APARATE OPTICE

Referat

Cuprins:

      Instrumentele optice;

      Lupa;

      Microscopul;

      Fotografie;

      Aparatul de fotografiat.

      Luneta

Instrumentele optice

In general prin instrument optic intelegem un ansamblu de dioptrii care se utilizeaza pentru producerea imaginilor unor obiecte astfel incat privirea acestor imagini sa prezinte unele avantaje fata de privirea directa.

De regula se disting doua tipuri de instrumente optice :

Instrumente care dau imagini reale (instrumente obiective), cum sunt obiectivele fotografice, aparatele de proiectie etc., la care imaginea se formeaza , de exemplu, pe un ecran sau pe o placa fotografica si astfel poate fi observata cu ochiul

Instrumente care dau imagini virtuale (instrumente oculare), special adaptate pentru a se observa imaginea cu ochiul, cu ajutorul unor oculare

Calitatea instrumentelor optice este data de urmatoarele caracteristici:

1. Marirea (la instrumentele care furnizeaza imagini reale se disting marirea liniara, marirea axiala si marirea unghiulara)
• Marirea liniara este raportul intre lungimea imaginii si cea a obiectului
• Marirea axiala se refera la deplasarea punctului imagine pe axa optica, corespunzatoare deplasarii punctului obiect
• Marirea unghiulara este data de raportul unghiurilor de apertura, de emergenta si de intrare in instrumentul optic
2. Puterea (reprezinta unghiul sub care se vede unitatea de lungime prin instrumentul opticconsiderat)
3. Grosismentul (este o caracteristica a aparatelor oculare, definita prin raportul imaginilor retiniene; deoarece dimensiunea unei imagini retiniene este proportionala cu unghiul aparent sub care se vede obiectul privit, grosismentul este egal cu marirea unghiulara)
4. Puterea de separare (se defineste ca unghiul cel mai mic format de razele vizuale, venind de la doua puncte, astfel incat sa le vedem separate)

Pentru evaluarea puterii de separare a unui instrument optic se utilizeaza criteriul lui Rayleigh, conform caruia doua puncte obiect invecinate vor da fiecare separat cate o pata de difractie si ele vor fi observate distinct, daca maximul uneia va fi situat peste minimul celei de-a doua pete de difractie.Inversul unghiului minim poate fi considerat ca o masura a puterii de separare.

Instrumentele optice oculare

LUPA

Lupa este un sistem optic simplu, constand din una sau mai multe lentile cu distanta focala relativ mica (intre 10 si 100mm). Lupa se aseaza intre obiectul AB si ochi. Obiectul, de lungime y, se afla in apropierea focarului F astfel incat imaginea virtuala AB, de lungime y2 sa se afle la distanta vederii clare de 25cm. Lupele folosite curent au grosismentul cuprins intre 2 si 25.

MICROSCOPUL

In scopul obtinerii unor mariri mai substantiale se utilizeaza microscopul, care in principiu reprezinta o combinatie de doua sisteme optice: obiectivul si ocularul, asezate la o distanta apreciabila unul fata de celalalt.Microscoapele maresc obiecte minuscule, sau dezvaluie detalii ale unor obiecte mai mari. Ele ne-au deschis o lume intreaga, invizibila ochilor nostrii.

Microscoapele optice

Primul microscop a fost fabricat de opticianul olandez Zacharias Janssen, in 1609. primul om de stiinta care a observat bacteriile a fost olandezul Anton van Leeuiwenhock, care si-a fabricat propriile microscoape in anii 1670. Primele microscoape au fost optice, ceea ce inseamna ca obiectul studiat a fost vizualizat printr-un ocular. Pentru aceasta, specimenul trebuie sa fie destul de subtire pentru a permite penetrarea luminii. Intr-un microscop optic, lumina reflectata de un obiect se refracta, trecand prin niste lentile. Aceste fenomen face ca obiectul sa para mult mai mare. O a doua lentila mareste obiectul chiar mai mult. Microscoapele optice cu mai multe lentile sunt numite microscoape compuse, si pot mari obiectele de pana la 2000 de ori.

