Instrumente optice
Un instrument optic este un asamblu de lentile, oglinzi si diafragme cu ajutorul caruia obtinem imagini ale unor obiecte astfel incat privirea acestor imagini sa prezinte unele avantaje fata de privirea directa.
Din punct de vedere al naturii imaginilor, instrumentele optice se clasifica in:
instrumente care dau imagini reale: ochiul, aparatul fotografic si aparatul de proiectii. Aceste imagini pot fi prinse pe un ecran de proiectie, pe o placa sau pe un film fotografic.
instrumente care dau imagini virtuale. Fiind folosite, de obicei, pentru examinarea directa, cu ochiul, a obiectelor, aceste instrumente sunt formate din doua parti: un obiectiv indreptat spre obiectul de cercetat si un ocular indreptat spre ochiul observatorului. Obiectivul este un sistem optic convergent si formeaza o imagine reala a obiectului. Aceasta imagine joaca rolul de obiect pentru ocular care va da imaginea definitiva, virtuala, "preluata" de ochiul observatorului.
Caracteristici optice
Un instrument optic se caracaterizeaza prin marimi care permit sa se compare intre ele doua instrumente de acelasi tip si deci sa se aleaga cel ce indeplineste anumite cerinte. Aceste marimi sunt:
Marirea unui instrument este raportul dintre 19219d33t o anumita dimensiune liniara a imaginii (de obicei, lungimea ei) si dimensiunea corespunzatoare a obiectelor.
Pentru scopul propus se foloseste marirea transversala definite ca raportul:
unde 
lungimea imaginii perpendiculare pe axa optica
lungimea obiectului respectiv, perpendicular de
asemenea pe axa optica. Notiunea de marire prezinta interes, indeosebi in cazul
instrumentelor care produc imagini reale ale caror dimensiuni pot fi masurate.
Se numeste putere raportul dintre tangenta unghiului sub care se vede prin instrument un obiect si dimensiunea liniara a obiectului pe o directie perpendicular ape axa optica:
Puterea se foloseste mai ales in cazul instrumentelor ce dau imagini virtuale.
Se numeste grosisment sau marire unghiulara raportul:
unde 
este unghiul sub care se vede un obiect prin
instrumental optic (diametrul apparent al imaginii) iar 
unghiul sub care se vede
obiectul cand este privit cu
ochiul liber (dimaetrul aparent al obiectului), asezat la distanta optima de
citire . Pentru un ochi normal este de 0,25 m.
Este capacitatea instrumentului de a forma imagini distincte, separate, a duoa puncte vecine ale obiectului. Cu cat valoarea sa este mai mare, cu ata pot fi distinse puncte mai apropiate ale obiectului. Ea poate fi data, fie prin distanta minima intre doua puncte ale obiectului care mai dau imagini diferite in instrument (puterea separatoare liniara), fie prin unghiul minim dintre razele care vin de la doua asemenea puncte (puterea separatoare unghiulara). Dupa corectarea aberatiilor diferitelor piese ce compun instrumentele optice, puterea separatoare depinde numai de fenomenul de difractii a luminii care traverseaza instrumentul.
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 2,5 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.
Luneta
Prima luneta a fost construita in Olanda la inceputul anului 1600, iar in 1610 Galileo Galilei isi construieste una si o foloseste la observatii astronomice. Lunetele au cedat treptat locul in astronomia profesionista telescoapelor reflectoare deoarece oglinzile acestora pot fi fabricate in dimensiuni mult mai mari si sunt mai usor de prelucrat. Cea mai mare luneta din lume a fost instalata in 1897 la observatorul Yerkes (SUA) si are un diametru al obiectivului de 102 cm cu o distanta focala de 19,4 m.
Lunetele (schema de principiu aici) folosesc principiul de refractie a luminii - atunci cand lumina trece prin obiectivul lunetei este refractata (indoita) si ajunge intr-un punct numit focar, unde este examinata printr-un "ocular" - o lupa mai sofisticata.
La inceputurile lunetelor, problema cea mai mare era aberatia cromatica - un halou colorat in 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 tipul sticlei. Dar se poate corecta prin construirea unui obiectiv format din doua lentile, fiecare fabricata dintr-un soi diferit de sticla, o sticla numita flint si cealalalta crown. Obiectivele respective se numesc acromate. Exista si obiective apocromate (foarte scumpe) formate din trei lentile, fiecare din cele trei lentile dintr-o alta sticla.
