ВхідОптичні прилади виведення. Тема: Використання оптичних приладів у медицині
ЗМІСТ
ВСТУП 4
1. ОПТИЧНІ ПРИЛАДИ: ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА 8
2. МІКРОСКОПИ 10
3. ТЕЛЕСКОПИ 11
4. БІНОКЛІ 12
5. ОПТИЧНІ ПРИЦІЛИ 13
6. ДАЛЬНОМИРИ 13
7. ОСВІТИЛЬНІ І ПРОЕКЦІЙНІ ПРИЛАДИ. 14
9. СПЕКТРАЛЬНІ ПРИЛАДИ. 15
ВИСНОВОК 17
ЛІТЕРАТУРА 18
Вступ
Оптичні прилади - це пристрої, в яких випромінювання будь-якої області спектру (ультрафіолетової, видимої, інфрачервоної) перетворюється (пропускається, відбивається, заломлюється, поляризується). Вони можуть збільшувати, зменшувати, покращувати (в окремих випадках погіршувати) якість зображення, давати можливість побачити предмет побічно.
Термін "Оптичні прилади" є окремим випадком. загального поняття оптичних систем, яке також включає біологічні органи, здатні перетворювати світлові хвилі.
Оптичні прилади допомагають нам досліджувати навколишній світ. Телескоп дозволяє виявити та розглянути обриси та деталі далеких космічних тіл, А мікроскоп розкриває таємниці нашої планети, такі як будова живих клітин.
Наші очі, по суті, є оптичні прилади. Коли ми дивимося на предмет, лінзова система, розташована в передній частині ока, формує його зображення на сітківці - шарі очного дна, що містить приблизно 125 млн. світлочутливих клітин. Падаючий на сітківку світло змушує клітини посилати в мозок електричний нервовий сигнал, дозволяючи нам візуально сприймати предмет.
Крім того, очі мають систему регулювання яскравості. При яскравому освітленні зіниця інстинктивно звужується, знижуючи яскравість зображення до прийнятного рівня. При слабкому освітленні зіниця розширюється, збільшуючи яскравість зображення.
Вже древні римляни звернули увагу на «збільшуючу силу» посудини, наповненої водою. Вони знали, що через нього на сонці можна обпектися, запалити вогонь, хоч вода в ньому не закипає.
Близько 400 років тому майстерні майстри Італії та Голландії навчилися робити очки. Винайшов їхній безвісний скляний майстер. Італійські майстриу цю епоху славилися мистецтвом шліфування скла. Після окулярами винайшли лупи для розглядання дрібних предметів. Це було дуже цікаво і захоплююче: раптом побачити у всіх подробицях якесь просяне зернятко чи мушину ніжку!
А винахід зорової труби йде в область казкових переказів. Згідно з однією магометанською легендою, на Олександрійський маякзнаходилося величезне дзеркало, з якого можна було бачити кораблі, що відпливали з Греції. Проте внаслідок кривизни Землі кораблі було видно з цього маяка вже досить далеко від Греції. Якщо вірити цьому переказу, можна припустити, що там використовувалася комбінація великого увігнутого дзеркала з лінзою.
Любителі оптики, які старанно займалися вивченням зображень, що виходять за допомогою дзеркал і лінз, звичайно, не могли не натрапити на думку поєднувати кілька дзеркал і лінз, щоб отримувати зображення. З таких комбінацій поступово виходили труба та мікроскоп. Авторство цих винаходів не належить одній певній особі, але ми можемо простежити історію їхньої появи.
Перший опис оптичного приладу було знайдено у працях ченця францисканського ордену, англійця, Роджера Бекона. Але з них можна укласти тільки те, що Бекон знав збільшуючу дію опуклих лінз, встановив, що увігнуті дзеркала фокусують паралельні пучки в точку, що лежить між центром і вершиною дзеркала, представляв можливість поєднання лінзи та дзеркала, висунув ідею створення зорової труби і першим дав її опис у 1268 р.
Реалізуючи свою мрію розглянути невловиме оком, італійський художник, вчений та винахідник Леонардо да Вінчі в 1509 р. дав опис та малюнок дволінзової зорової труби, розробив верстати для шліфування лінз, першим виконав графічні побудови ходу променів у лінзах. Оптичні вдосконалення його були реалізовані на той час і залишилися невідомими.
