Optik cihaz çıkışı. Konu: Optik aletlerin tıpta kullanımı

İÇERİK
GİRİŞ 4
1. OPTİK CİHAZLAR: GENEL ÖZELLİKLER 8
2. MİKROSKOP 10
3. TELESKOPLAR 11
4. DÜRBÜN 12
5. OPTİK GÖRÜŞLER 13
6. MENZİL BULGULAR 13
7. AYDINLATMA VE PROJEKSİYON CİHAZLARI. 14
9. SPEKTRAL CİHAZLAR. 15
SONUÇ 17
EDEBİYAT 18

giriiş
Optik cihazlar, spektrumun herhangi bir bölgesinden (ultraviyole, görünür, kızılötesi) gelen radyasyonun dönüştürüldüğü (iletilen, yansıtılan, kırılan, polarize edilen) cihazlardır. Görüntünün kalitesini artırabilir, azaltabilir, iyileştirebilir (nadir durumlarda kötüleştirebilir) ve istenen nesneyi dolaylı olarak görmeyi mümkün kılabilirler.
"Optik aletler" terimi daha fazlasının özel bir halidir. Genel kavram optik sistemlerışık dalgalarını dönüştürebilen biyolojik organları da içerir.
Optik aletler keşfetmemize yardımcı olur Dünya. Teleskop, uzaktaki nesnelerin ana hatlarını ve ayrıntılarını tespit etmenize ve incelemenize olanak tanır. kozmik cisimler ve mikroskop, canlı hücrelerin yapısı gibi gezegenimizin sırlarını açığa çıkarıyor.
Gözlerimiz aslında Optik enstrümanlar. Bir cisme baktığımızda, her gözün ön kısmında yer alan mercek sistemi, gözün fundus tabakasında yaklaşık 125 milyon ışığa duyarlı hücrenin bulunduğu retina üzerinde o cismin görüntüsünü oluşturur. Retinaya çarpan ışık, hücrelerin beyne elektriksel sinir sinyali göndermesine neden olarak bir nesneyi görsel olarak algılamamızı sağlar.
Ayrıca gözlerin parlaklık ayar sistemi bulunmaktadır. Parlak ışıkta gözbebeği içgüdüsel olarak daralarak görüntünün parlaklığını kabul edilebilir bir seviyeye düşürür. Düşük ışıkta gözbebeği genişleyerek görüntünün parlaklığını artırır.
Zaten eski Romalılar da suyla dolu bir kabın “artan gücüne” dikkat çekmişlerdi. İçindeki su kaynamamasına rağmen bu sayede güneşte yanabileceklerini ve ateş yakabileceklerini biliyorlardı.
Yaklaşık 400 yıl önce İtalya ve Hollanda'daki yetenekli zanaatkarlar gözlük yapmayı öğrendi. Bilinmeyen bir cam yapımcısı tarafından icat edildiler. İtalyan ustalar Bu dönemde cam taşlama sanatıyla ünlüydüler. Gözlüklerin ardından küçük nesneleri görmek için büyüteçler icat edildi. Çok ilginç ve heyecan vericiydi: Bir anda tüm detaylarıyla bir miktar darı tanesini veya bir sinek bacağını görmek!
Ve teleskobun icadı masal diyarına giriyor. Bir Muhammed efsanesine göre, İskenderiye feneri Yunanistan'dan gelen gemilerin görülebildiği devasa bir ayna vardı. Ancak Dünya'nın eğriliği nedeniyle gemiler Yunanistan'dan oldukça uzakta olan bu deniz fenerinden görülebiliyordu. Bu efsaneye inanılırsa, büyük bir içbükey ayna ve mercek kombinasyonunun kullanıldığı varsayılabilir.
Ayna ve merceklerin yardımıyla elde edilen görüntüleri titizlikle inceleyen optik meraklıları, elbette, görüntü elde etmek için birkaç ayna ve merceği birbirine bağlama fikriyle karşılaşmadan edemediler. Bu tür kombinasyonlardan yavaş yavaş bir boru ve bir mikroskop elde edildi. Bu icatların yazarı belirli bir kişiye ait değildir, ancak onların ortaya çıkış tarihinin izini sürebiliriz.
Optik cihazın ilk tanımı Fransiskan keşişi İngiliz Roger Bacon'un yazılarında bulundu. Ancak onlardan yalnızca Bacon'un dışbükey merceklerin büyütme etkisini bildiği, içbükey aynaların paralel ışınları aynanın merkezi ile tepesi arasında bulunan bir noktaya odakladığını tespit ettiği, bir mercek ile bir aynayı birleştirme olasılığını hayal ettiği, bir mercek ile bir aynayı birleştirme olasılığını hayal ettiği sonucuna varabiliriz. Bir teleskop yaratma fikrini ileri sürdü ve 1268'de ona açıklama getiren ilk kişi oldu.
