Karol Dorywalski nr 5
Urządzenie optyczne
urządzenie optyczne - urządzenie służące do zmieniania drogi promieni świetlnych,
a czasem także promieni niektórych innych form promieniowania elektromagnetycznego. W
zależności od konstrukcji, służyć może do różnych celów, jak np. obserwacji obiektów trudno lub wręcz w ogóle nie
rozpoznawalnych za pomocą nieuzbrojonego ludzkiego oka (obiektów zbyt małych),
obserwacji obiektów zasłoniętych dla bezpośredniej obserwacji, projekcji
lub ekspozycji
obrazów, nadania oświetleniu odpowiedniego kierunku i kształtu, lub też korekty
wad wzroku.
1.
Oko
Światło wpadające do oka zanim dotrze do siatkówki przechodzi przez rogówkę,
płyn wodnisty, tęczówkę, soczewkę i ciało szkliste. Każda z tych części wykonuje
proste zadanie i choć każda z nich posiada wady[1], oko jako całość stanowi
wspaniały instrument optyczny, doskonale przystosowany do funkcji, jaką musi
spełniać. Ludzkie oko jest bardziej elastyczne, wrażliwsze i niezawodne niż
instrumenty optyczne zrobione przez człowieka.Światło
wpadając do oka napotyka najpierw na swej drodze błonę ochronną – rogówkę.
Następnie przechodzi przez komorę przednią oka i dalej przez otwór źreniczny w
tęczówce. Źrenica kontroluje ilość światła przenikającego do oka. Działa w ten
sposób, że przy dużym oświetleniu kurczy się, chroniąc oko przed nadmiarem
światła, a przy słabym rozszerza, aby wpuścić możliwie najwięcej światła. Zmiana
ta dokonuje się w zakresie od maksimum wynoszącego 7-
Po przejściu przez źrenicę światło trafia na soczewkę, której zadaniem jest
ogniskowanie oglądanego obrazu na siatkówce. Funkcja ta realizowana jest w ten
sposób, że w miarę obserwowania dalszych lub bliższych przedmiotów działanie
specjalnych mięśni powoduje zmianę grubości soczewki, co w efekcie prowadzi do
wyostrzenia widzianego obrazu na powierzchni siatkówki. Soczewka jako przyrząd
optyczny jest wysoce niedoskonała. Występują na niej wady optyczne (aberracja
sferyczna i chromatyczna) powodujące zniekształcenie widzianego obrazu,
dodatkowo w miarę starzenia soczewka traci swoje właściwości, a jej zdolność do
ogniskowania obniża się. Mechanizm ogniskowania soczewki jest w zasadzie
automatyczny i odbywa się bez udziału naszej świadomości, jednakże można na
niego świadomie oddziaływać wymuszając takie ogniskowanie soczewki, aby żaden
widziany obraz nie był widziany ostro.
Po przejściu przez soczewkę oraz znajdującą się wewnątrz oka galaretowatą
substancję – ciało szkliste, światło pada na siatkówkę gdzie znajdują się
elementy światłoczułe. Ponieważ soczewka odwraca widziany obraz, to co pojawia
się na siatkówce jest odwrócone w stosunku do rzeczywistości o 180° (por. rys.
1.6).
Siatkówka to składająca się z kilku warstw komórek, tkanka pokrywająca wklęsłą
wewnętrzną powierzchnię oka. Głównym jej zadaniem jest przekształcenie
wpadającego do oka światła w reakcje fizjologiczne i docelowo w impulsy nerwowe
przekazujące informacje do kory wzrokowej w mózgu. Siatkówka składa się trzech
warstw oraz pięciu rodzajów komórek. Warstwa pierwsza na drodze światła to
warstwa komórek zwojowych, które są komórkami nerwowymi przekazującymi impulsy
nerwowe. Drugą warstwę stanowią komórki dwubiegunowe,
amakrynowe
i horyzontalne, jest to warstwa łącząca między komórkami zwojowymi i fotoreceptorami. Ostatnią trzecią warstwę stanowią fotoreceptory, których są dwa rodzaje: pręciki
odpowiedzialne za widzenie w ciemności i czopki odpowiedzialne za widzenie w
dzień. Światło na swej drodze do fotoreceptorów musi
pokonać dwie warstwy komórek i tylko dzięki temu, że są one przeźroczyste
docierając do receptorów nie ulega ono istotnemu rozproszeniu lub osłabieniu.
Na powierzchni siatkówki można wyróżnić dwa istotne obszary. Pierwszy, zwany
dołkiem środkowym lub plamką żółtą jest to miejsce o średnicy ok.
Drugi punkt to tak zwana plamka ślepa, która stanowi ujście włókien nerwowych z
siatkówki, a zarazem początek nerwu wzrokowego. Miejsce to znajduje się w
odległości ok. 16° od dołka środkowego i całkowicie pozbawione jest receptorów.
Choć w polu widzenia istnieje więc miejsce gdzie nic nie widzimy, to jednak do
naszej świadomości to nie dociera ponieważ mózg uzupełnia brakującą informację.
W każdym oku człowieka jest około 126 milionów światłoczułych receptorów, 120
milionów pręcików i 6 milionów czopków. Dla porównania ilość punktów na ekranie
monitora komputerowego przy rozdzielczości 1024x768 wynosi zaledwie 786 tysięcy.