Італійський лікар Фракасторо з Верони у своїй праці, що з'явився в 1538 р., стверджує, що можна бачити предмети набагато ближче і у збільшеному вигляді, поклавши одну над іншою дві лінзи. Якщо розуміти «над» буквально, це означає, що їм висловлена ідея створення мікроскопа.
Ще точніше пише італійський винахідник Джамбаттіста делла Порта в 1558 р. у своїй «Природній магії»: «З допомогою увігнутого скла ясно видно далекі предмети, за допомогою опуклого – близькі. Якщо правильно з'єднати обидва роди цього скла, то як близькі, так і далекі предмети здаються більшими і яснішими». Зорова труба, яку описує Порта, мала збільшувати дуже слабко. Інакше він описав би ще деякі відкриття на небі, які можна було зробити за допомогою його труби. Але його книга, що набула великої популярності, сприяла тому, що багато любителів зацікавилися цим питанням.
В результаті в 1608 р. в голландії були подані заявки на видачу патенту на винахід зорової труби майже одночасно декількома дослідниками - Ліпперсгеєм, Я. Меціусом, Гансом і Захар Янсен. Однак цей винахід мав військове значенняі було засекречено. Чутка про винахід труби, що дозволяє ясно бачити окремі предмети, наштовхнув Г.Галілея на роздуми про влаштування такого приладу. Він незалежно від голландських учених створив свою зорову трубу в 1609 р. і використав її для спостереження на суші та на морі, а головне, направивши її на небо, досяг чудових результатів: відкрив супутники Юпітера, плями на Сонці, окремі зірки Чумацького Шляхуі т.д. Внаслідок цього довгий час честь винаходу зорової труби приписували Г.Галілею. У наші дні схема зорової труби, званої іноді голландської чи галилеевой, застосовується переважно у біноклях з невеликим збільшенням.
Галілей був першим ученим, який серйозно ставився до ідеї створення оптичних приладів. Організувавши майстерні з виробництва зорових труб 1624 р., Г.Галілей створив мікроскоп. Тубуси його приладів виготовлялися з паперу, не дивно, що такі прилади швидко занепадали, лінзи випадали і руйнувалися. Однак ці прилади мали велику популярність, адже за короткий термін Г.Галілей став постачальником оптичних приладів у відомі європейські двори.
А сучасні зорові труби для астрономічних та наземних спостережень зазвичай побудовані за схемою І.Кеплера. У 1611 р. І.Кеплер запропонував зорову трубу, що складалася з двох опуклих лінз. Один із них дає дійсне зображення предмета. Це зображення збільшує друга лінза. Отримуване зображення – зворотне. Тому така зорова труба незручна для розгляду земних предметів.
Іншу форму труби запропонував у 1645 р. капуцинський чернець Ширль із Богемії. Ця труба мала перевагу перед трубою І. Кеплера, т.к. завдяки доданню двох внутрішніх лінз, які перевертають зображення, стала зручною для наземних спостережень. Ширль перший назвав лінзу, звернену до предмета – об'єктивом, а звернену до ока – окуляром.
Антоні Ван Левенгук, нідерландський натураліст, навчився виготовляти лінзи зі 150-300-кратним збільшенням. Використовував він їх у мікроскопі. У 1673 р. Левенгук перший поспостерігав і замалював мікроорганізми в крапельці води, капілярні судини в хвості пуголовка, червоні кров'яні тільця та сотні інших дивовижних речей, про які ніхто й не підозрював.
Розглянемо докладніше загальну характеристикуоптичних приладів та існуючі оптичні прилади.
Оптичні інструменти відіграли велику роль у законодавстві, а точніше у поліції, прокурорах та судах, у яких доказ є підставою для винесення судового рішення. З камерою або камерою ми можемо записувати будь-яку дію чи подію, а за допомогою мікроскопів та лупів ми можемо перевірити відбитки пальців і перевірити, наприклад, чи об'єкт використаний у злочині. Оптичні інструменти стали шипом в очах бунтівників, відмінним інструментом виявлення їх пороку.