Gözle görülmesi zor olanı görme hayalinizi gerçekleştirmek, İtalyan sanatçı Bilim adamı ve mucit Leonardo da Vinci, 1509'da iki mercekli bir teleskopun tanımını ve çizimini yaptı, mercekleri taşlamak için makineler geliştirdi ve merceklerdeki ışınların yolunun grafiksel yapılarını yapan ilk kişi oldu. Optik iyileştirmeleri o dönemde fark edilmedi ve bilinmiyordu.
Veronalı İtalyan hekim Fracastoro, 1538 yılında ortaya çıkan eserinde, iki merceğin üst üste yerleştirilmesiyle nesnelerin çok daha yakından ve büyütülmüş olarak görülebileceğini iddia etmektedir. “Yukarı” kelimesini tam anlamıyla alırsak, mikroskop yaratma fikrini dile getirdiği anlamına gelir.
İtalyan mucit Giambattista della Porta, 1558'de “Doğal Büyü” adlı eserinde daha da kesin bir şekilde yazıyor: “İçbükey camın yardımıyla uzaktaki nesneler, dışbükey camın yardımıyla yakın nesneler açıkça görülebilir. Her iki cam türü de doğru bir şekilde birleştirilirse hem yakın hem de uzaktaki nesneler daha büyük ve net görünür.” Porta'nın tarif ettiği teleskopun büyütme oranı çok az olmalı. Aksi takdirde, piposu kullanılarak gökyüzünde yapılabilecek bazı keşifleri de anlatırdı. Ancak büyük bir popülerlik kazanan kitabı, pek çok amatörün bu konuya ilgi duymasına katkıda bulundu.
Sonuç olarak, 1608'de, Hollanda'da birkaç araştırmacı - Lippershey, J. Mecius, Hans ve Zacharias Jansen - neredeyse aynı anda teleskopun icadı için patent başvuruları yapıldı. Ancak bu buluşun askeri önemi ve gizli tutuldu. Tek tek nesneleri net bir şekilde görmeyi mümkün kılan bir trompetin icadı hakkındaki söylenti, G. Galileo'yu böyle bir cihazın tasarımı hakkında düşünmeye sevk etti. Hollandalı bilim adamlarından bağımsız olarak 1609 yılında kendi teleskopunu yaratıp onu karada ve denizde gözlem yapmak için kullandı ve en önemlisi onu gökyüzüne doğrultarak olağanüstü sonuçlar elde etti: Jüpiter'in uydularını, Güneş'teki noktaları keşfetti. , bireysel yıldızlar Samanyolu vesaire. Bunun sonucunda teleskopu icat etme onuru uzun süre G. Galileo'ya atfedildi. Günümüzde bazen Hollandaca veya Galilean olarak adlandırılan teleskop tasarımı, çoğunlukla düşük büyütmeli dürbünlerde kullanılmaktadır.
Galileo, optik aletler yaratma fikrini ciddiye alan ilk bilim adamıydı. 1624 yılında teleskop üretimi için atölyeler düzenleyen G. Galileo, mikroskobu yarattı. Cihazlarının tüpleri kağıttan yapılmıştı, bu tür cihazların hızla kullanılamaz hale gelmesi, lenslerin düşmesi ve imha edilmesi şaşırtıcı değil. Ancak bu aletler çok popülerdi, çünkü kısa sürede G. Galileo ünlü Avrupa saraylarının optik aletleri tedarikçisi haline geldi.
Astronomik ve yer tabanlı gözlemler için modern teleskoplar genellikle I. Kepler'in şemasına göre inşa edilir. 1611 yılında I. Kepler iki dışbükey mercekten oluşan bir teleskop önerdi. Bunlardan biri nesnenin gerçek görüntüsünü verir. Bu görüntü ikinci bir mercekle büyütülür. Ortaya çıkan görüntü tam tersidir. Bu nedenle böyle bir teleskop, dünyevi nesneleri görüntülemek için sakıncalıdır.
Başka bir trompet türü 1645'te Bohemya'dan Capuchin keşişi Shirl tarafından önerildi. Bu borunun I. Kepler'in borusuna göre bir avantajı vardı çünkü Görüntüyü tersine çeviren iki dahili lensin eklenmesi sayesinde yer bazlı gözlemler için de uygun hale geldi. Shirl, bir nesneye bakan merceğe objektif mercek, göze bakan merceğe ise göz merceği adını veren ilk kişiydi.
Hollandalı doğa bilimci Antonie Van Leeuwenhoek, 150-300x büyütmeli merceklerin nasıl yapıldığını öğrendi. Bunları mikroskopta kullandı. 1673 yılında Leeuwenhoek, bir su damlasındaki mikroorganizmaları, iribaş kuyruğundaki kılcal damarları, kırmızı kan hücrelerini ve kimsenin şüphelenmediği diğer yüzlerce şaşırtıcı şeyi gözlemleyen ve çizen ilk kişiydi.
Hadi daha yakından bakalım Genel özellikleri optik aletler ve mevcut optik aletler.