Ponieważ pręciki i czopki różnią się od siebie zarówno pod względem
rozmieszczenia jak i czułości, reakcji na światło, budowy i wreszcie samym
przeznaczeniem, możemy powiedzieć, że mamy do czynienia nie z jednym systemem
wzrokowym, lecz dwoma, opartymi na czopkach i pręcikach. Pręciki to receptory
bardzo czułe, służą głównie do widzenia w ciemności, zajmują zewnętrzne obszary
siatkówki. Czopki są mniej wrażliwe na światło, rozmieszczone są głównie w
centrum pola widzenia, a w szczególności w rejonie dołka środkowego.
Wykorzystywane są do widzenia w dzień, przede wszystkim do postrzegania barw i
konturów. Zagęszczenie fotoreceptorów na powierzchni
siatkówki nie jest jednolite (por. rys. 1.12 i 1.13): osiąga dla czopków
maksimum 200 000 / mm2 w okolicy dołka środkowego, a dla pręcików 160 000 / mm2
w odległości 20 stopni od dołka środkowego.
W przekazywaniu informacji od receptorów do mózgu uczestniczą różne rodzaje
komórek. Ze względu na sposób połączeń pomiędzy tymi komórkami możemy mówić o
dwóch organizacjach (kierunkach) dróg wzrokowych (por. rys. 1.14).
Organizacja pionowa, która odpowiada za przekazywanie sygnałów nerwowych od
receptorów do mózgu, oraz organizacja pozioma, dzięki której informacja
wymieniana jest pomiędzy sąsiadującymi ze sobą komórkami. W kierunku pionowym
sygnał nerwowy przechodzi przez dwie synapsy - pierwsza znajduje się pomiędzy
receptorem a komórką dwubiegunową, druga pomiędzy komórką dwubiegunową i komórką
zwojową. Aksony komórek zwojowych tworzą pień nerwu wzrokowego wychodzącego z
oka. W kierunku poziomym informacja przekazywana jest pomiędzy receptorami za
pośrednictwem komórek horyzontalnych, oraz pomiędzy komórkami dwubiegunowymi i
zwojowymi za pośrednictwem komórek amakrynowych.
Komórki horyzontalne i amakrynowe odpowiedzialne są za
to jak wiele receptorów “widzianych” jest przez pojedynczą komórkę zwojową, z tą
różnicą, że komórki amakrynowe zbierają informację z
bardziej odległych obszarów.Zagęszczenie
połączeń poziomych nie jest takie samo na powierzchni całej siatkówki. Na
peryferiach jedna komórka zwojowa może pobierać informacje od setek, a czasem
tysięcy receptorów, natomiast w okolicach plamki żółtej pojedynczy czopek może
poprzez oddzielną komórkę dwubiegunową łączyć się z pojedynczą komórką zwojową.
Takie bezpośrednio połączone ze sobą komórki noszą nazwę karłowatych komórek
dwubiegunowych oraz karłowatych komórek zwojowych z uwagi na swoje małe rozmiary.Ponieważ w okolicach dołka środkowego na pojedynczą
komórkę zwojową przypada zaledwie kilka receptorów pole widzenia takiej komórki
określane jest na ok. 0.03 stopnia. Na peryferiach natomiast z uwagi na to, iż
na pojedynczą komórkę zwojową przypada bardzo wiele receptorów pole widzenia
takiej komórki wynosi ok. 3 stopni. Ma to decydujące znaczenie przy określaniu
rozdzielczości ludzkiego oka oraz możliwości dostrzegania przez nas szczegółów w
polu widzenia.
Zazwyczaj komórki zwojowe łączą się wyłącznie z czopkami lub wyłącznie z
pręcikami, ale tutaj również czasami zdarzają się wyjątki.
Wszystkie komórki receptorów, komórki horyzontalne oraz komórki dwubiegunowe
komunikują się z innymi komórkami wyłącznie poprzez gradientowe zmiany
potencjału , natomiast niektóre komórki amakrynowe
oraz wszystkie komórki zwojowe wytwarzają potencjały czynnościowe . Gradientowe
zmiany potencjału pozwalają na bardzo szybkie i ciągłe przekazywanie informacji.
Zaletą potencjałów czynnościowych jest możliwość przekazywania informacji na
duże odległości, co nie jest możliwe w przypadku zmian gradientowych.
Mówiąc o komórkach zwojowych musimy wspomnieć również o polach recepcyjnych.
Polem recepcyjnym komórki zwojowej nazywamy obszar siatkówki, którego
pobudzenie, przez padające nań światło, ma wpływ na zmianę aktywności tejże
komórki zwojowej. Przesuwając małym promieniem światła po polu recepcyjnym
komórki zwojowej możemy zaobserwować dwojaką reakcję. Reakcja ta może być
pobudzająca – zwiększająca liczbę potencjałów czynnościowych w jednostce czasu,
lub hamująca (zmniejszająca). Reakcja komórki zwojowej zależy od tego, czy
pobudzane receptory są z nią połączone poprzez połączenia synaptyczne
pobudzające czy też hamujące. Podobna do powyższej definicja pola recepcyjnego
używana jest wobec wszystkich komórek reagujących na światło.
Istnieją dwa główne typy pól recepcyjnych komórek zwojowych siatkówki. Pierwszy
rodzaj to komórki, których środek pola recepcyjnego działa pobudzająco, a brzegi
działają hamująco. Mówimy, że takie komórki zwojowe są typu ON/OFF (ang. ON
center/OFF surround), czyli mają pobudzające centrum
oraz hamujące otoczenie. Drugi rodzaj to komórki, których środek działa
hamująco, a brzegi pobudzająco, są to komórki typu OFF/ON (ang. OFF center/ON surround)
Zmiany potencjałów czynnościowych komórek zwojowych są wyznacznikiem o ile
bardziej obiekt, na który „patrzy” dana komórka jest jaśniejszy (w przypadku
komórek typu ON/OFF) lub ciemniejszy od otoczenia (w przypadku komórek OFF/ON).