Luneta a deschis calea inventarii telescopului, teoria acestuia fiind facuta in 1663 de matematicianul si astronomul scotian James Gregory (1638 - 1675).
Luneta este destinata observarii obiectelor foarte īndepartate. De la oricare punct al unui astfel de obicei ajung la noi fascicule practic paralele.
Luneta astronomica (luneta lui Kepler) este formata din doua lentile numite obiectiv si ocular. Lumina cade dinspre stanga pe obiectiv, se refracta prin obiectiv si ocular si ajunge in final in ochiul observatorului.
Sa consideram un obiect astronomic AB si sa īndreptam luneta cu axa optica spre extremitatea A.
Grosismentul lunetei. Fiind vorba de un aparat ce furnizeaza imagini virtuale ale unor obiecte īndepartate, luneta se caracterizeaza prin grosisment.Grosismentul lunetei este deci egal cu raportul dintre distanta focala a obiectivului, sau cu produsul dintre distanta focala a obiectivului si puterea ocularului. Se poate mari deci grosismentul marind distanta focala a obiectivului si utilizānd oculare cāt mai convergente.
Lunetele cu obiective formate din lentile de sticla se mai numesc si telescoape dioptrice, iar cele cu obiectivul constānd dintr-o oglinda concava - telescoape catoptrice, sau simplu, telescoape.
Calitatile lunetei cresc, daca se mareste diametrul obiectivului.
Telescopul
Cand lupele au ajuns la indemana oricui s-a incercat sa se foloseasca cate doua lupe, una peste alta, pentru a obtine o marire mai mare. In timp ce se experimenta acest lucru, cineva a descoperit ca o distanta corespunzatoare intre lentile pot determina imagini marite ale obiectelor de la distanta. Un asemenea aranjament de lentile a pus baza primului telescop. Inventia telescopului se datoreaza filozofului englez Roger Bacon, care a trait in anii 1200. Dar este posibil ca aceasta inventie sa fi fost facuta mai devreme de oameni de stiinta arabi.
Fotografia
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
Ochiul omenesc - aparat optic
Din punct de vedere anatomic, ochiul este, dupa cum se stie, un organ deosebit de complex, servind la transformarea imaginilor geometrice ale corpurilor īn senzatii vizuale. Privind īnsa numai din punctul de vedere al opticii geometrice, el constituie un sistem optic format din trei medii transparente: umoarea apoasa, cristalinul si umoarea sticloasa (sau vitroasa).
Aceastea se gasesc īn interiorul globului ocular, marginit īn exterior de o membrana rezistenta, numita sclerotica. Sclerotica este opaca peste tot, exceptānd o portiune din fata, care este transparenta si de forma sferica, numita corneea transparenta. Lumina patrunde īn ochi prin cornee, strabate cele trei medii transparente si cade pe retina, unde se formeaza o imagine reala si rasturnata a obiectelor privite. Fluxul luminos este reglat automat prin actiunea involuntara (reflexa) a irisului. Aceasta este o membrana (ai carei pigmenti dau "culoarea ochilor") perforata īn centru printr-o deschidere circulara, de diametrul variabil, numita pupila. La lumina prea intensa, irisul īsi mareste pupila, penru a proteja retina, iar la lumina prea slaba, irisul īsi mareste pupila pentru a mari iluminarea imaginilor de pe retina. Retina este o membrana subtire, alcatuita din prelungirile nervului optic si continānd un numar mare de celule senzationale, care percep lumina, numite conuri si bastonase. Conurile sunt celule specializate īn perceperea luminii de intensitate slaba, fiind practic incapabile sa distinga culorile. Ochiul omenesc contine aproximativ 7 milioane conuri si 130 milioane bastonase, foarte neuniform raspāndite. Conurile ocupa mai ales partea centrala a retinei, īn timp ce densitatea bastonaselor creste spre periferie. Īn partea centrala, putin mai sus de axa optica, exista o regiune numita pata galbena (macula lutea) īn mijlocul careia se afla o mica adancitura - foveea centralis - populata exclusiv de conuri, īn numar de 13000 - 15000. Sub actiunea involuntara a unor muschi speciali ai ochilului, globul ocular sufera miscari de rotatie īn orbita sa, astfel īncāt imaginea sa se formeze totdeauna īn regiunea petei galbene, cea mai importanta regiune fotosensibila a ochiului.