Детальніше Біологічний словник із функцією фотографування зображення – повністю революціонізована медицина та біологія. Вони дозволили Кароль Дарвіну розвинути теорію еволюції. Ці пристрої дозволили виявити туберкульозні бактерії – хворобу середньовічних людей, що значно знизило середню тривалість життя. Було досягнуто величезного прогресу в лікуванні інфекційних захворювань, тому що вчені змогли «заглянути всередину» живих клітин і спостерігати за бактеріями, вірусами та іншими невидимими організмами.
1. Оптичні прилади: загальна характеристика
Оптичні прилади - пристрої, у яких випромінювання будь-якої області спектру (ультрафіолетової, видимої, інфрачервоної) перетворюється (пропускається, відбивається, заломлюється, поляризується). Віддаючи данину історичної традиції, оптичними зазвичай називають прилади, що працюють у видимому світлі. При первинній оцінці якості приладу розглядаються лише його основні характеристики: здатність концентрувати випромінювання – світлосила; здатність розрізняти сусідні деталі зображення – роздільна здатність; співвідношення розмірів предмета та його зображення – збільшення. Багатьом приладів визначальною характеристикою виявляється поле зору – кут, під яким із центру приладу видно крайні точки предмета.
Дозволяюча сила.
Здатність приладу розрізняти дві близькі точки або лінії обумовлена природою хвильової світла. Чисельне значення роздільної здатності, наприклад, лінзової системи, залежить від уміння конструктора впоратися з абераціями лінз і ретельно відцентрувати ці лінзи на одній оптичній осі. Теоретичний пр......
Докладніше Біологічний словник та генетика, щоб зробити лікування більш ефективним. Як теорія Коперника геліоцентричної, дарвінівської теорії еволюції, і відкриття бактерій сильно змінили сприйняття світу людьми. Хоча в Копернику не було оптичних інструментів, які б дозволяли бачити космос, наступні спостереження Галілея підтвердили твердження його попередника, що повністю революціонізує астрономію. Відомо, що Дарвін використовував мікроскоп, також змінюючи особу науки. За допомогою цього пристрою в руках Роберта Коха люди перестали стверджувати, що хвороба виникає, коли зовнішні подразники надто сильні чи надто довгі, а також зменшують адаптивність організму.
Література
1. Борн М., Вольф Еге. Основи оптики. М., 2010
2. Єфремов А.А. та ін. Складання оптичних приладів. М., 2008
3. Довідник конструктора оптико-механічних приладів. Л., 1990
4. Кулагін С.В. Основи конструювання оптичних приладів. СПб., 2002
5. Погарьов Г.В. Юстування оптичних приладів. СПб., 2002
Оптичні прилади відкрили людині два полярні за масштабами світу - космічний з його величезними протяжностями та мікроскопічний, населений найдрібнішими організмами. Телевізійна передача, демонстрація кінофільму, швидка зйомка рельєфу місцевості, точне вимірювання відстаней і швидкостей можливі завдяки використанню оптичних приладів.
Мікробіологічна біологія Мікроорганізми - це назва, яка охоплює всі одноклітинні організми, такі як бактерії, ціанобактерії, найпростіші, водорості, гриби. Існують також неклітинні форми, що є вірусами. Біологічний словник буде «божественним покаранням за злі справи».
Універсально обґрунтовані погляди світу, спрямовані на вищезгадані великі учені, змусили Церкву звернутися до незаперечних. науковим свідченнямі певних змін у біблійній розповіді про створення світу Богом. Саме через конфронтацію з наукою та зміну поглядів «у міру необхідності» Церква втратила деякі свої повноваження в очах деяких.
Найбільш поширені прилади, що формують зображення. Це телескоп і бінокль, мікроскоп і лупа, фотоапарат і діапроектор ... Проекційний апарат - один із найхарактерніших приладів, що формують зображення (рис. 1). Якщо проекційний апарат пристосований до показу кіно, його називають кіноапаратом. Якщо він використовується для демонстрації діапозитивів, це діапроектор. У діапроекторі прозорий знімок - діапозитив Д, освітлений світлом конденсора К, поміщають поблизу фокальної площини об'єктива так, щоб на екрані виходило чітке зображення. Розмір зображення залежить від відстані проектора від екрана. При зміні цієї відстані необхідно змінювати положення об'єктива щодо діапозитиву. Якщо замість екрана поставити освітлений предмет, він зобразиться у місці розташування діапозитива. Тепер, якщо замість діапозитиву поставити плівку та прибрати конденсор, виходить схема фотоапарата.