Istnienie tego typu mechanizmów pozwala na wykrywanie krawędzi obiektów
znajdujących się w polu widzenia, a to jest podstawą do usunięcia redundancji z
przekazywanej informacji, co powoduje jej uproszczenie i skompresowanie.
Akomodacja-zdolność oka do zwiększania refrakcji układu optycznego oka,
pozwalająca na uzyskanie na siatkówce ostrego obrazu zarówno przedmiotów
odległych jak i bliskich; dzieje się to dzięki sprężystości soczewki oka, która
po zwolnieniu połączonych z jej brzegiem koncentrycznie wiązadeł, usiłuje
przybrać kształt zbliżony do kulistego, zwiększając w ten sposób zdolność
skupiania promieni świetlnych; zwolnienie wiązadeł następuje poprzez skurcz
równolegle do nich przebiegających włókien mięśnia rzęskowego, który na kształt
pierścienia otacza soczewkę i jest sterowany na drodze odruchowej; rozpiętość
zdolności nastawczej maleje wraz z wiekiem
Wady wzroku:
Zaburzenia budowy gałki ocznej, zdolności akomodacyjnych soczewki oraz rogówki
są przyczyną najczęściej występujących wad wzroku - krótkowzroczności,
dalekowzroczności i astygmatyzmu. Korekty tych nieprawidłowości dokonuje się za
pomocą odpowiednich szkieł.
Oko krótkowzroczne - ma wydłużoną gałkę oczną, toteż promienie świetlne skupiają
się przed siatkówką, dając tym samym nieostry obraz na siatkówce.
Gałka oczna oka krótkowzrocznego jest zbyt długa, toteż promienie świetlne
skupiają się przed siatkówką a na siatkówkę docierają promienie rozproszone. Oko
krótkowzroczne można skorygować za pomocą soczewki wklęsłej, która powoduje
rozbieżny bieg promieni i tym samym umożliwia oku skupienie ich na siatkówce.
Oko dalekowzroczne - gałka oczna jest zbyt krótka i promienie słoneczne skupiają
się poza siatkówką.
Gałka oczna w oku dalekowzrocznym jest zbyt krótka w stosunku do gałki ocznej w
oku prawidłowym, toteż promienie świetlne skupiają się za siatkówką a na
siatkówce powstaje obraz nieostry (czerwone zakreślenie). Oko dalekowzroczne
można skorygować za pomocą soczewki wypukłej. Przy jej zastosowaniu promienie
stają się bardziej zbieżne i oko może je skupiać na siatkówce
Astygmatyzm - polega na tym, że na siatkówce powstają obrazy niewyraźne i
zniekształcone, gdyż oko nie załamuje z jednakową siłą we wszystkich
płaszczyznach, czyli załamuje niesferycznie dając nie
tylko obrazy załamane, ale i zniekształcone przez sztuczne wydłużenie lub
poszerzenie.
Promienie przechodzące przez soczewkę skupiaja się na
siatkówce lub za nią, w wyniku nierównomiernej krzywizny soczewki lub rogówki.W przypadku astgmatyzmu
stosuje się soczewki cylindryczne, ułatwiające skupienie promieni światła w tych
płaszczyznach, w których promienie krzywizn w oku, a zwłaszcza w rogówce, są
zbyt duże i nierówne w stosunku do pozostałych.
Częstą przyczyną utraty wzroku jest zaćma- zmętnienie soczewki oka, spowodowane
urazem,chorobą lub po prostu starością. Soczewkę,
która utraciła przejrzystość, stosunkowo łatwo usunąć i zastąpić protezą z
przezroczystego plastyku.
Niestety, po kilku latach duża część pacjentów ponownie traci wzrok ponieważ
pozostałe nieliczne komórki soczewki mnożą się, zarastając protezę. Aby temu
zaradzić, konieczna jest kosztowna laseroterapia. Jak donosi "London Press
Service", 85/1999 Brytyjskim naukowcom i klinicystom z
Norwich udało się znaleźć sposób na wtórną zaćmę. Po powleczeniu wszczepionej do
oka soczewki substancją otrzymaną z barszczu (zioła) następuje zahamowanie
wchłaniania wapnia przez komórkę, co w rezultacie prowadzi do zahamowania
namnażania się komórek, eliminując potrzebę powtórnej operacji.
Ślepota barwna zarówno całkowita, jak i częciowa
uniemożliwia człowiekowi rozpoznawanie kolorów. Zupełna ślepota barwna polega na
tym, że człowiek widzi wszystko achromatycznie, czyli wyłącznie na podstawie
różnych stopni przejścia od białego do czarnego.Częściowa
ślepota barwna może polegać na zupełnym braku jednego z trzech typów czopków.
Ta wada może mieć więc trzy odmiany:
- protanopia- nie odczuwanie koloru czerwonego,
- deuteranopia - nie odczuwanie koloru zielonego,
- tritanopia - nie odczuwnie
koloru fioletowego.
Częściowa ślepota barwna może polegać także na tym, ze wszystkie trzy barwy
podstawowe odczuwa się słabiej niż okiem prawidłowym.