Microscoapele electronice

Principalul concept pe care s-a format microscopul electronic este faptul ca electronii au unda asociata. Microscoapele electronice au fost utilizate prima oara in 1930. in loc de lumina, ele folosesc un fascicol de electroni, controlat de campuri magnetice. Ele sunt foarte puternice si pot vizualiza pe talii de 1000 de ori mai mari decat cele optice. Specimenul trebuie uscat si taiat in felii foarte subtiri (cam de o miime de ori mai mici decat grosimea acestei pagini). In plus, aerul trebuie indepartat din interiorul microscopului electronic si din jurul spcimenului, deoarece electronii se pot imprastia.

Alte microscoape

Microscoapele electronice cu baleiaj proiecteaza un fascicol de electroni pe suprafata specimenului. Electronii reflectati sunt colectati, formand o imagine. Microscoapele cu baleiaj, respective cele atomice au fost inventate la sfarsitul anilor 1980. ele pot mari de un milion de ori, prezentand chiar atomi individuali. O raza extrem de precisa se deplaseaza pe suprafata specimenului, "simtindu-i" forma in cele mai mici detalii. Un calculator transforma semnalele intr-o imagine tridimensionala afisata pe un monitor.

Fotografie

Fotografierea este captarea imaginilor prin focalizare luminii pe o suprafata fotosensibila, cu un aparat de fotografiat. Se foloseste in arta, media, stiinta.

In 1515, Leonardo da Vinci a descris cum se poate crea o imagine pe peretele unei camere intunecate, lasand lumina sa patrunda printr-o gaura mica in peretele opus. Aceasta camera s-a numit "camera obscura" sau camera intunecata. Pana in secolul al XVIII-lea nu a existat alta modalitate de a inregistra imaginile, decat schitarea lor pe hartie. In secolul al XVIII-lea, oamenii de stiinta britanici Sir Humphry Davy (1778-1829) si Thomas Wedgwood (1771-1805) au obtinut conturul frunzelor si chipurilor pe hartie sau piele acoperita cu clorura de argint fotosensibila.

Primele fotografii, numite heliograme, au fost realizate in 1820 de doctorul francez Joseph Niepce (1765-1833), pe placi din aliaj de cositor si plumb, folosind o camera obscura. In 1830, pictorul francez Louis Daguerre (1787-1851) a realizat fotografii pe placi cu iodat de argint fotosensibil. Inventatorul britanic Willi8am Fox Talbot (1800-1877) a gasit modalitatea de a "fixa" iodatul de argint astfel incat acesta sa nu mai reactioneze la lumina si in intuneric dupa realizarea fotografiei. El a inventat si procesul de copiere a unei fotografii.

Fotografierea a fost pana in 1888 un procedeu complex;pana cand americanul George Eastman (1854-1932) a inventat rola de film si cutia fotografica, ceea ce a permis ca fotografierea sa devina un hobby pe care orice pasionat il putea deprinde. Multe imbunatatiri, cum ar fi inventarea blitzului sau a filmului color in 1930, au dus la cresterea popularitatii fotografierii.

Pentru a functiona, orice aparat foto, oricat de simplu, trebuie sa aiba urmatoarele componenete:

• Corpul - o cutie perfect opaca in care sta filmul pentru a fi expus. Reprezinta camera obscura.
• Obiectivul - un dispozitiv care focalizeaza razele de lumina pe film. Prin distanta focala, influenteaza si marimea imaginii.
• Diafragma - un dispozitiv care controleaza cata lumina ajunge pe film. Aceasta deschidere se afla in interiorul aparatului si este controlata prin intermediul unui inel de pe obiectiv. Din punct de vedere constructiv, cele mai des intalnite diafragme sunt cele de tip "iris", pe baza de lame metalice dispuse circular in interiorul obiectivului aparatului de fotografiat.
• Vizorul - un dispozitiv folosit pentru a incadra eficient imginea care va fi inregistrata pe film
• Sistemul de transport - un dispozitiv folosit pentru fixarea si transportarea filmului. Desi nu este o componenta propriu-zisa a apartului, este totusi important in functionarea acestuia. La aparatele vechi acesta este o parghie in partea de sus, dreapta a corpului, insa la majoritatea aparatelor moderne sistemul este automat.

