dużej zawartości tlenku potasu) i ujemnej wykonanej ze szkła flint (szkło optyczne o wysokiej zdolności rozszczepiania światła). Lupa aplanatyczna Steinheila – składająca się z jednej dwuwypukłej soczewki dodatniej, oraz dwóch doklejonych do niej po obu stronach identycznych menisków. Soczewka dodatnia wykonana ze szkła kron, a meniski ze szkła flint. Lupa achromatyczno – aplanatyczna – składająca się z trzech, lub większej liczby soczewek. Lupa ortoplanatyczna – składająca się z czterech soczewek. Lupa astygmatyczna – składająca się przynajmniej z czterech soczewek. Powiększenie lupy Powiększenie kątowe lupy zależy od ustawienia lupy względem oka i określa je przybliżony wzór w którym Lo – odległość najlepszego widzenia, f – ogniskowa soczewki, L – odległość obrazu od oka, D – zdolność zbierająca soczewki. Lupa daje obraz możliwy do oglądania o największym powiększeniu kątowym, gdy tworzony przez nią obraz jest w odległości najlepszego widzenia. Wówczas powiększenie kątowe wynosi: Dla przeciętnej osoby bez wad wzroku odległość najlepszego widzenia jest określana na 0,25 m, w tej sytuacji powiększenie lupy określa wzór: Odległość obserwowanego przedmiotu od soczewki powinna być mniejsza od ogniskowej. Wymóg ten jest konieczny do otrzymania obrazu pozornego. Można jednak użyć lupy (chociaż niezgodnie z przeznaczeniem) do otrzymania rzeczywistego obrazu na ekranie. Spotyka się lupy w postaci arkusza przezroczystej folii będącej soczewką Fresnela, jak i bardziej rozpowszechnione ze szkła. Lupa składająca się z jednej soczewki i zaopatrzona w uchwyt, nazywana bywa szkłem powiększającym. soczewka Fresnela Zastosowanie Lupy mają liczne zastosowania w następujących dziedzinach: W edukacji na lekcjach biologii do oglądania preparatów roślinnych i zwierzęcych. W mikroskopii do wstępnej analizy, obserwacji, oraz preparowania różnego rodzaju materiałów. Stosowane są najczęściej lupy umieszczane na specjalnych podstawach. W numizmatyce i filatelistyce do oceny stanu monet i znaczków. W zegarmistrzostwie przy naprawie i wymianie drobnych elementów wykorzystywane są specjalne lupy zegarmistrzowskie utrzymywane przez mięśnie okrężne oka. W jubilerstwie do sprawdzania i oceny jakości kamieni szlachetnych, zwłaszcza zanieczyszczeń diamentów. W drukarstwie – lupy na specjalnej przeźroczystej podstawie o różnym zakresie powiększeń (najczęściej od 3x do 10x) służące do dobierania kolorów oraz oceny jakości wydruków. W włókiennictwie do sprawdzania poprawności ściegów oraz liczenia ilości poszczególnych włókien przypadających na daną powierzchnię lub długość (powiększenia od 3x do 12x). W fotografii do przeglądu negatywów i slajdów. W geologi do identyfikacji składników skał. Najczęściej są to lupy składane zabierane w teren, gdzie nie można zabrać mikroskopu. W elektronice do kontroli powierzchni montażowych elementów elektronicznych, wad produkcyjnych, oceny jakości złącz lutowanych. W entomologii do obserwacji cech morfologicznych owadów. W stomatologii oraz chirurgii wykorzystywane są specjalne lupy okularowe będące modyfikacją lunety Galileusza. W wyznaczaniu twardości materiałów – lupa Brinella (powiększenie zazwyczaj od 8x do 12x) z podziałką (najczęściej wartość działki elementarnej wynosi 0,1 mm) wykorzystywana do pomiaru średnicy odcisku pozostawionego przez wciskaną stalową kulkę w badany materiał podczas badania twardości metodą Brinella. Koniec Dziękuję za uwagę