Kolejną wadą oka jest jaskra (glaucoma),która jest
powodowana patologicznym wzrostem ciśnienia w gałce ocznej. Ciśnienie w oku może
też się zmniejszać, a nawet spadać gwałtownie, np. po
wpuszczeniu pewnej ilości cieczy wodnistej podczas zabiegów operacyjnych. Wtedy
płyn teorzy się obficiej i cinienie
wyrównuje się zazwyczaj już po kilkudziesięciu minutach.
2. Lupa
Lupa-jeden z najprostszych przyrządów optycznych współpracujących z okiem który
stanowi po prostu odpowiednio oprawiona soczewka skupiająca (lub układ
soczewek),o odpowiednio dużej zdolności skupiającej (krótkiej ogniskowej) i
który służy do uzyskiwania powiększonych (od kilka do 20 razy) obrazów
niewielkich przedmiotów. Lupy powiększające obraz w mniejszym stopniu zalicza
się do szkieł powiększających Bardzo często można się spotkać z terminem
mikroskop prosty. Jest to inna nazwa tej samej rzeczy, mianowicie lupy,
umożliwiającej obserwowanie drobnych obiektów z powiększeniem ich obrazów
wynoszącym kilkanaście a nawet kilkadziesiąt razy Przedmiot oglądany za pomocą
lupy umieszcza się w odległości mniejszej niż wynosi ogniskowa soczewki.
Powstaje wtedy prosty, powiększony obraz pozorny
przedmiotu.Wyróżniamy
rodzaje lup :z rączką ,stojące i na statywie. Działanie lupy polega na
zwiększeniu kąta pod jakim widzimy obraz. Gdy chcemy dostrzec drobne szczegóły
przedmiotu, staramy się widzieć go pod dużym kątem widzenia .W tym celu
przedmiot przesuwamy możliwie blisko oka. Oglądanie przedmiotu z tak małej
odległości połączone jest z szybkim męczeniem się oka. Dzięki lupie oko się nie
męczy. Wszystkie lupy można podzielić na proste i złożone. Do tych pierwszych
zalicza się pojedyncze soczewki dwuwypukłe, płaskowypukłe
i wklęsłowypukłe . Mają one co najwyżej trzykrotne
powiększenie. Lupy proste najczęściej używane są jako szkła powiększające. Lupy
złożone w zależności od zasadniczego przeznaczenia mają różne obudowy, a
niekiedy nawet specjalne urządzenia oświetlające. W tym przypadku rzeczywiście
spełniają funkcję prostego mikroskopu. Lupy o powiększeniach od 25 razy do 30
razy (niekiedy nawet do 40 razy ) składają się z 4 i większej liczby soczewek
,tworzących razem układ anastygmatyczny. Powiększeniem
kątowym lupy nazywamy stosunek kąta, pod jakim widzimy dany przedmiot przez lupę
,do kąta , pod jakim widzimy go gołym okiem. d Wk = 1+ f f-ogniskowa soczewki
d-odległość obrazu od soczewki równa odległości dobrego widzenia. Przy
obliczaniu powiększenia kątowego lupy zakładamy ,że przedmiot oglądany umieszcza
się w ognisku przedmiotowym lupy. Jak widzimy powiększenie kątowe jest tym
większe ,im mniejsza jest ogniskowa i im większa jest odległość dobrego widzenia
.Najkorzystniejsze jest użycie lupy dla dalekowidzów ,dla których odległość
dobrego widzenia jest większa od
Lupa
3. Luneta
Lunety służą głównie do obserwacji odległych przedmiotów. Składają się z dwóch
podstawowych części: obiektywu i okulara, osadzonych
współosiowo na przeciwległych końcach metalowej rury. Długość rury jest tak
dobrana, aby ognisko obrazowe obiektywu pokrywało się z ogniskiem przedmiotowym
. Luneta jest zatem układem bezogniskowym, tzn. że równoległa wiązka światła
wchodząca do lunety wychodzi z niej również jako równoległa. Rozmiary obrazu
otrzymywanego za pomocą lunety nie są większe od rzeczywistych rozmiarów
przedmiotu; działanie jej polega jedynie na powiększeniu kąta widzenia pod jakim
patrzymy na przedmiot, czyli na pozornym zbliżeniu przedmiotu do obserwatora.
Niekiedy wynalazek lunety przypisuje się XII-wiecznemu angielskiemu filozofowi
Rogerowi Baconowi. Jednak o wiele bardziej prawdopodobne jest to, że wymyślili
ją wcześniej uczeni arabscy. Pierwszą lunetę skonstruował optyk holenderski Z.
Jansen w 1604. Istnieją dwa zasadnicze rodzaje lunet soczewkowych: luneta
Keplera i luneta Galileusza.
Luneta astronomiczna, zwana także lunetą Keplera składa się z dwóch
współosiowych układów optycznych, z których każdy ma właściwości soczewki
skupiającej. Zadaniem obiektywu Ob jest wytworzenie rzeczywistego, odwróconego i
zmniejszonego obrazu odległego przedmiotu. Ten powstający w ognisku obiektywu
obraz jest następnie oglądany przez lupę, zwaną okularem Ok. Powiększenie kątowe
1. wyraża się wzorem:
i jest równe stosunkowi odległości ogniskowych obiektywu i okularu. W 1.
nastawionej na nieskończoność ogniska obiektywu i okularu pokrywają się. L.
przekształca wiązkę promieni równoległych o dużej średnicy w wiązkę promieni
równoległych o średnicy mniejszej. Stanowi ona w ten sposób tzw. układ
bezogniskowy (afokainy). Dla oka miarowego (nie
akomodowanego) światło od przedmiotu znajdującego się w nieskończoności dotrze
do ogniska znajdującego się na siatkówce, tworząc obraz rzeczywisty. Gęstość
strumienia światła wchodzącego teraz do oka jest wyższa niż dla strumienia
wchodzącego przez oprawę obiektywu. Dlatego gwiazdy, które są niewidoczne gołym
okiem, można zobaczyć za pomocą 1. Luneta Keplera wytwarza obrazy odwrócone, co
nie przeszkadza w obserwacjach astronomicznych. Przystosowanie 1. Keplera do
obserwacji ziemskich wymaga zastosowania układu optycznego odwracającego obraz.
