URZĄDZENIA OPTYCZNE

Co to jest urządzenie optyczne? Urządzenie optyczne - urządzenie służące do zmieniania drogi promieni świetlnych, a czasem także promieni niektórych innych form promieniowania elektromagnetycznego. W zależności od konstrukcji, służyć może do różnych celów, np. obserwacji obiektów trudno lub wręcz w ogóle nie rozpoznawalnych za pomocą nieuzbrojonego ludzkiego oka (obiektów zbyt małych), obserwacji obiektów zasłoniętych dla bezpośredniej obserwacji, projekcji lub ekspozycji obrazów, nadania oświetleniu odpowiedniego kierunku i kształtu, lub też korekty wad wzroku.

Oko Oko człowieka 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. 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.

Tor światła w oku, gdy patrzy się na dużą odległość (A), i z soczewką przystosowaną dla widzenia bliskiego obiektu (B). W drugim przypadku, soczewka jest grubsza i bardziej wypukła w wyniku skurczenia mięśni wokół soczewki

Różne kolory świata… 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) .

Dlaczego człowiek ma parę oczu? Gdy patrzymy na przedmiot ustawiony bardzo daleko od nas osie patrzenia obu oczu ustawione są prawie równolegle. Jeżeli przedmiot ten będziemy zbliżali w naszym kierunku, to mięśnie gałek ocznych będą zmieniać położenie gałek tak by osie widzenia podążały za tym przedmiotem, a tym samym przecięły się. Zjawisko to nosi nazwę konwergencji. Im bliżej oczu znajdzie się nasz przedmiot, tym osie patrzenia przetną się pod większym kątem. Analizując ten kąt mózg człowieka wnioskuje o odległości obserwowanego przedmiotu od oczu. Dzięki temu widzimy trójwymiarowo.

Lupa Jest to najprostszy przyrząd optyczny służący do obserwacji drobnych przedmiotów, których szczegóły przy oglądaniu gołym okiem są słabo lub całkiem niewidoczne. W najprostszym przypadku lupę stanowi pojedyncza soczewka dodatnia. Działanie lupy polega na zwiększeniu kąta widzenia, pod jakim oko obserwuje przedmiot. Obraz powstający w lupie jest pozorny i powiększony.

Luneta Lunety służą głównie do obserwacji odległych przedmiotów. Składają się z dwóch podstawowych części: obiektywu i okularu, osadzonych współosiowo na przeciwległych końcach metalowej rury. Długość rury jest tak dobrana, aby ognisko obrazowe obiektywu pokrywało się z ogniskiem przedmiotowym .

Jak działa luneta? Luneta jest zatem układem bezogniskowym, tzn. że równoległa wiązka światła wchodząca do lunety wychodzi z niej również jako równoległa. Rozmiary obrazu otrzymywanego za pomocą lunety nie są większe od rzeczywistych rozmiarów przedmiotu; działanie jej polega jedynie na powiększeniu kąta widzenia pod jakim patrzymy na przedmiot, czyli na pozornym zbliżeniu przedmiotu do obserwatora. Obraz jest zatem odwrócony i rzeczywisty.

Lornetka Lornetka jest to przyrząd ułatwiający oglądanie obojgiem oczu odległych przedmiotów. Składający się z odpowiednio połączonych dwóch lunet. Lornetka pryzmatyczna posiada zarówno okular, jak i obiektyw o dodatniej ogniskowej, pomiędzy nimi znajduje się układ pryzmatyczny umożliwiający otrzymanie prostego, nie odwróconego obrazu.

Jak działa lornetka? Najczęściej w lornetkach pryzmatycznych, uzyskuje się powiększenia od 6-do 12-krotnych. Aby powiększyć obraz uzyskany przez obiektyw i skierować go do naszego oka w formie równoległych wiązek światła używa się okularu, który w najprostszej postaci może składać się z jednej soczewki rozpraszającej lub skupiającej. W lornetce znajdują się jeszcze pryzmaty, które służą do odwrócenia obrazu uzyskiwanego przez obiektyw, tak aby po przejściu przez okular był on prosty.

Mikroskop Mikroskop, czyli "silny" instrument optyczny do oglądania w powiększeniu małych przedmiotów, został wynaleziony w 1673r. Inni mówią, że mikroskop optyczny wynalazł Holender van Jansen w 1590r. Udoskonalił ten przyrząd Leeuwenhoek, urzędnik z Delft, który biologią zajmował się tylko amatorsko. Szlifował on niezwykle precyzyjnie szklane soczewki w taki sposób, że jego mikroskop powiększał aż 300 razy. Przy takim powiększeniu można już było obserwować mikroorganizmy. W 1683r. Leeuwenhoek opublikował pierwsze rysunki bakterii i pierwotniaków. Pierwsze komórki pod mikroskopem zaobserwował w 1655r. angielski uczony Robert Hooke. Pierwsze mikroskopy miały tylko jedną soczewkę i nazywane były mikroskopami prostymi.