1. Optik aletler: genel özellikler
Optik cihazlar, spektrumun herhangi bir bölgesinden (ultraviyole, görünür, kızılötesi) gelen radyasyonun dönüştürüldüğü (iletilen, yansıtılan, kırılan, polarize edilen) cihazlardır. Tarihsel geleneğe saygı duruşunda bulunarak, optik cihazlara genellikle görülebilir ışık. Bir cihazın kalitesinin ilk değerlendirmesinde yalnızca ana özellikleri dikkate alınır: radyasyonu yoğunlaştırma yeteneği - açıklık oranı; bitişik görüntü ayrıntılarını ayırt etme yeteneği - çözme gücü; Bir nesnenin boyutunun görüntüsüne oranı büyütmedir. Birçok cihaz için tanımlayıcı özellik, görüş alanıdır; yani nesnenin en uç noktalarının cihazın merkezinden görülebildiği açıdır.
İzin verici güç.
Cihazın iki yakın noktayı veya çizgiyi ayırt edebilme yeteneği, ışığın dalga doğasından kaynaklanmaktadır. Örneğin bir mercek sisteminin çözme gücünün sayısal değeri, tasarımcının mercek sapmalarıyla başa çıkma ve bu mercekleri aynı optik eksen üzerinde dikkatli bir şekilde merkezleme becerisine bağlıdır. Teorik pr......

Edebiyat
1. Born M., Wolf E. Optiğin temelleri. M., 2010
2. Efremov A.A. vb. Optik aletlerin montajı. M., 2008
3. Optik-mekanik cihazların tasarımcısı için el kitabı. L., 1990
4. Kulagin S.V. Optik aletlerin tasarımının temelleri. St.Petersburg, 2002
5. Pogarev G.V. Optik aletlerin ayarlanması. St.Petersburg, 2002

Optik aletler insana ölçek açısından kutupsal olan iki dünyayı ortaya çıkardı: muazzam genişliğiyle kozmik dünya ve en küçük organizmaların yaşadığı mikroskobik dünya. Tv yayını, film göstermek, araziyi hızlı bir şekilde yakalamak, mesafeleri ve hızları doğru bir şekilde ölçmek yalnızca optik aletlerin kullanılmasıyla mümkündür.

En yaygın cihazlar görüntü oluşturan cihazlardır. Bunlar teleskop ve dürbün, mikroskop ve büyüteç, kamera ve slayt projektörüdür... Projeksiyon aparatı, görüntü oluşturan en karakteristik cihazlardan biridir (Şekil 1). Bir projeksiyon aparatı film göstermeye uyarlanmışsa buna sinema kamerası denir. Slaytları göstermek için kullanılıyorsa, bu bir tepegözdür. Bir tepegöz projektöründe, K yoğunlaştırıcısının ışığıyla aydınlatılan şeffaf bir fotoğraf slaytı D, görüntünün ekranda görünmesi için merceğin odak düzleminin yakınına yerleştirilir. keskin görüntü. Görüntü boyutu projektörün perdeye olan mesafesine bağlıdır. Bu mesafeyi değiştirirken merceğin kızağa göre konumunu değiştirmek gerekir. Ekran yerine aydınlatılmış bir nesne yerleştirirseniz şeffaflığın olduğu yerde gösterilecektir. Şimdi, şeffaflık yerine film koyup yoğunlaştırıcıyı çıkarırsanız, kameranın devre şemasını elde edersiniz.