Przedstawiona na rysunku 1. ziemska jest 1. Keplera zaopatrzoną w dodatkową
soczewkę odwracającą obraz.
Bieg promieni świetlnych w lunecie ziemskiej
Lornet
Często stosuje się do odwracania obrazu układy całkowicie odbijających
Luneta Galileusza
LUNETY ZWIERCIADLANE (reflektory, teleskopy zwierciadlane). - Pierwsze teleskopy
zwierciadlane powstały w XVII w., tak jak lunety soczewkowe. Zwierciadlanym
odpowiednikiem lunety Keplera jest teleskop Newtona (1668 r,), w którym obiektywem jest wklęsłe zwierciadło paraboloidalrie lub kuliste. Pomocnicze zwierciadło płaskie
kieruje wiązkę światła odbitego od zwierciadła wklęsłego do okularu
umieszczonego z boku tubusa. W 1672 r. Cassegrain zaproponował konstrukcję teleskopu, umieszczając
na osi głównego zwierciadła paraboloidalnego
pomocnicze zwierciadło hiperboloidalne, które kieruje wiązkę światła ku otworowi
w środku zwierciadła głównego. Ognisko złożonego obiektywu Casse-graina (teleobiektywu zwierciadlanego) wypada nieco na
zewnątrz zwierciadła głównego, gdzie można umieścić okular. Konstrukcja taka
okazała się bardzo dogodna i jest obecnie powszechnie stosowana. Każdy duży
teleskop używany do obserwacji nieba jest tak skonstruowany, że może pracować
jako teleskop Newtona lub teleskop Cassegraina.
Powiększenie kątowe lunet zwierciadlanych jest opisane takim samym wzorem jak
powiększenie lunety Keplera:
4. Lornetka
LORNETKA PRYZMATYCZNA-Lornetka jest to przyrząd ułatwiający oglądanie obojgiem
oczu odległych przedmiotów. Składający się z odpowiednio połączonych dwóch lunet.Lornetka pryzmatyczna posiada zarówno okular, jak i
obiektyw o dodatniej ogniskowej, pomiędzy nimi znajduje się układ pryzmatyczny
umożliwiający otrzymanie prostego, nie odwróconego obrazu. Najczęściej w
lornetkach pryzmatycznych, uzyskuje się powiększenia od 6-do 12-krotnych. Aby
powiększyć obraz uzyskany przez obiektyw i skierować go do naszego oka w formie
równoległych wiązek światła używa się okularu, który w najprostszej postaci może
składać się z jednej soczewki rozpraszającej lub skupiającej. W lornetce
znajdują się jeszcze pryzmaty, które służą do odwrócenia obrazu uzyskiwanego
przez obiektyw, tak aby po przejściu przez okular był on prosty.
lornetka
5. Mikroskop
Mikroskop, czyli "silny" instrument optyczny do oglądania w powiększeniu małych
przedmiotów, został wynaleziony w 1673r. Inni mówią, że mikroskop optyczny
wynalazł Holender van Jansen w 1590r. Udoskonalił ten
przyrząd Leeuwenhoek, urzędnik z Delft, który biologią
zajmował się tylko amatorsko. Szlifował on niezwykle precyzyjnie szklane
soczewki w taki sposób, że jego mikroskop powiększał aż 300 razy. Przy takim
powiększeniu można już było obserwować mikroorganizmy. W 1683r.
Leeuwenhoek opublikował pierwsze rysunki bakterii i pierwotniaków. Te
ostatnie nazwał "wymoczkami", gdyż pochodziły z hodowli uzyskanej z siana
zalanego wodą. Pierwsze komórki pod mikroskopem zaobserwował w 1655r. angielski
uczony Robert Hooke. Pierwsze mikroskopy miały tylko
jedną soczewkę i nazywane były mikroskopami prostymi. W mikroskopie światło - po
przejściu przez pryzmat załamywane jest przez soczewkę obiektywu i trafia do oka
obserwatora. Soczewka sprawia, że przedmiot wydaje się większy niż w
rzeczywistości. Mikroskop tzw. złożony ma nie jedną, lecz dwie soczewki.
Obiektyw wytwarza powiększony obraz przedmiotu, a okular powiększa ten obraz
jeszcze bardziej. Prostym przyrządem optycznym jest też lupa, tj. okrągła
soczewka z uchwytem. Mikroskop optyczny, przyrząd optyczny służący do
uzyskiwania silnie powiększonych obrazów małych przedmiotów. Zasadniczo
zbudowany jest z tubusu zawierającego na swoich końcach okular i obiektyw (oba
działające jak soczewki skupiające). Ponadto mikroskop optyczny posiada układ
oświetlenia preparatu (kondensor) i stolik preparatowy (czasami wyposażony w
mikromanipulator).
