Изход на оптични устройства. Тема: Използване на оптични инструменти в медицината

СЪДЪРЖАНИЕ
ВЪВЕДЕНИЕ 4
1. ОПТИЧНИ ИНСТРУМЕНТИ: ОБЩИ ХАРАКТЕРИСТИКИ 8
2. МИКРОСКОП 10
3. ТЕЛЕСКОПИ 11
4. БИНОКЪЛ 12
5. ОПТИЧЕСКИ ПРИЦЕЛИ 13
6. ДАЛЕМОМЕРИ 13
7. ОСВЕТИТЕЛНИ И ПРОЕКЦИОННИ УСТРОЙСТВА. 14
9. СПЕКТРАЛНИ УСТРОЙСТВА. 15
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 17
ЛИТЕРАТУРА 18

Въведение
Оптичните устройства са устройства, в които излъчването от всяка област на спектъра (ултравиолетово, видимо, инфрачервено) се трансформира (предава, отразява, пречупва, поляризира). Те могат да увеличат, намалят, подобрят (в редки случаи влошат) качеството на изображението и да направят възможно индиректното виждане на желания обект.
Терминът "Оптични инструменти" е частен случай на повече обща концепция оптични системи, което също включва биологични органи, способни да преобразуват светлинни вълни.
Оптичните инструменти ни помагат да изследваме Светът. Телескопът ви позволява да откривате и изследвате очертанията и детайлите на далеч космически тела, а микроскопът разкрива тайните на нашата планета, като структурата на живите клетки.
Очите ни по същество са оптични инструменти. Когато гледаме обект, система от лещи, разположена в предната част на всяко око, формира негов образ върху ретината, слой от дъното на окото, съдържащ приблизително 125 милиона светлочувствителни клетки. Светлината, попадаща върху ретината, кара клетките да изпращат електрически нервен сигнал към мозъка, което ни позволява да възприемаме обект визуално.
Освен това очите имат система за регулиране на яркостта. При ярка светлина зеницата инстинктивно се свива, намалявайки яркостта на изображението до приемливо ниво. При слаба светлина зеницата се разширява, увеличавайки яркостта на изображението.
Още древните римляни обърнаха внимание на „нарастващата сила“ на съд, пълен с вода. Те знаеха, че чрез него могат да изгорят на слънце и да запалят огън, въпреки че водата в него няма да заври.
Преди около 400 години опитни занаятчии от Италия и Холандия се научили да правят очила. Те са изобретени от неизвестен стъклар. италиански майсториПрез тази епоха те са били известни с изкуството на шлайфане на стъкло. След очилата са изобретени лупи за гледане на малки предмети. Беше много интересно и вълнуващо: изведнъж да видиш във всички подробности някое просоно зърно или крак на муха!
А изобретяването на телескопа отива в сферата на приказките. Според една мохамеданска легенда на Александрийски фаримаше огромно огледало, с което можеха да се видят кораби, плаващи от Гърция. Въпреки това, поради кривината на Земята, корабите се виждаха от този фар вече доста далеч от Гърция. Ако се вярва на тази легенда, може да се предположи, че е използвана комбинация от голямо вдлъбнато огледало и леща.
Ентусиастите на оптиката, които усърдно изучаваха изображения, получени с помощта на огледала и лещи, разбира се, нямаше как да не се натъкнат на идеята за свързване на няколко огледала и лещи, за да получат изображения. От такива комбинации постепенно се получават тръба и микроскоп. Авторството на тези изобретения не принадлежи на едно конкретно лице, но можем да проследим историята на появата им.
Първото описание на оптично устройство е намерено в писанията на францисканския монах, англичанин Роджър Бейкън. Но от тях можем само да заключим, че Бейкън е познавал увеличителния ефект на изпъкналите лещи, установил е, че вдлъбнатите огледала фокусират успоредни лъчи към точка, разположена между центъра и горната част на огледалото, представил си е възможността за комбиниране на леща и огледало, поставил прокарва идеята за създаване на телескоп и е първият, който го описва през 1268 г
Сбъдвайки мечтата си да видиш неуловимото с окото, италиански художник, учен и изобретател Леонардо да Винчи през 1509 г. дава описание и чертеж на телескоп с две лещи, разработва машини за шлифоване на лещи и пръв прави графични конструкции на пътя на лъчите в лещите. Неговите оптични подобрения не са реализирани по това време и остават неизвестни.
Италианският лекар Фракасторо от Верона в своя труд, който се появява през 1538 г., твърди, че можете да видите обекти много по-близо и уголемени, като поставите две лещи една над друга. Ако приемем „горе“ буквално, това означава, че той е изразил идеята за създаване на микроскоп.