Modul de functionare a unui aparat de fotografiat

Cand facem o fotografie, obturatorul aparatului se deschide si permite luminii sa impresioneze filmul pentru o perioada exacta de timp. Lentilele realizeaza focalizarea, fie automat, fie manual. Diafragma controleaza cantitatea de lumina care ajunge la bucata de film sau cadru, astfel incat acesta sa fie expus unei focalizari a imaginii cu o luminozitate corespunzatoare.

Cand lumina atinge filmul,aceasta produce o schimbare a substantei chimice in care este imbracat filmul. Alte substante chimice duc la aparitia imaginii de pe negativ (cu culorile si zonele intunecate si luminate inversate). Fotografia este imprimata pe hartie prin iluminarea negativului. Imaginea finala este pozitiva (culorile aparand corect).

De-a lungul timpului, aparatele de fotografiat au evoluat considerabil, aparand diferite modele, insa majoritatea lor se incadreaza in una dintre aceste categorii:

o       Aparate cu vizor sau telemetru

o       Aparate cu vizare prin obiectiv

o       Aparate cu doua obiective

o       Aparate cu planifilm

Aparatul polaroid se remarca prin faptul ca fotografiaza imaginea, developeaza filmul si face poza chiar in interiorul sau.

Se disting si aparatele digitale,care nu folosesc film, imaginea fiind convertita si inmagazinata pe un disc.

O mica cronologie:

v     1940 - fizicianul francez Printul Luis Victor de Broglie ipotetizeaza conceptul pe care s-a format microscopul electronic (electronii au unda asociata)

v     1927 - ipoteza lui Broglie este verificata experimantal de fizicianul englez George Paget Thomson

v     1932 - inginerii germani Max Knoll si Ernst Ruska construiesc primul microscop de transmisie electronica

v     1877 - fotograful american de origine engleza Eadweard Muybridge creaza secvente de fotografii in miscare

v     1888 - G.Eastman inventeaza aparatul foto de amatori

v     1942 - Kodak introduce filmul negativ color

v     1960 - inventarea laserului in SUA duce la aparitia holografiei (fotografierea tridimensionala - 3-D)

v     1988 - in Japonia apare aparatul foto electronic

Luneta

Luneta este destinata observarii obiectelor foarte îndepartate. De la oricare punct al unui astfel de obiect ajung la noi fascicule practic paralele. Sa consideram un obiect astronomic AB si sa îndreptam luneta cu axa optica spre extremitatea A:

Toate razele provenite din A vor fi paralele cu axa optica si vor converge în focarul principal imagine F1` al obiectivului lunetei. În figura de mai sus am luat o singura raza din acest fascicul si anume de-a lungul axei optice principale. De la punctul extrem B va sosi, de asemenea, un fascicul de raze paralele între ele, dar înclinate cu unghiul 1 fata de primul fascicul. Unghiul 1 va fi deci unghiul sub care se vede obiectul ceresc cu ochiul liber. Punctul de convergenta al fasciculului paralel din B va fi în focarul secundar B`, care va defini astfel în planul focal al obiectivului imaginea reala y`. Trebuie remarcat ca obiectul AB fiind foarte departe de focarul F1 al obiectivului,