Budowa mikroskopu 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).

Jak działa mikroskop? 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 tzw. złożony ma nie jedną, lecz dwie soczewki. Obiektyw wytwarza powiększony obraz przedmiotu, a okular powiększa ten obraz jeszcze bardziej. Powstający obraz jest więc pozorny, powiększony i odwrócony.

Projektor przezroczy Urządzenie projekcyjne służące do wyświetlania przezroczy (diapozytywów) na ścianie lub ekranie projekcyjnym. Rzutnik umożliwia prezentację w powiększeniu przezroczy oświetlonych światłem przechodzącym. Ma zastosowanie jako sprzęt dydaktyczny, lecz ze względu na coraz powszechniejsze użycie aparatów cyfrowych jest coraz częściej wypierany przez projektory komputerowe, umożliwiające rzucanie na ścianę obrazów nieruchomych lub ruchomych bezpośrednio z aparatów cyfrowych, komputera, lub innych nośników danych w zastępstwie wyświetlania ich na monitorze komputerowym. Powstający obraz jest rzeczywisty, powiększony i odwrócony.

Epidiaskop Urządzenie projekcyjne służące do wyświetlania obrazów statycznych (nieruchomych) na ścianie lub typowym białym ekranie projekcyjnym, będące połączeniem episkopu i diaskopu, czyli umożliwiające prezentację w powiększeniu materiałów oświetlonych światłem odbitym lub przechodzącym. Epidiaskop należy do sprzętu biurowego lub dydaktycznego, i jest obecnie wypierany przez projektory komputerowe, umożliwiające rzucanie na ścianę obrazów nieruchomych lub ruchomych bezpośrednio z komputera, w zastępstwie wyświetlania ich na monitorze komputerowym.

Monokl Przyrząd optyczny służący do korekty wad wzroku lub uzyskania określonego wyglądu, rodzaj ozdoby. Jest to rodzaj okularów na jedno oko, utrzymywanych na miejscu i we właściwej pozycji dzięki ciasnemu osadzeniu w okolicy oczodołów, tak, że górna krawędź monokla oparta jest o łuk brwiowy od jego wewnętrznej strony, zaś dolna podtrzymywana jest przez fałdek skóry oczodołu. Monokl często bywał przymocowany na łańcuszku do kieszeni kamizelki fraka, tzw. wizytki.

Peryskop Peryskop to przyrząd optyczny służący do obserwacji przedmiotów znajdujących się poza polem widzenia obserwatora lub zakrytymi przeszkodami . Pierwotna koncepcja opiera się na systemie luster umocowanych na wysięgniku. Jest zbudowany z zagiętej rury i dwóch zwierciadeł. Wynalazcą peryskopu jest gdański astronom Jan Heweliusz. W peryskopach stosowanych w wojsku zainstalowany jest też często układ lornetki i dalmierza optycznego.

Teleskop Przyrząd optyczny złożony z dwóch elementów optycznych: obiektywu i okularu (teleskop soczewkowy) lub z okularu i zwierciadła (teleskop zwierciadlany) połączonych tubusem. Służy do powiększania odległych obrazów. Zarówno teleskop soczewkowy, jak i teleskop zwierciadlany dają obraz rzeczywisty, powiększony i odwrócony (soczewkowy). Buduje się wiele rodzajów teleskopów – od prostych przyrządów optycznych służących do obserwacji krajobrazu po złożone urządzenia służące w astronomii (głównie teleskopy zwierciadlane, np. teleskop Hubble'a).

Jak działa teleskop? Powstający na powierzchni ogniskowej obraz może być zarejestrowany na kliszy fotograficznej, za pomocą detektora CCD współpracującego z komputerem lub przez inne przyrządy, np. fotometry, spektrografy, umieszczone w tej płaszczyźnie lub w innym miejscu, do którego promieniowanie z płaszczyzny ogniskowej zostanie doprowadzone przez odpowiednie układy optyczne. W zależności od tego, czy do skupienia dających obraz promieni wykorzystuje się zjawisko załamania czy odbicia, teleskopy dzielą się na refraktory i reflektory.

Aparat fotograficzny Aparat fotograficzny jest przyrządem służącym do wykonywania zdjęć fotograficznych. Pierwowzorem aparatu fotograficznego było urządzenie nazywane camera obscura.

Jak działa aparat fotograficzny? Światło wchodzi przez obiektyw i przechodzi przez przesłonę, która rozszerzając się lub zwężając reguluje jego ilość. Teraz skupione światło wpuszczone przez migawkę aparatu osiąga film. Aparaty mają dodatkowo wizjer – urządzenie do rejestrowanego obrazu.

Dziękujemy za uwagę Piotr Dudek Szymon Żak