Италианският изобретател Джамбатиста дела Порта пише още по-точно през 1558 г. в своята „Природна магия”: „С помощта на вдлъбнато стъкло се виждат ясно далечни предмети, с помощта на изпъкнало стъкло, близки. Ако и двата вида стъкло се комбинират правилно, тогава и близките, и далечните обекти изглеждат по-големи и по-ясни.“ Телескопът, който Порта описва, трябва да е имал много малко увеличение. В противен случай той би описал и някои открития в небето, които биха могли да бъдат направени с неговата тръба. Но книгата му, която придоби голяма популярност, допринесе за факта, че много аматьори се заинтересуваха от този въпрос.
В резултат на това през 1608 г. заявления за патент за изобретяването на телескопа са подадени в Холандия почти едновременно от няколко изследователи - Lippershey, J. Mecius, Hans и Zacharias Jansen. Това изобретение обаче имаше военно значениеи се пазеше в тайна. Слухът за изобретяването на тромпет, който позволява ясно да се видят отделни обекти, накара Г. Галилей да мисли за дизайна на такова устройство. Той, независимо от холандски учени, създава свой собствен телескоп през 1609 г. и го използва за наблюдение на сушата и морето и най-важното, насочвайки го към небето, той постига забележителни резултати: открива спътниците на Юпитер, петна на Слънцето , отделни звезди млечен пъти т.н. В резултат на това дълго време честта да изобрети телескопа се приписва на Г. Галилей. В наши дни дизайнът на телескопа, понякога наричан холандски или галилейски, се използва главно в бинокли с ниско увеличение.
Галилей беше първият учен, който прие сериозно идеята за създаване на оптични инструменти. След като организира работилници за производство на телескопи през 1624 г., Г. Галилей създава микроскоп. Тръбите на неговите устройства бяха направени от хартия; не е изненадващо, че такива устройства бързо станаха неизползваеми, лещите изпаднаха и бяха унищожени. Тези инструменти обаче бяха много популярни, тъй като за кратко време Г. Галилей стана доставчик на оптични инструменти на известни европейски дворове.
И съвременните телескопи за астрономически и наземни наблюдения обикновено се изграждат по схемата на И. Кеплер. През 1611 г. И. Кеплер предлага телескоп, който се състои от две изпъкнали лещи. Един от тях дава реален образ на обекта. Това изображение е увеличено от втора леща. Полученото изображение е обратното. Следователно такъв телескоп е неудобен за гледане на земни обекти.
Друга форма на тромпет е предложена през 1645 г. от капуцинския монах Ширл от Бохемия. Тази тръба имаше предимство пред тръбата на И. Кеплер, т.к Благодарение на добавянето на две вътрешни лещи, които обръщат изображението, той стана удобен и за наземни наблюдения. Shirl беше първият, който нарече леща, обърната към обект, обективна леща, а тази, обърната към окото, окуляр.
Антони Ван Льовенхук, холандски натуралист, се научи да прави лещи с увеличение от 150-300 пъти. Той ги използва в микроскоп. През 1673 г. Льовенхук е първият, който наблюдава и скицира микроорганизми в капка вода, капилярни съдове в опашката на попова лъжица, червени кръвни клетки и стотици други удивителни неща, за които никой не подозира.
Нека да разгледаме по-отблизо основни характеристикиоптични инструменти и съществуващи оптични инструменти.

1. Оптични инструменти: обща характеристика
Оптичните устройства са устройства, в които излъчването от всяка област на спектъра (ултравиолетово, видимо, инфрачервено) се трансформира (предава, отразява, пречупва, поляризира). Отдавайки почит на историческата традиция, оптичните устройства обикновено се наричат ​​устройства, работещи в Видима светлина. При първоначалната оценка на качеството на дадено устройство се разглеждат само основните му характеристики: способност за концентриране на лъчение - светлосила; способност за разграничаване на съседни детайли на изображението - разделителна способност; Съотношението на размера на обекта и неговото изображение е увеличение. За много устройства определящата характеристика е зрителното поле - ъгълът, под който крайните точки на обекта са видими от центъра на устройството.
Разрешителна власт.
Способността на устройството да прави разлика между две близки точки или линии се дължи на вълновата природа на светлината. Числената стойност на разделителната способност на, например, система от лещи зависи от способността на дизайнера да се справи с аберациите на лещите и внимателно да центрира тези лещи на една и съща оптична ос. Теоретична пр......