Obiektyw mikroskopu optycznego daje rzeczywisty, odwrócony i powiększony obraz
przedmiotu, okular pełni rolę lupy, przez którą ogląda się obraz dawany przez
obiektyw. Obraz oglądany w okularze jest obrazem pozornym i silnie powiększonym,
powiększenie kątowe mikroskopu optycznego wyraża się wzorem: w=(xD)/(fF), gdzie x - długość rury tubusa, D - odległość dobrego widzenia (
Ze względu na warunki oświetlenia preparatu wyróżnia się kilka metod obserwacji
mikroskopowych:
a) metoda obserwacji jasnego pola w świetle przechodzącym (preparaty częściowo
pochłaniające światło, np. przezroczyste, ale
zabarwione),
b) metoda obserwacji ciemnego pola w świetle przechodzącym (preparaty
przezroczyste niebarwione, wykorzystane jest tylko
światło rozproszone),
c) metoda obserwacji ciemnego pola w świetle odbitym (preparaty
nieprzezroczyste, wykorzystuje się światło rozproszone),
d) metoda kontrastu fazowego (do obserwacji przedmiotów przezroczystych i
bezbarwnych, zastosowanie specjalnego układu optycznego ujawnia różnice w
drogach optycznych różnych promieni, F. Zernike),
e) metoda interferencyjna (obserwacja interferencji światła przechodzącego przez
przezroczysty preparat).
Optyka cząsteczkowa, dział fizyki stosowanej obejmujący ogół reguł i technologii
stosowanych do prowadzenia i ogniskowania wiązek cząstek elementarnych, jonów i
molekuł. W zależności od rodzaju cząstek będących przedmiotem zainteresowania
wyróżnia się optykę: elektronową, jonową, neutronową
itp.Optyka cząsteczkowa pozwala m.in. konstruować: akceleratory,
mikroskopy nieoptyczne, kineskopy.
Mikroskopy nieoptyczne, przyrządy pozwalające
uzyskiwać powiększone obrazy małych przedmiotów, nie wykorzystujące w tym celu
fal świetlnych. Zgodnie z teorią mikroskopu (E. Abbe)
obraz w mikroskopie (mikroskop optyczny) powstaje na skutek nałożenia się
zjawisk dyfrakcyjnych, stąd istnieje fizyczne ograniczenie zdolności
rozdzielczej każdego mikroskopu, pozwalające dostrzec szczegóły powierzchni nie
mniejsze od położenia użytej do obserwacji długości fali. Mikroskopy elektronowe
Wraz z odkryciem falowej natury cząstek (fale Broglie,
dualistyczna natura promieniowania) pojawiły się możliwości skonstruowania
przyrządów pozwalających znacznie zwiększyć zdolność rozdzielczą. Pierwszą taką
konstrukcją był mikroskop elektronowy prześwietleniowy.
Jest to przyrząd, w którym preparat oświetlony jest
skolimowanym
strumieniem przyspieszonych elektronów. Zjawiska dyfrakcyjne powstające przy
oddziaływaniu elektronów z przedmiotem (wykorzystuje się falowe własności wiązki
elektronów) przetwarzane są na obraz. Wiązka elektronów ogniskowana jest za
pomocą soczewek magnetycznych (odpowiednie elektromagnesy lub magnesy trwałe).
Mikroskop elektronowy pozwala uzyskać powiększenia 250 000 razy. Powiększenie
sięgające 5 mln razy można uzyskać w podobnych
konstrukcjach, przy zastąpieniu elektronów wiązką jonów (mikroskop jonowy), w
szczególności jonów wodoru, czyli protonów (mikroskop protonowy). Istnieją
mikroskopy rentgenowskie, w których próbka oświetlana jest zogniskowaną wiązką
niskoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego. Mikroskopy elektronowe
znalazły zastosowanie w różnych dziedzinach nauki i techniki. Zbudowano wiele
ich typów, m.in. takie, które pozwalają wizualizować rozkłady pól elektrycznego
i magnetycznego na powierzchni ciał stałych w obszarach o wymiarach kilku
mikrometrów; zbudowano także mikroskopy jonowe, w których zamiast wiązki
elektronów stosuje się wiązkę jonów. Opracowano też wiele specjalnych technik
obserwacji za pomocą mikroskopów elektronowych. Współczesna mikroskopia
elektronowa pozwala badać budowę wewnętrzną elementów składowych komórki
biologicznej i bakterii , pozwala otrzymywać obrazy bakteriofagów i wirusów,
dużych molekuł, a nawet ułożenia atomów w sieci krystalicznej.
Mikroskopy skaningowe Innym rodzajem mikroskopu nieoptycznego
są mikroskopy skaningowe (rastrowe). W konstrukcjach tych nad próbką przesuwa
się sonda skanująca, zależnie od konstrukcji może ona wysyłać wiązkę elektronów
(skaningowy mikroskop elektronowy emisyjny),rejestrować prąd płynący pomiędzy
sondą a próbką na skutek efektu tunelowego (skaningowy mikroskop tunelowy) lub
rejestrować zmiany pola elektrycznego (skaningowy mikroskop polowy). Uzyskane
informacje przetwarzane są na obraz. Te konstrukcje mikroskopów pozwalają
dostrzec przedmioty rozmiarów pojedynczych atomów. Rozwój technik mikroskopii
elektronowej i polowej uhonorowano przyznaniem w 1986 Nagród Nobla (E. Ruska, H.
Rohrer, G. Binnig). Pewnego rodzaju mikroskopem
nieoptycznym jest każdy akcelerator służący do badań (w zależności od
energii przyspieszanych cząstek) struktury jądra (jądro atomowe) lub cząstek
elementarnych.
