Optyka geometryczna i Instrukm, Prezentacje z Optyka

Pobierz Optyka geometryczna i Instrukm i więcej Prezentacje w PDF z Optyka tylko na Docsity! 1100-1BO15, rok akademicki 2017/18 Przyrządy (instrumenty) optyczne Przyrządy optyczne  Zgodnie z zasadą Huygensa każdy punkt wewnątrz szczeliny staje się źródłem elementarnej fali kulistej. Do dowolnego punktu ekranu odległego od przysłony o odległość z, znacznie większą od długości fali świetlnej (z » λ), docierają przyczynki od wszystkich fal elementarnych. Wypadkowe natężenie światła w każdym punkcie ekranu jest wynikiem interferencji wszystkich fal składowych.     2 /2 /2sin za za I     a z m m 2    a z m m 2    zA tansin a2sin   m a z A  2     2 1 /2 /22 zr zrJ I     r z R  22,12   W optyce instrumentalnej przyjęło się za taką umowną granicę uznać sytuację, gdy maksimum natężenia w jednej plamce przypada na pierwsze minimum natężenia w drugiej plamce. W środku wypadkowego rozkładu natężenia światła występuje wtedy niewielkie minimum pozwalające orzec, że pochodzi ono w istocie od dwóch punktów. Określa się to mianem kryterium Rayleigha. W przypadku, gdy aberracje są zaniedbywalnie małe w porównaniu z wpływem dyfrakcji graniczna wartość dwupunktowej (kątowej) zdolności rozdzielczej według Rayleigha wynosi, zgodnie ze wzorem.  Im mniejszy kąt graniczny tym większa (lepsza) zdolność rozdzielcza. r gr 2 22,1    Obraz punktu po przejściu światła przez układ optyczny bez aberracji z kołową przesłoną aperturową.  W dużej odległości od apertury kąt, pod jakim jest widziane pierwsze minimum, mierzony od kierunku padania światła, jest dany przybliżonym wzorem (kryterium Rayleigha):  λ – długość fali światła, d – średnica apertury. d   22.1sin  F F’ F F’ w' F F’ yy' s' s s’z w'w  Powiększenie wizualne lupy  gdy przedmiot leży w płaszczyźnie ogniskowej (oko pracuje bez akomodacji):  gdy obraz powstaje w odległości dobrego widzenia:  Aperturę lupy ogranicza źrenica oka.  Pole widzenia zależy od położenia oka względem lupy. 4'   f D 1 4 1      f D wikipedia.org  Obarczona znacznymi aberracjami.  Stosowana w technice oświetleniowej i jako „płaskie” szkła powiększające.  W lunecie Galileusza nie można ograniczać apertury oprawą obiektywu.  Ograniczeniem jest źrenica oka! Oprawa obiektywu pełni funkcję przysłony polowej.  Bieg promieni aperturowych i polowych w lunecie Galileusza:  Luneta Keplera (zwana astronomiczną) daje obraz odwrócony.  Okular jest soczewką skupiającą.  Ogniska pokrywają się.  Powiększenie wizualne lunety wynosi: ok ob f f ' '   Powiększenie wizualne jest równe stosunkowi średnicy źrenicy wejściowej i źrenicy wyjściowej, którą jest źrenica oka.  Wielkość źrenicy oka (2-8 mm) decyduje o aperturze i jasności lunety.  Bieg promieni polowych i aperturowych w lunecie Keplera:  Mikroskop składa się z obiektywu i okularu.  Służy do obserwacji małych, blisko położonych przedmiotów.  Odległość Δ między ogniskiem obrazowym obiektywu a ogniskiem przedmiotowym okularu wynosi około 17 cm i zwana jest długością tubusa.  