İnsan gözünün optik tasarımı da kameranınkine benzer. Göz, retinası üzerinde bir görüntü oluşturur. Bir nesnenin gözün retinasındaki görüntüsünün boyutu, nesneyi gördüğümüz açıya bağlıdır. Böylece Güneş'in açısal çapı 32' olur. Bu açı Güneş'in retinadaki görüntüsünün boyutunu belirler. Bir nesnenin iki uç noktası 1°'den daha küçük bir açıyla göründüğünde bunlar retina üzerinde birleşir ve nesne gözlemciye bir nokta olarak görünür. Bu durumda gözün çözünürlüğünün bir yay dakikasını geçmediğini söylüyorlar.

Teleskop, uzaktaki bir nesnenin görülebileceği açıyı arttırmayı mümkün kılar. İlk teleskop 17. yüzyılın başında yaratıldı. G. Galileo. Uzak bir nesneden gelen ışınların yolunu modern bir tespit dürbünüyle tanımlayalım. İtibaren uç noktalar Paralel ışınlar bir nesnenin merceğine düşer ve odak düzleminde nesnenin dış hatlarını çizer. Göz merceği aracılığıyla görüntü, nesnenin çıplak gözle görülebildiği φ n'den daha büyük bir φ u açısıyla görüntülenir. Teleskobun açısal büyütülmesi φ u / φ n = γ 1 / γ 2. Şekil 2'de gösterilen optik şema. Şekil 2, bir refraktörün (mercek objektifli bir teleskopun) diyagramıdır. Teleskop ile ayna merceği reflektör veya yansıtıcı teleskop denir. Reflektör ilk olarak 1668 yılında I. Newton tarafından yapılmıştır (Şek. 3).

Objektif çapı D olan bir teleskop, eğer nesnenin yaydığı ışığın dalga boyunun λ = 0,5 olduğunu varsayarsak, 1,22λ / D = 140″ / D açısal mesafede bulunan nesneleri veya bir nesne üzerindeki noktaları gözlemlemeye izin verir. µm. Teleskopun çapı ne kadar büyük olursa, o kadar fazla olduğu ortaya çıktı. küçük parçalar nesne onun yardımıyla ayırt edilebilir. En büyük refraktörlerin mercek çapı 1 m'yi aşmaz.Büyük çaplı bir ayna yapmak ve reflektör yapmak teknik olarak daha kolaydır.

SSCB'de 6 metrelik aynaya sahip devasa bir teleskop inşa edildi. Uzun zamandır dünyanın en büyüğü olarak kaldı. Değişken galaksileri, pulsarları, kuasarları ve diğer uzay nesnelerini gözlemlemek için tasarlanmıştır.

Altındaki küçük bir nesneye bakmak için yüksek açı mümkün olduğu kadar göze yaklaştırılır. Ancak göz merceği, göze 10 cm'den daha yakın yerleştirilmediği takdirde retina üzerindeki bir nesneyi net bir şekilde tasvir eder. Daha kısa mesafelerde merceğin maksimum eğriliği retina üzerinde net bir görüntü elde etmek için yeterli değildir. Bu nedenle, çok küçük nesneler bir büyüteç veya mikroskopla incelenir - nesnenin görülebildiği açıyı artıran cihazlar. Büyüteç 17. yüzyılda icat edildi. Mikroorganizmalar dünyasının kaşifi Hollandalı doğa bilimci A. Leeuwenhoek, 300 kat artış sağladı. Mikroskop tasarımı 1660'larda geliştirildi. İngiliz bilim adamı R. Hooke. Ama 20'li yıllara kadar. XIX yüzyıl mikroskoplar çok iyi büyüteçlerle rekabet edemiyordu. Birçok mercekten yapılan karmaşık merceklerin geliştirilmesiyle ilerleme kaydedilmiştir. Minimum boyutlar Mikroskopla görülebilen bir nesnenin büyüklüğü şu ilişkiyle belirlenir: d = 0,5λ/A. Burada A yaklaşık olarak 1'e eşit bir sabittir. Yeşil ışık için d = 0,3 µm. Bir cismin 1' açıyla görülebilmesi için 1000 kat büyütme yeterlidir.