MIKROSKOP OPTYCZNY
Przyrząd do otrzymywania powiększonych (ponad 2000 razy) obrazów przedmiotów lub
ich szczegółów, niedostrzegalnych dla oka (mniejszych od ok.
1) układ opt. oświetlający, zawierający kondensor
2) układ opt. wytwarzający obraz i składający się z
obiektywu wytwarzającego rzeczywisty, odwrócony, znacznie powiększony (do ok.
100 razy) obraz A'B' przedmiotu AB
3) okularu, dającego pozorny, kilkanaście razy powiększony w stosunku do A'B'
obraz A''B''.
Zastosowanie w mikroskopie optycznym obiektywu zwierciadlanego pozwala na
zwiększenie odległości przedmiotu od obiektywu i umożliwia wyposażenie
mikroskopu optycznego w dodatkowe elementy: komory grzejne lub chłodzące oraz
mikromanipulatory. Podstawowymi wielkościami charakteryzującymi mikroskop
optyczny są powiększenie i zdolność rozdzielcza; maks. użyteczne powiększenie
jest wyznaczone przez zdolność rozdzielczą, która z kolei jest ograniczona przez
dyfrakcję światła; zdolność rozdzielcza mikroskopu optycznego rośnie ze wzrostem
apertury i zmniejszeniem długości fali świetlnej. Zależnie od charakteru badań
używa się mikroskopów optycznych dostosowanych do obserwacji w różnych zakresach
promieniowania: widzialnym, podczerwonym, nadfioletowym (w tych 2 ostatnich
przypadkach obrazy są obserwowane za pomocą odpowiednich przetworników); stosuje
się też różne metody obserwacji, gł. tzw. metodę jasnego pola (pozwala na
obserwację cząstek pochłaniających lub rozpraszających światło cząstka taka daje
ciemny obraz na jasnym tle), metodę ciemnego pola (do obiektywu dochodzą tylko
promienie rozproszone na cząstkach możliwa jest także obserwacja przedmiotów
przezroczystych różniących się od ośrodka współczynnikiem załamania), oraz
metodę kontrastu fazowego (do obserwacji obiektów przezroczystych, których
różnica grubości lub współczynnika załamania jest przetwarzana w układzie
opt. na różny poziom jasności obrazu) i podobną do niej metodę
interferencyjną.
Zmiany konstrukcyjne i dodatkowe urządzenia pozwalają na prowadzenie obserwacji
zarówno w świetle przechodzącym przez obiekt, jak i odbitym od obiektu, a także
przystosowują mikroskop optyczny do specjalnych zadań, m.in. do obserwacji
przedmiotów anizotropowych ( mikroskop polaryzacyjny), badania fluorescencyjnych
obrazów mikroobiektów oświetlonych promieniowaniem
krótkofalowym widzialnym, nadfioletowym (mikroskop optyczny fluorescencyjny),
obserwacji stereoskopowej (mikroskop optyczny stereoskopowy), obserwacji cząstek
o wymiarach poprzecznych znacznie mniejszych od teoret. zdolności rozdzielczej mikroskopu optycznego
(ultramikroskop). Wynalezienie lasera przyczyniło się do zbudowania skanujących
mikroskopów optycznych: odbiciowego i fluorescencyjnego, mikroskopu optycznego
dopplerowskiego, mikroskopu optycznego elipsometrycznego
i in. Mikroskop optyczny został wynaleziony prawdopodobnie 1590 przez Z. van Jansena; ok.
Budowa mikroskopu to splecenie dwóch układów: optycznego i mechanicznego. Układ
optyczny służy do oświetlenie obiektu oraz powiększenia jego obrazu. Układ
mechaniczny ma zapewniać właściwe położenie poszczególnych elementów układu
optycznego. Kluczowa jest stabilność, wzajemna równoległość i współśrodkowość
składowych układu optycznego; pożądane wszelkie regulacje temu służące.
Elementy mechaniczne to :
Statyw, korpus mikroskopu: zapewnia sztywność całej konstrukcji, generalnie im
sztywniejszy i cięższy tym lepiej. Konstrukcja statywu determinuje, czy dla
regulacji odległości obiektyw-przedmiot (nastawiania na ostrość)
opuszczamy-podnosimy stolik przedmiotowy, czy też wykonujemy te ruchy tubusem
(wraz z mocowanymi do niego obiektywami, okularami i innymi akcesoriami).
Rozwiązanie pierwsze (podnoszony-opuszczany stolik) jest pod każdym względem
lepsze i stosowane w nowszych mikroskopach. Zapewnia ono stałą wysokość okularów
- co jest istotne z ergonomicznego punktu widzenia. Ważniejsza jest eliminacja
wady tradycyjnej konstrukcji w której dla nastawiania ostrości
opuszczany-podnoszony jest tubus z obiektywami i innymi elementami. W takim
wypadku część ruchoma ma niejednokrotnie znaczny ciężar co powoduje zjawisko
samoistnego opadania, "płynięcia". Walka z tym wymaga odpowiedniego dobrania
oporu stawianego przez śrubę ruchu pionowego i niezależnie od regulacji z
upływem czasu ponawia się tendencja do "płynięcia". Ta wada wpisana w
konstrukcję może wręcz uniemożliwić stosowanie ciężkich nasadek fotograficznych
lub innych urządzeń umieszczanych na tubusie. Takiej wady nie ma nowoczesna
konstrukcja z podnoszonym stolikiem przedmiotowym, którego ciężar jest z reguły
nieduży,
Stolik przedmiotowy: służy do umocowania preparatu i jego przesuwu w poziomie w
osiach X, Y, w zależności od rozwiązania konstrukcyjnego (patrz uwagi przy
statywie mikroskopu) przez jego ruch w pionie reguluje się odległość
obiektyw-przedmiot (tj. nastawia się ostrość). Mogę też być stoliki specjalnego
przeznaczenia np. obrotowy do pracy w świetle
spolaryzowanym.