Литература
1. Роден М., Волф Е. Основи на оптиката. М., 2010
2. Ефремов А.А. и др. Монтаж на оптични инструменти. М., 2008
3. Наръчник за конструктор на оптико-механични устройства. Л., 1990
4. Кулагин С.В. Основи на проектирането на оптични инструменти. Санкт Петербург, 2002
5. Погарев Г.В. Настройка на оптични инструменти. Санкт Петербург, 2002

Оптичните инструменти са разкрили на човека два полярни по мащаби свята - космическият свят с неговите огромни размери и микроскопичният свят, обитаван от най-малките организми. ТВ предаване, показване на филм, бързо заснемане на терена и точно измерване на разстояния и скорости са възможни само чрез използването на оптични инструменти.

Най-често срещаните устройства са тези, които формират изображения. Това са телескоп и бинокъл, микроскоп и лупа, фотоапарат и диапроектор... Проекционният апарат е едно от най-характерните устройства, които формират изображение (фиг. 1). Ако прожекционен апарат е пригоден за показване на филми, той се нарича кинокамера. Ако се използва за демонстриране на диапозитиви, тогава това е шрайбпроектор. В шрайбпроектор прозрачна снимка - слайд D, осветена от светлината на кондензатора K, се поставя близо до фокалната равнина на обектива, така че изображението да се появи на екрана рязко изображение. Размерът на изображението зависи от разстоянието на проектора от екрана. При промяна на това разстояние е необходимо да се промени позицията на обектива спрямо слайда. Ако поставите осветен обект вместо екрана, той ще бъде изобразен на мястото на прозрачността. Сега, ако вместо прозрачно фолио поставите филм и премахнете кондензатора, ще получите електрическа схема на камерата.

Оптичният дизайн на човешкото око също наподобява този на фотоапарат. Окото формира изображение върху своята ретина. Размерът на изображението на обект върху ретината на окото зависи от ъгъла, под който виждаме обекта. Така ъгловият диаметър на Слънцето е 32′. Този ъгъл определя размера на изображението на Слънцето върху ретината. Когато двете крайни точки на даден обект са видими под ъгъл, по-малък от 1′, те се сливат на ретината и обектът изглежда на наблюдателя като точка. В този случай те казват, че разделителната способност на окото не надвишава една дъгова минута.

Телескопът позволява да се увеличи ъгълът, под който се вижда отдалечен обект. Първият телескоп е създаден в началото на 17 век. Г. Галилей. Нека опишем пътя на лъчите от отдалечен обект в съвременна зрителна тръба. от крайни точкиПаралелните лъчи падат върху лещата на обекта и очертават контура на обекта във фокалната равнина. През окуляра изображението се гледа под ъгъл φ u, по-голям от φ n, при който обектът се вижда с просто око. Ъглово увеличение на телескопа φ u / φ n = γ 1 / γ 2. Оптичната схема, показана на фиг. 2 е представена схема на рефрактор - телескоп с лещен обектив. Телескоп с огледална лещанаречен рефлектор или рефлекторен телескоп. Рефлекторът е построен за първи път от И. Нютон през 1668 г. (фиг. 3).

Телескоп с диаметър на обектива D позволява да се наблюдават обекти или точки върху обект, разположени на ъглово разстояние от 1,22λ / D = 140″ / D, ако приемем, че дължината на вълната на светлината, излъчвана от обекта, е λ = 0,5 µm. Оказва се, че колкото по-голям е диаметърът на телескопа, толкова повече малки частипредметът се разпознава с негова помощ. Най-големите рефрактори имат диаметър на лещата, който не надвишава 1 м. Технически е по-лесно да се направи огледало с голям диаметър и да се изгради рефлектор.

В СССР е построен огромен телескоп с 6-метрово огледало. За дълго времетой остана най-големият в света. Предназначен е за наблюдение на променливи галактики, пулсари, квазари и други космически обекти.

