Теория:
Оптические приборы — это устройства, в которых свет преобразуется (преломляется, отражается и т. д.).
Все оптические приборы можно разделить на две группы:
1) приборы, при помощи которых получают оптические изображения на экране (к ним относятся проекционные аппараты, фотоаппараты, киноаппараты и др.);
2) приборы, которые действуют только совместно с человеческими глазами и не образуют изображений на экране, такие приборы называются визуальными (к ним относятся системы телескопов, лупа, микроскоп).
Лупа
Самым простым оптическим прибором считается лупа — короткофокусная двояковыпуклая линза или система линз, действующих как одна собирающая линза.
Рис. \(1\). Лупа
Чем больше изображение предмета, тем отчётливее мы его различаем. Лупа увеличивает видимые размеры предмета по сравнению с его действительными размерами, а значит, увеличивается и изображение предмета на сетчатке глаза.
Предмет размещают на расстоянии немного меньшем, чем фокусное расстояние. При этом изображение предмета получается прямым, увеличенным, мнимым. Лупу обычно размещают так, чтобы изображение предмета находилось на расстоянии наилучшего видения от глаза.
Проектор
Рис. \(2\). Устройство проектора:
1) сферическое зеркало;
2) свет от источника;
3) конденсор — система плоско-выпуклых линз большого диаметра;
4) диапозитив — изображение кадра на плёнке;
5) объектив, куда передаётся изображение диапозитива;
6) экран, на который проецируется изображение.
Изображение получается действительным, перевёрнутым, увеличенным.
Фотоаппарат
Рассмотрим основные элементы фотоаппарата.
Рис. \(3\). Основные элементы фотоаппарата
Система линз в передней части называется объективом фотоаппарата (\(2\)). В плёночных фотоаппаратах корпус (\(5\)) изготавливали не пропускающим свет, чтобы сохранить светочувствительность плёнки. Во время съёмки предмета (\(1\)) объектив приоткрывают при помощи специального затвора (\(3\)), который пропускает свет к плёнке лишь в момент фотографирования.
Фотоаппарат даёт уменьшенное, обратное, действительное изображение, которое фиксируется на плёнке (\(4\)) или светочувствительном материале.
Микроскоп
Оптическая система микроскопа представляет собой сложный инструмент, который играет ключевую роль в исследовательской деятельности, позволяя изучать объекты на микроскопическом уровне. В основе её функционирования лежит принцип преломления света, который обеспечивает увеличение изображения объекта исследования. Основные компоненты этой системы включают объективы, окуляр и осветительное устройство, на каждые из которых возложены определённые функции.
Объективы, которые находятся ближе всего к исследуемому образцу (О), представляют собой сложные оптические конструкции из нескольких линз (\(1\)), каждая из которых обладает своими особыми свойствами. Они могут иметь различное увеличение и числовое отверстие, что позволяет адаптировать микроскоп к конкретным задачам, обеспечивая яркость и чёткость изображения. Например, объективы с высоким числовым отверстием позволяют изучать тонкие детали клеток, что крайне важно в биологии и медицине.
Рис. \(4\). Оптическая система микроскопа
Окуляр, расположенный в верхней части микроскопа, служит для увеличения изображения образца, полученного от объектива. В современных моделях окуляры также могут быть снабжены специальными фильтрами или диоптрийными настройками, что обеспечивает дополнительный комфорт и точность в процессе наблюдений.
Осветительное устройство, включая как зеркала, так и светодиоды, обеспечивает необходимую яркость изображения. Правильное освещение позволяет увидеть детали, которые в противном случае остались бы незаметными. В зависимости от типа исследуемого материала и его структуры может быть выбрано несколько режимов освещения, включая светлое и тёмное поле и флуоресцентное освещение.
Интересно отметить, что в последние годы в микроскопии всё чаще используются компьютерные технологии. Это позволяет не только улучшать качество получаемых изображений, но и проводить их анализ с использованием различных программных инструментов, что открывает новые горизонты для исследования в таких областях, как молекулярная биология и нанотехнологии.
Таким образом, оптическая система микроскопа представляет собой удивительное сочетание материаловедения, оптики и микропроизводства, внося значительный вклад в науку и медицину. Каждый элемент этой системы работает в гармонии, позволяя учёным приоткрыть завесу тайны над миром невидимого.
Телескоп
Телескоп тоже представим как две линзы (окуляр и объектив). Предмет находится на бесконечности, поэтому на объектив приходит параллельный пучок лучей. Его промежуточное изображение действительное и находится в фокусе обеих линз.
Таким образом, получается сильно увеличенное мнимое прямое изображение предмета (рис. \(5\)).
Таким образом, получается сильно увеличенное мнимое прямое изображение предмета (рис. \(5\)).
Рис. \(5\). Телескоп
Волоконная оптика
Явление полного внутреннего отражения используется в волоконной оптике — для передачи световых сигналов на большие расстояния. Использование обычного зеркального отражения не даёт желаемого результата, так как даже зеркало самого высокого качества (посеребрённое) поглощает часть световой энергии. И при многократном отражении энергия света стремится к нулю.
Рис. \(6\). Изображение хода луча в световоде:
\(1\) — защитная оболочка;
\(2\) — оболочка (с меньшим показателем преломления);
\(3\) — сердцевина (с большим показателем преломления).
Оптическое волокно состоит из внутренней сердцевины, окружающей её оболочки и дополнительного защитного покрытия (защитной оболочки).
Дифракционная решётка
Дифракционная решётка — оптический прибор, действие которого основано на явлении дифракции света. Она представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность. Дифракционные решётки бывают прозрачными и отражающими.
В прозрачных решётках штрихи наносятся на прозрачную (стеклянную) поверхность.
Отражательные изготавливаются нанесением штрихов на зеркальную (металлическую) поверхность.
Дифракционная решётка служит для разложения света в спектр и измерения длины волны.
В прозрачных решётках штрихи наносятся на прозрачную (стеклянную) поверхность.
Отражательные изготавливаются нанесением штрихов на зеркальную (металлическую) поверхность.
Дифракционная решётка служит для разложения света в спектр и измерения длины волны.
Рис. \(7\). Примеры дифракционных решёток
Поляроид
Поляроид — разновидность оптических линейных поляризаторов (поляризующих светофильтров).
Представляет собой тонкую плёнку (\(0,1\) мм) кристаллов герапатита, нанесённую на целлулоид или стеклянную пластинку. Применяется для регулировки интенсивности света, например в автомобильных фарах, солнечных очках, для устранения бликов в фото- и видеосъёмках.
Принцип работы поляроида прост — плёнка преобразует неполяризованный (обычный) свет в линейно-поляризованный, так как пропускает свет только одного направления поляризации.
Представляет собой тонкую плёнку (\(0,1\) мм) кристаллов герапатита, нанесённую на целлулоид или стеклянную пластинку. Применяется для регулировки интенсивности света, например в автомобильных фарах, солнечных очках, для устранения бликов в фото- и видеосъёмках.
Принцип работы поляроида прост — плёнка преобразует неполяризованный (обычный) свет в линейно-поляризованный, так как пропускает свет только одного направления поляризации.
Рис. \(8\). Примеры поляроидов