Obiektyw daje obraz rzeczywisty, odwrócony, powiększony:  Okular działa jak lupa. Jego powiększenie wizualne wynosi:  Całkowite powiększenie typowego mikroskopu jest równe:  W typowym mikroskopie maksymalne powiększenia są nie większe niż 2000 (obiektyw x100, okular x16). Większe powiększenia uzyskać trudno ze względu na dyfrakcję światła na soczewkach. W przypadku dużych obiektywów (x100) stosuje się ciecze immersyjne w celu zwiększenia kata aperturowego. Apertura numeryczna obiektywu: ob ob f '   ok ok f D '  okobokob okob ff tD ff D ''''     sinnNA   Statyw, korpus mikroskopu: utrzymuje konstrukcję mikroskopu. Konstrukcja statywu określa, czy odległość obiektyw-przedmiot jest regulowana poprzez przesuwanie w pionie stolika przedmiotowego, czy tubusa.  Stolik przedmiotowy: do niego mocuje się obserwowany preparat. Stolik może być przesuwany w osiach XY lub . Stoliki może być dodatkowo oprzyrządowany, np. z podziałką, do pracy w świetle spolaryzowanym.  Śruba ogniskowania makro- i mikrometryczna: śruby służące do wyboru odległości przedmiot-obiektyw. Śruby służą do podnoszenia/opuszczania stolika przedmiotowy lub tubusa z obiektywami.  Rewolwer: tarcza, w której zamocowane są obiektywy o różnych parametrach (zwykle powiększeniu).  W starszych mikroskopach stosowano zwykle lusterko, umożliwiające pracę z zewnętrznym źródłem światła.  Obecnie oświetlacz jest zintegrowany z korpusem mikroskopu. Zaawansowane mikroskopy mają możliwość zmiany parametrów pracy oświetlacza, m.in. przysłony polowej, centrowania i pozycjonowania żarówki, centrowania kondensora itp.  Nowoczesne mikroskopy pracują zwykle z oświetlaczem Köhlera.  Tubus: historycznie tuleja, w którą wkręcano z jednej strony obiektyw, a z drugiej okular. Przestrzeń, w której następuje „formowanie” się obrazu. Długością tubusa nazywa się obecnie długość drogi optycznej, którą przebywa promień biegnący po osi optycznej od płaszczyzny oporowej gwintu obiektywu do płaszczyzny oporowej okularu. Ustandaryzowana na 160 mm (Zeiss) lub 170 mm (Leica). W nowszych konstrukcjach regulowana płynnie. Obiektywy są zwykle projektowane dla określonej długości tubusa (korekcja aberracji).  Odległość parfokalna: od płaszczyzny oporowej obiektywu do jego ogniska przedmiotowego. W mikroskopach produkowanych od lat 60 XX wieku wynosi ona zwykle 45mm. Obiektywy pracujące w jednym mikroskopie mają zwykle taką samą odległość parfokalną.  Oświetlacz: w prostych mikroskopach – lusterko, żarówka z reflektorem, w zaawansowanych – układ oświetlający z kolektorem, regulacją odległości, centrowaniem, z regulacją napięcia itp.  Kondensor: tworzy wiązkę światła oświetlającą pola przedmiotowego, wypełnia aperturę numeryczną obiektywu. Przy oświetleniu Kőhlera przysłona kondensora staje się przysłoną aperturową obiektywu i jest źródłem oświetlenia.  Obserwowany obiekt: umieszczany stoliku przedmiotowym. Jeśli jest to obiekt biologiczny, to zwykle jest umieszczany w kropli płynu, na szkiełku przedmiotowym, przykryty szkiełkiem nakrywkowym. Inne obiekty mocowane są w różny sposób.  Immersja: wypełnienie cieczą przestrzeni pomiędzy preparatem (szkiełkiem nakrywkowym) a obiektywem i/lub pomiędzy kondensorem a szkiełkiem przedmiotowym.  Nasadka okularowa: uchwyt dla okularów i zmiany biegu promieni świetlnych na np. pochylony. Nasadki okularowe są jedno- lub dwuokularowe (binokularne) pozwalające obserwację dwoma oczami (nie stereo).  