Да гледаш малък предмет под висок ъгъл, тя се доближава възможно най-близо до окото. Очната леща обаче ясно изобразява обект върху ретината, ако е поставен на не по-малко от 10 см от окото. При по-къси разстояния максималната кривина на лещата не е достатъчна за получаване на ясен образ върху ретината. Затова много малки обекти се изследват през лупа или микроскоп - устройства, които увеличават ъгъла, под който обектът се вижда. Увеличителни очила, изобретени през 17 век. Холандският натуралист А. Льовенхук, откривателят на света на микроорганизмите, даде увеличение от 300 пъти. Дизайнът на микроскопа е подобрен през 1660-те години. английският учен Р. Хук. Но до 20-те години. XIX век микроскопите не могат да се конкурират с много добри лупи. Беше постигнат напредък чрез разработването на сложни лещи, направени от много лещи. Минимални размерина обект, видим през микроскоп, се определят от връзката: d = 0,5λ/A. Тук A е константа, равна приблизително на 1. За зелена светлина d = 0,3 µm. За да се вижда обект под ъгъл от 1′, е достатъчно увеличение от 1000 пъти.

Спектралните оптични инструменти са предназначени за изследване на спектралния състав на светлината. Те играят важна роляв развитието на науката и се използват както за изследване на процеси, протичащи в микрокосмоса, така и за приложни цели. Например, с помощта на модерно спектрално оборудване може да се прецени формата атомно ядрои извършва точен елементен анализ на веществото. Пример за спектрално устройство е спектроскоп (фиг. 4), в който спектърът на излъчване може да се наблюдава визуално. Основната част на спектроскопа е призма или дифракционна решетка. Лещата събира изследваното лъчение в процепа на колиматора - устройство, което образува светлинен лъч с ниска дивергенция - „паралелен“ лъч. Преминавайки през призма, такъв лъч се превръща в n лъча, преминаващи под него различни ъгли, ако радиацията се състои от електромагнитни вълнис дължини λ 1, λ 2, …, λ n. Леща L 2 на екрана ще даде n изображения на прорез А, които формират спектъра. Когато е необходимо да се изследва „почти“ монохроматичното излъчване, например спектралния състав на една линия, устройство с висока разделителна способност се инсталира последователно със спектроскопично устройство с призма. Без предварително разграждане на светлинни устройства с висока резолюцияне могат да се използват, защото могат да работят само в много тесен диапазон от дължини на вълните.

Създаването на лазери отвори нови пътища в оптичните инструменти. Съвременните лазерни жироскопи са способни да работят при големи механични претоварвания, могат да бъдат инсталирани на ракети, Космически кораби. Създадени са лазерни магнитометри за измерване на слаби магнитни полета и инструменти за измерване на разпределението на частиците по скорост и размер. Лазерните оптични локатори се използват успешно за различни цели (фиг. 5). Високата яркост на лазерното лъчение дава възможност за предаването му на големи разстояния, а кратката продължителност на лазерния импулс осигурява изключителна точност при измерване на разстояния. Лазерният скоростомер има интересен дизайн (фиг. 6). Отразена от движеща се частица, лазерната светлина ще промени своята честота на трептене. При нормални скорости тази промяна поради ефекта на Доплер е незначителна. И все пак, поради високата стабилност на фазата и монохроматичния характер на лазерната светлина, е възможно да се измери и от измерената стойност да се определи скоростта на частица, например, движеща се в турбулентен флуиден поток (виж Турбулентност).

Физиците и инженерите разработват оптика компютър. Неговата конструктивна мощност е десетки пъти по-голяма от тази на „най-бързите“ компютри, съществуващи в момента. Основата на такава машина ще бъдат лазерни устройства. А паметта му ще бъде оптична, базирана на холографски запис на данни (виж Холография). С помощта на холографската оптика днес се извършват сложни математически изчисления, диференциране на функции, интегрални операции, решения сложни уравнения. Оптични елементи - компонентпроекти на много устройства. По този начин контролираната оптична прозрачност прави възможно създаването на изображение, което не се възприема от окото. електромагнитно излъчване, превърнати във видима радиация. Оптичните инструменти, базирани на оптични влакна, дават възможност за проверка вътрешни органихора и предотвратяване на сериозни заболявания.

Така че съвременните оптични инструменти са абсолютно необходими и широко използвани в много индустрии. Национална икономика, в научни изследвания.