Spektral optik aletler ışığın spektral bileşimini incelemek için tasarlanmıştır. Onlar oynuyorlar önemli rol bilimin gelişiminde ve hem mikrokozmosta meydana gelen süreçleri incelemek hem de uygulamalı amaçlar için kullanılır. Örneğin, modern spektral ekipmanın yardımıyla kişi şekli yargılayabilir. atom çekirdeği ve maddenin doğru elementel analizini gerçekleştirin. Spektral cihaza bir örnek, radyasyon spektrumunun görsel olarak gözlemlenebildiği bir spektroskoptur (Şekil 4). Spektroskopun ana kısmı bir prizma veya kırınım ızgarasıdır. Lens, incelenmekte olan radyasyonu kolimatörün (düşük sapmalı bir ışık ışını oluşturan bir cihaz) "paralel" bir ışının yarığında toplar. Böyle bir ışın bir prizmadan geçtikten sonra altına giren n ışına dönüşür. farklı açılar radyasyon aşağıdakilerden oluşuyorsa elektromanyetik dalgalar uzunlukları λ 1, λ 2, …, λ n. Ekrandaki Lens L2, spektrumu oluşturan A yarığının n adet görüntüsünü verecektir. "Neredeyse" monokromatik radyasyonun incelenmesi gerektiğinde, örneğin bir hattın spektral bileşimi, yüksek çözme gücüne sahip bir cihaz, spektroskopik prizma cihazıyla seri olarak kurulur. Işık cihazlarının ön ayrışması olmadan yüksek çözünürlük yalnızca çok dar bir dalga boyu aralığında çalışabildiklerinden kullanılamazlar.

Lazerlerin yaratılması optik enstrümantasyonda yeni yollar açtı. Modern lazer jiroskoplar yüksek mekanik aşırı yükler altında çalışabilmektedir; roketlere monte edilebilirler. uzay gemileri. Zayıf manyetik alanları ölçmek için lazer manyetometreler ve parçacıkların hız ve boyuta göre dağılımını ölçmek için aletler yapılmıştır. Lazer optik konum belirleyiciler çeşitli amaçlarla başarıyla kullanılmaktadır (Şekil 5). Lazer radyasyonunun yüksek parlaklığı, uzun mesafelere iletilmesini mümkün kılar ve lazer darbesinin kısa süresi, mesafelerin ölçülmesinde olağanüstü doğruluk sağlar. Lazer hız ölçer ilginç bir tasarıma sahiptir (Şekil 6). Hareketli bir parçacıktan yansıyan lazer ışığı, salınım frekansını değiştirecektir. Normal hızlarda Doppler etkisinden kaynaklanan bu değişiklik ihmal edilebilir düzeydedir. Yine de, lazer ışığının yüksek faz kararlılığı ve tek renkli doğası nedeniyle, onu ölçmek ve ölçülen değerden, örneğin türbülanslı bir sıvı akışında hareket eden bir parçacığın hızını belirlemek mümkündür (bkz. Türbülans).

Fizikçiler ve mühendisler optik geliştiriyor bilgisayar. Tasarım gücü şu anda mevcut olan “en hızlı” bilgisayarlarınkinden onlarca kat daha fazladır. Böyle bir makinenin temeli lazer cihazları olacaktır. Ve hafızası, verilerin holografik kaydına dayalı olarak optik olacaktır (bkz. Holografi). Holografik optiklerin yardımıyla günümüzde karmaşık matematiksel hesaplamalar yapılmakta, fonksiyonların farklılaştırılması, integral işlemler gerçekleştirilmekte, çözümler karmaşık denklemler. Optik elemanlar - bileşen birçok cihazın tasarımı. Böylece kontrollü optik şeffaflık, gözle algılanmayan bir görüntünün oluşturulmasını mümkün kılar. Elektromanyetik radyasyon görünür radyasyona dönüştürülür. Fiber optiğe dayalı optik aletler incelemeyi mümkün kılar iç organlar insanları ve ciddi hastalıkları önler.

Bu nedenle modern optik cihazlar kesinlikle gereklidir ve birçok endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Ulusal ekonomi, bilimsel araştırmalarda.