Obiektyw: główny element powiększający obraz. Zbiera światło wychodzące z płaszczyzny przedmiotu i tworzy powiększony obraz przedmiotu (pośredni), oglądany dalej przez okular.  Okular: powiększa obraz utworzony przez obiektyw mikroskopu. Może kompensować aberracje obiektywu. Występują wersje z podziałką, umożliwiające przeprowadzanie pomiarów wielkości obserwowanych obiektów. Rozpraszanie światła (light scattering) u Tak, dzięki rozpraszaniu lub świeceniu. 1. Obserwacja w jasnym polu widzenia w świetle przechodzącym. Światło przechodzi przez przedmiot i trafia do obiektywu. 2. Obserwacja w jasnym polu widzenia w świetle odbitym. Światło odbija się od przedmiotu i trafia do obiektywu. 3. Obserwacja w ciemnym polu widzenia w świetle przechodzącym. Światło przechodzi przez przedmiot i nie trafia do obiektywu. 4. Obserwacja w ciemnym polu widzenia w świetle odbitym. Światło odbija się od przedmiotu i nie trafia do obiektywu. Płaszczyżna przedmiotowa Promienie ż oświetlacza Rys. 4.5. Schematyczne przedstawienie możliwych sposobów współpracy oświetlacza z mikroskopem  Rys. 4.7. Przykłady kondensorów mikroskopowych: a) zwierciadło wklęsłe zastępujące kondensor, b) kondensor niekorygowany o aperturze numerycznej A < 0,6, c) A = 1,2, d) A = 1,3, e) aplanatyczny achromat A = I, f) aplanatyczny achromat A = 1,4 (przykłady b-[ zaczerpnięte z [2]) Obiektywy mikroskopowe Rys. 49. Przykłady obiektywów mikroskopowych: a) achromat 5*, A = 0,15, hb) achramat 10%, A =0,25, c) achromat 20', A = 0,4, d) planachromat 9”, A = 0.2, e) planachromat 40", A = 0,65, f) planachromat 75", A= 0.9 (a, b, c [2], d, e, f [3]) tro 709% <r0/03! OŁ 5 lio0£T Ob uejd 0oT V mae 100x Oil(NA 1.30) 40x (NA 0.70) Infinity-Gorrected Objectives — z MPlanApo 4x/0,16) OU _  Przód Tyt ai Rys. 4.10. Kodowanie informacji na obudowie obiektywu; | — korekcja, 2 — powiększenie, 3 - apertura numeryczna, 4 — symbol immersji, 5 — przeznaczenie, 6 — długość tubusa, 7 - grubość szkiełka nakrywkowego [2] Takela 1. Radzaj korekcji Oznaczenie w polu I bez oznaczenia Plan A] fali "Tabela 2, Rodzaj immessji ż i Immetsja Symbol w polu 4 Kałor paska dalnego Powietrze Bez oznaczenia A SK) Woda WI Biękiiny — Olejek OI czamy | 7: Tabela 3, Przeznaczenie obiektywu Symbal w polu 5 Ph PhS PhA EhZ. A PI Pol  DIREN Basse-Normandie – Caen, France  Specimen: Diptera Atherix ibis larva (posterior segments with pseudopods) (25x)  Technique: Stereomicroscopy  Geosciences Department, University of Padova - Padova, Italy Specimen: A "symplectic" intergrowth of golden pyroxene and blue plagioclase in a granulite from N. Manitoba, Canada (5x)  Technique: Polarized light Charakterystyka techniczna: Wyposażenie optyczne - obiektywy Apertura Odległość robocza | Wyposażenie optyczne - okulary Hm Średnica pola widzenia [mm] Wyposażenie optyczne - kondensor Projektor  Odwzorowuje na ekranie przedmiot, którym może być np. przezrocze.  Źródło światła odwzorowane jest za pomocą kondensora w płaszczyznę przysłony aperturowej obiektywu (źrenicy wejściowej, która zwykle znajduje się w okolicy obiektywu). Przysłona polowa umieszczona jest w płaszczyźnie przedmiotu a luka wyjściowa znajduje się na ekranie. « http://www.microscopyu.com a http://www.olympusmicro.com/ u hitp://www.telescope-optics.net/eye aberrations.htm