imaginea intermediara y` este micsorata, spre deosebire de imaginea intermediara a microscopului, care era mult marita, datorita faptului ca obiectul de cercetat era foarte aproape de focarul F1 al obiectivului. Din aceasta cauza, imaginea y` se afla destul de departe de focarul imagine F1`, în timp ce la luneta aceasta se formeaza, practic chiar în planul focal al obiectivului. Asadar, ocularul lunetei preia o imagine intermediara, micsorata a obiectivului si formeaza o imagine definitiva y2 virtuala si marita fata de y`. În aceasta figura imaginea intermediara y` a fost construita ducând planul focal perpendicular pe axa în F1` si aflând punctul (B`) în care o raza din B trecând prin vârful lentilei obiectiv înteapa acest plan (este figurata urma acestui plan printr-un segment punctat). Imaginea finala y este obtinuta trasând din B` doua raze cu drum cunoscut; una (r`) paralela cu axa optica, va parasi ocularul trecând prin focarul imagine F2` al sau si una (r``) trecând prin centrul optic al ocularului, va trece mai departe nederivata (ocularul este luat -ca si obiectivul-sub forma unei lentile subtiri, convergente). Dupa aflarea punctului B``, s-a putut construi mersul complet al razei din B pâna la pupila ochiului, 2 fiind unghiul sub care se vede imaginea finala y.

Grosismentul lunetei:

Fiind vorba de un aparat ce furnizeaza imagini virtuale ale unor obiecte îndepartate, luneta se caracterizeaza prin grosisment. Grosismentul este egal cu produsul dintre distanta focala a obiectivului si puterea ocularului. Se poate mari deci grosismentul marind distanta focala a obiectivului si utilizând oculare cât mai convergente.

Luneta este un sistem optic ce consta dintr-o lentila obiectiv (convergenta) si una ocular (divergenta).

Prima luneta a fost construita în Olanda la începutul anului 1600. Cel care a introdus folosirea lunetei în astronomie a fost Galileo Galilei. Cu luneta construita de el în anul 1609, savantul italian a descoperit muntii de pe Luna, natura stelara a Caii Lactee, patru sateliti ai lui Jupiter, petele solare. Dar la aparitia si perfectionarea lunetei au contribuit multi inventatori ai epocii.

Începând cu secolul al XV-lea, lentilele de sticla, foarte imperfecte, erau folosite în mod curent pentru corectarea defectelor de vedere. Aberatiile puternice si calitatea proasta a sticlei au facut ca abia în primii ani ai secolului al XVII-lea constructorii olandezi sa-si îndrepte atentia asupra instrumentelor optice care aveau drept scop marirea imaginilor unor obiective.

Luneta are în componenta un tub în care se afla un sistem optic numit obiectiv, care este orientat spre cer. Punând ochiul în spatele ocularului, observam direct imaginea obtinuta. În plus o putem fotografia sau chiar înregistra si analiza cu ajutorul aparatelor electrice.

Lunetele folosesc principiul de refractie a luminii. Atunci când lumina trece prin obiectivul lunetei este refractata (îndoita) si ajunge într-un punct numit focar , unde este examinata printr-un ocular. La începuturile lunetelor, problema cea mai mare era aberatia cromatica-un halou colorat în jurul obiectelor vazute prin luneta. Problema este inerenta tuturor obiectivelor de luneta formate dintr-o singura lentila si nu se poate corecta , indiferent de forma lentilei sau de tipul sticlei. Singura modalitate prin care problema se poate corecta este construirea unui obiectiv format din doua lentile, fiecare fabricata dintr-un soi diferit de sticla: o sticla numita flint si cealalta numita crown. Obiectivele respective se numesc acromate. Exista si obiective apocromate (foarte scumpe) formate din trei lentile, fiecare dintre cele trei lentile fiind fabricata dintr-un alt tip de sticla.

Lunetele cu obiective formate din lentile de sticla se mai numesc si telescoape dioptrice, iar cele cu obiectivul constând dintr-o oglinda concava se mai numesc si telescoape catoptrice, sau simplu telescoape.

   

Schema telescopului cu vizare laterala-inventat de

Newton în anul 1671   

Lunetele sunt foarte performante la observatii planetare deoarece dau imagini cu contrast si calitate ridicata. Dar costul lor este foarte mare si de aceea pentru observatii deep sky este de preferat un telescop reflector. Lunetele sunt mult mai usor de folosit si de întretinut decât telescoapele, deoarece nu necesita operatii de colimare (aliniere a partilor optice) si nu sunt afectate foarte tare de tulburenta instrumentala (curenti de aer în tub). Singura problema este ca obiectivul de luneta costa mult mai mult decât o oglinda de telescop de acelasi diametru.