Cristalinul are forma unei lentile nesimetric biconvexe si poate fi mai bombat sau mai putin bombat sub actiunea reflexa a muschilor ciliari, modificandu-si astfel convergenta, īncat imaginea sa cada pa retina. El are o structura stratificata, prezentand spre margine indicele de refractie de aproximativ 1,38 , iar īn interior de aproximativ 1,41.
Acomodarea. Un ochi normal, aflat īn stare de repaus, are focarul situat pe retina. Din aceasta cauza, pentru obiectele situatea la infinit (practic, la distante mai mari decat circa 15 m) ochiul formeaza imaginile pe retina fara nici un efort de modificare a cristalinului.
Apropiind obiectul, cristalinul se bombeaza sub actiunea muschilor ciliari, asa fel īncāt imaginea sa ramāna tot pe retina. Fenomenul se numeste acomodare. Cristalinul īnsa nu se poate bomba oricat si de aceea obiectul poate fi adus doar pāna la o anumita distanta minima - distanta minima de vedere - sub care ochiul nu mai poate forma imaginea pe retina. Acomodarea ochiului este deci posibila īn tre un punct aflat la o distanta maxima (punctul remotum), care, pentru ochiul normal este la infinit (practic, peste 15 m) si un punct aflat la o distanta minima (punctul proximum), care pentru ochiul normal este de 10-15 cm la tineri si aproximativ 25 cm la adulti. Īn mod normal, ochiul vede cel mai bine, putānd distinge cele mai multe detalii, la o distanta mai mare decāt distanta minima de vedere si anume la aproximativ 25 cm, numita distanta vederii optime.
Defecte de convergenta ale ochiului:
Ochiul miop este mai alungit decat cel normal, astfel ca focarul sau se afla īn fata retinei. Cu alte cuvinte imaginile obiectelor īn departate (situate la infinit) nu se formeaza pe retina, ci īn fata ei. Prin bombarea cristalinului situatia nu se īmbunatateste, deoarece aceste imagini nu se duc pe retina, ci se īndeparteaza de ea. Obiectul trebuie apropiat pāna la o anumita distanta (cātiva metrii, īn functie de gradul de miopie) pentru ca imaginea sa se formeze pe retina cu ochiul neacomodat.
Apropiind mai mult obiectul, ochiul poate pastra, prin acomodare, imaginea pe retina, pāna la o distanta minima de circa 5 cm. Ociul miop are asadar atāt punctul remotum cat si cel proximum mai apropiate decat ochiul normal.
El nu poate vedea clar obiecte mai departate decat punctul sau remotum. Defectul se corecteaza cu ochelari alcatuiti din lentile divergente, construite astfel īncāt focarul lor (virtual) sa se afle īn punctul remotum ol ochiului miop.
Ochiul hipermetrop este mai "turtit" decāt ochiul normal, astfel īncāt focarul sau se afla īn spatele retinei. Cu alte cuvinte, īn starea relaxata a ochiului hipermetrop, imaginile obiectelor de la infinit nu se formeaza pe retina ci īn spatele ei. Nici acest ochi nu vede clar obiectele de la infinit, īn stare relaxata. Spre deosebire de cel miop īnsa, el poate, prin acomodare (bombarea cristalinului) sa aduca imaginea pe retina.
Distanta minima pāna la care poate vedea (acomodat) este īnsa mai mare decāt la ochiul normal. Asadar, hipermetropul poate vedea clar obiectele īndepartate numai cu efort de acomodare, iar obiectele mai apropiate, care intra īn limitele de acomodare ale unui ochi normal, nu le poate distinge clar. Folosind ochelari cu lentile convergente, corect calculate (īn functie de gradul de hipermetropie), aceste lentile īl pot ajuta sa aduca imaginea pe retina, atāt pentru obiecte īndepartate, privind neacomodat, cāt si pentru obiecte apropiate, privind acomodat.
Ochiul prezbit este ochiul īn vārsta si se datoreste slabirii cu timpul a capacitatii de bombare a cristalinului. Avānd posibilitati mai reduse de bombare a cristalinului, un astfel de ochi va avea punctul proximum mai īndepartat decāt la un ochi normal. Obiectele mai apropiate vor avea deci imaginile īn spatele retinei si pentru aducerea lor pe retina se folosesc lentile convergente, care maresc convergenta ochiului, ca si īn cazul ochiului hipermetrop.
|