Церква не лише змінила істину, яку проповідувала. Необхідність реформи також стала необхідністю освіти. І оскільки Час все ще є однією з основних категорій для організації світу, представленого в літературної роботи. Детальніше Глосарій літературних термінівВчені відкривають щось нове, майже кожне покоління дізнається щось ще.
Однак це не кінець «завоювання світу» пристроями, що дозволяють бачити те, що недоступне неозброєним оком. Вони досягли величезного прогресу в хімії, конкретніше, у частках мікрочастинок та атомів. Завдяки їм ми знаємо, з чого зроблено весь світ. Метали також використовуються для отримання найкращих сплавів для кожної мети. Аналіз хімічних перетворень дозволяє історикам та геологам відтворювати предмет своїх досліджень до процесу руйнування. Знову ж таки, оптичні інструменти дозволяють розвивати культуру та широко розуміти навчання.
Оптична схема ока людини також нагадує схему фотоапарата. Око формує зображення на своїй сітківці. Розміри зображення предмета на сітківці очі залежить від того, під яким кутом ми бачимо предмет. Так, кутовий діаметр Сонця 32′. Цим кутом визначається розмір зображення Сонця на сітківці. Коли дві крайні точки предмета видно під кутом, меншим за 1′, вони зливаються на сітчастій оболонці і предмет представляється спостерігачеві точкою. У цьому випадку кажуть, що роздільна здатність ока не перевищує однієї кутової хвилини.
У швидкому темпі розвивається дуже модна область, яка називається нанотехнологією, заснована на створенні різних структур на рівні атомів та молекул. Професіонали бачать майбутнє практично у всіх сферах життя: від пластмас, комп'ютерів чи туману до заміни ременів безпеки автомобіля на нанокосметику.
Люди стали все більш оптично займатися, щоб спростити своє життя і досягти своїх цілей - влади, багатства і т.д. таким чином, використовувалися оптичні інструменти - перископ та бінокль армії. Їхнє використання могло б вирішити перемогу і, отже, історію регіону, держави і навіть усього світу.
Телескоп дозволяє збільшувати кут, під яким видно віддалений предмет. Перший телескоп створив на початку XVII ст. Г. Галілей. Опишемо хід променів від віддаленого предмета в сучасній зоровій трубі. Від крайніх точокпредмета на об'єктив падають паралельні промені та окреслюють контур предмета у фокальній площині. Через окуляр зображення розглядається під кутом φ u , більшим, ніж φ n , під яким видно предмет неозброєним оком. Кутове збільшення телескопа u / n = 1 / 2 . Оптична схема наведена на рис. 2 - це схема рефрактора - телескопа з лінзовим об'єктивом. Телескоп з дзеркальним об'єктивомназивають рефлектором або відбивним телесклом. Вперше рефлектор побудували І. Ньютоном в 1668 р. (рис. 3).
Повільно наші життя починають революціонізувати роботи, потенційні візуальні можливості яких залежить від складних оптичних систем. Люди почали створювати роботів-помічників, і тепер вони вимагають від них дедалі більше. Щоб створити всеосяжну машину, ви повинні дозволити її побачити, створюючи щось на зразок ока. І хоча деякі люди постійно вдосконалюють свою роботу, інші обговорюють можливі наслідки боротьби з усіма неприємними речами машини.
Сьогодні ми не можемо уявити собі життя без наркотиків, якого колись просто не було. У деяких випадках люди, які є надмірно захисними, звертатимуться до лікаря або прийматимуть ліки через прилавок. Те саме можна сказати і про біноклі, що використовуються для навігації. Якби не вона, багато моряків померло б у морі, не бачачи кількох кілометрів землі.
Телескоп з діаметром об'єктива D дозволяє спостерігати предмети або точки предмета, що знаходяться на кутовій відстані 1,22λ/D=140″/D, якщо вважати, що довжина світлової хвилі, що випускається об'єктом, λ=0,5 мкм. Виходить, що більше діаметр телескопа, тим більше дрібні деталіоб'єкта помітні з його допомогою. У найбільших рефракторів діаметр об'єктива вбирається у 1 м. Технічно простіше виготовити дзеркало великого діаметра і побудувати рефлектор.
Мисливець дуже допомагає так званому. Мисливське спорядження – оптичний пристрій, придатний для точної стрілянини. Не забувайте про дуже простих інструментахале дуже корисно. Прикладами є дзеркала у різних транспортних засобах- Автомобілі, мотоцикли і т.д. багато разів вони рятуються від нещасного випадку чи навіть смерті.
Кожен день ми також використовуємо загальні дзеркала - найчастіше для оцінки та, можливо, покращення їх зовнішнього вигляду, а також для « оптичного збільшеннякімнати». "Вигнуті" дзеркала також використовуються для розваги, так званого. Шафи дзеркал чи кімнати сміху.
Величезний телескоп із 6-метровим дзеркалом був побудований в СРСР. Довгий часвін залишався найбільшим у світі. Призначений для спостереження змінних галактик, пульсарів, квазарів та інших космічних об'єктів.
Щоб розглянути малий предмет під великим кутом, його підносять якомога ближче до ока. Однак очний кришталик чітко зображує предмет на сітківці, якщо він поміщений не ближче ніж 10 см від ока. При менших відстанях максимальна кривизна кришталика виявляється недостатньою для отримання чіткого зображення на сітківці. Тому дуже малі предмети розглядають через лупу чи мікроскоп - прилади, які збільшують кут, під яким видно предмет. Лупи, винайдені XVII в. нідерландським натуралістом А. Левенгуком, першовідкривачем світу мікроорганізмів, давали збільшення у 300 разів. Схема мікроскопа була вдосконалена у 1660-х роках. англійським вченим Р. Гуком. Але до 20-х років. ХІХ ст. мікроскопи не могли конкурувати з дуже гарними лупами. Прогрес було досягнуто завдяки розробці складних об'єктивів із багатьох лінз. Мінімальні розмірипредмета, помітного мікроскоп, визначаються залежністю: d = 0,5λ/А. Тут А – постійна, рівна приблизно 1. Для зеленого світла d = 0,3 мкм. Щоб предмет було видно під кутом 1′, достатньо збільшення у 1000 разів.
Як ви можете бачити у наведених вище прикладах, оптика повністю захопила світ. Взяття людини з одного з оптичних інструментів принесло б хвилю примітивізму та безпорадності, що є негативним явищем. Збільшувальне скло, ймовірно, є найпростішим оптичним пристроєм для отримання збільшених зображень близьких об'єктів, таких як ті, які взагалі не видно без використання цього інструменту, або дуже погано видно. Найпростіша лупа складається з однієї лінзи, що фокусує.
Інакше це називається збільшувальним склом. Більшість із нас має цей пристрій у будинках. Прочитайте словник літературних термінів об'єкта, лише якщо цей об'єкт розміщений між нескінченністю тощо. крупний план, який знаходиться приблизно за 25 сантиметрів від ока. Існує ще одна відстань близько 10 сантиметрів, яка є найближчим оком, в якому око все ще здатне вміститися. Ця відстань називається найближчою точкою.
Спектральні оптичні прилади призначені на дослідження спектрального складу світла. Вони грають важливу рольу розвитку науки і застосовуються як вивчення процесів, які у мікросвіті, так прикладних цілей. Наприклад, за допомогою сучасної спектральної апаратури можна судити про форму атомного ядрата проводити точний елементний аналіз речовини. Приклад спектрального приладу – спектроскоп (рис. 4), у якому спектр випромінювання можна спостерігати візуально. Основна частина спектроскопа – призма або дифракційна решітка. Досліджуване випромінювання лінза збирає на щілини коліматора - пристрою, що формує пучок світла малої розбіжності - «паралельний» пучок. Пройшовши крізь призму, такий пучок перетворюється на n пучків, що йдуть під різними кутами, якщо випромінювання складається з електромагнітних хвильз довжинами 1, 2, …, n. Лінза Л 2 на екрані дасть n зображень щілини А, які утворюють спектр. Коли потрібно вивчити «майже» монохроматичне випромінювання, наприклад, спектральний склад однієї лінії, послідовно зі спектроскопічним призмінним приладом встановлюють прилад великої роздільної сили. Без попереднього розкладання світла прилади високого дозволузастосовувати не можна, тому що вони можуть працювати лише у дуже вузькому діапазоні довжин хвиль.
На сітківці створюється візуальний образ, простий та збільшений. У разі збільшувального скла так званого. Кутове збільшення, тобто. відношення кута променів, що утворюють зображення у фокусі лінзи, до кута, при якому зображення записується з відстані 25 см без використання збільшувального скла.
Якщо ми використовуємо прямі лінзи, можна отримати зображення об'єкта, збільшеного до п'яти разів. Прямі лінзи включають одиночні, двоопуклі лінзи, плоскі опуклі і увігнуті опуклі лінзи. Вони використовуються як збільшувальні окуляри для читання, для спостереження дрібних об'єктів.
Створення лазерів відкрило нові шляхи оптичного приладобудування. Сучасні лазерні гіроскопи здатні працювати при високих механічних навантаженнях, їх можна встановлювати на ракетах, космічних кораблях. Побудовано лазерні магнітометри для вимірювання слабких магнітних полів, прилади для вимірювання розподілу частинок за швидкостями та розмірами. Успішно використовують для різних цілей лазерні оптичні локатори (рис. 5). Висока яскравість лазерного випромінювання дає можливість передавати його великі відстані, а мала тривалість лазерного імпульсу забезпечує виняткову точність вимірювання відстаней. Цікаво влаштований лазерний вимірник швидкостей (рис. 6). Відображений від частинки, що рухається, лазерне світло змінить свою частоту коливань. При звичайних швидкостях ця зміна, обумовлена ефектом Доплера, мізерна. І все ж завдяки високій стабільності фази і монохроматичності лазерного світла його вдається виміряти, а за виміряною величиною визначити швидкість частинки, наприклад рідини, що рухається в турбулентному потоці (див. Турбулентність) .
Детальніше Біологічний словник вовчаку являє собою складне збільшувальне скло. Вони побудовані з усієї системи об'єктивів. До цієї групи належать, зокрема. дволінзове ахроматичне збільшувальне скло, трилінзові апертурні лупи Збільшення в 3-12 разів. Великих збільшення досягається з використанням інших комплексних мінімумів. Є й так. телескопів та стереоскопічних лупів. Інший оптичний інструмент, який знаходиться у більшості будинків, – це бінокль. Два біноклі розташовані паралельно.
Існує кілька типів біноклів. Ці біноклі прості у побудові, але, на жаль, вони також мають невелике поле зору. Це призводить до більш ніж трьох збільшенням. Прикладом такого бінокля є театральний бінокль та морган. Призматичний бінокль – у такому біноклі об'єктив та окуляр мають функцію фокусування. Між цими елементами розміщуються призматичні системи. Вони дають змогу отримати простий образ.
Фізики та інженери розробляють оптичну обчислювальну машину. Проектна потужність її в десятки разів більша, ніж у існуючих нині «швидких» комп'ютерів. Основою такої машини стануть лазерні пристрої. І пам'ять у неї буде оптичною, заснованою на голографічному записі даних (див. Голографія). За допомогою голографічної оптики виконуються сьогодні складні математичні розрахунки, диференціювання функцій, інтегральні операції, вирішуються найскладніші рівняння. Оптичні елементи - складова частинаконструкції багатьох приладів Так, керовані оптичні транспаранти дають можливість зображення, отримане за допомогою ока, що не сприймається. електромагнітного випромінювання, перетворити на видиме випромінювання. Оптичні прилади, що базуються на волоконній оптиці, дозволяють оглядати внутрішні органилюдини і запобігати тяжким захворюванням.
Помістивши призму, буде ще одна важлива річ. А саме завдяки відстані між лінзами пластичність зображення збільшується. Зображення чисті, а масштабування – до 20 разів. Єдиним недоліком є його розмір та вага. Приклад такого бінокля є бінокль.
Біноклі - такі біноклі також мають ширококутні об'єктиви. Як інвертована система використовуються системи лінз. Завдяки їм ви можете отримати дуже стереоскопічні та збільшені зображення. Очікувані збільшення більш ніж 15 разів. Але вони також важкі та громіздкі.
Отже, сучасні оптичні прилади абсолютно необхідні та широко використовуються у багатьох галузях. народного господарства, у наукових дослідженнях.