śruba makro- i mikrometryczna: śruby służące do ustawiania odległości
przedmiot-obiektyw (nastawiania ostrości).
W zależności od konstrukcji śruba podnosi-opuszcza stolik przedmiotowy lub tubus
z obiektywami. Śruba ruchu drobnego - mikrometryczna, zaopatrzona jest zwykle w
podziałkę mikrometryczną. Może ona wtedy służyć do pomiaru grubości (wysokości)
obiektu. Wartości mierzone tą techniką nie odpowiadają wprost odczytowi z
podziałki śruby. Opis techniki takiego pomiaru znajdziecie w artykule o pomiarze
grubości szkiełka nakrywkowego. Parafokalność: w
nowszych modelach mikroskopów (od połowy XX w.) mamy do czynienia z tzw. układem
parafokalnym, tzn. różne obiektywy mają niemal tą samą odległość
przedmiotową tzn. po nastawieniu ostrości jednym obiektywem, i następnie po
zmianie na obiektyw o innym powiększeniu, obraz jest nadal ostro widoczny;
ewentualnie wymagana jest nieduża korekta ostrości. W starszych konstrukcjach
nie jest to prawdą i przy zmianie obiektywu potrzebna jest nieraz istotna
korekta odległości obiektyw-przedmiot.
Rewolwer: obiektywy mikroskopu są osadzone w gniazdach obrotowej tarczy -
rewolweru, jego obracanie umożliwia prostą zmianę obiektywu a tym samym
używanego powiększenia,
Tubus: przestrzeń pomiędzy obiektywem a nasadką okularową, w której następuje
formowanie się obrazu; długość tubusu (tzw. optyczna tubusu) w starszych
konstrukcjach jest ustandaryzowana na 160mm (Zaiss i
wielu innych) lub 170mm (Laica i nieliczni) i pod
jedną lub drugą długość są projektowany obiektywy (ta długość jest wygrawerowana
na obiektywach); w nowszych układach (koniec XX w. i obecnie) stosuje się
przeważnie tzw. optykę nieskończoną i odpowiednie do tego obiektywy z
wygrawerowanym symbolem nieskończoności,
Układ oświetleniowy: w najprostszym przypadku składa się z lusterka, w bardziej
złożonych jest to specjalna lampa, z układem kolektora i rozmaitymi regulacjami;
oświetlenie jest krytycznym elementem mikroskopowania i znajdziesz tu kilka
artykułów poświęconych temu tematowi,
Układ mechaniczny kondensora: pozwala na regulacje położenia kondensora w pionie
oraz w bardziej zaawansowanych modelach możliwe jest też centrowanie kondensora
względem osi optycznej mikroskopu, niektóre mikroskopy posiadają mechniczną blokadę (hamulec) zabezpieczający przed
"wjechaniem" kondensorem w szkiełko przedmiotowe.
Elementy optyczne to :
Oświetlacz: w prostych mikroskopach będzie to lusterko, może też być wbudowana
żarówka z reflektorem, lub pełnowymiarowy układ oświetlający z kolektorem,
regulacją odległości, centrowaniem, osobnym zasilaniem z regulacją napięcia itd.
Kondensor: jest wtórym źródłem oświetlenia,
bezpośrednio oświetla przedmiot,
Szkiełko przedmiotowe, przedmiot, szkiełko nakrywkowe,
Imersja: wypełnienie cieczą przestrzeni pomiędzy szkiełkami a obiektywem i
kondensorem,
Obiektywy: zbierają światło wychodzące z przedmiotu i tworzą jego powiększony
obraz,
Tubus: tutaj formuje się obraz,
Nasadka okularowa: dłuży do osadzenia okularów i zmiany biegu promieni
świetlnych na bardziej ergonomiczy dla obserwatora -
pochylony; nasadki okularowe mogą być jednookularowe
(w prostszych mikroskopach), dwuokularowe
(binokularne) pozwalające na wygodną obserwację dwoma oczami - ważne nie tylko
ze względu na ergonomię ale i dla zdrowia, w przypadku nasadek binokularnych
może być dostępna regulacja rozstawu okularów (stosownie do odległości pomiędzy
źrenicami obserwatora) oraz regulacja dioptrii (dostępna w jednym z okularów)
dla wyrównania różnić pomiędzy oczami obserwatora; wreszcie nasadka może mieć
wyjście do podłączenia aparatu fotograficznego, kamery cyfrowej, może to być
tzw. nasadka trójokularowa lub dedykowana,
stereoskopia - mikroskop z nasadką binokularną to nie to samo co mikroskop
stereoskopowy, w mikroskopii stereoskopowej obraz dochodzący do każdego z oczu
różni się, obserwator ma wrażenie postrzegania głębi obrazu, w mikroskopie
binokularnym jest ten sam; mikroskopy stereoskopowe, ze względów
konstrukcyjnych, najczęściej operują na powiększeniach (obiektyw x okular)
poniżej 100x,
Okulary: służą do powiększenia (i obserwacji ocznej) obrazu tworzonego przez
obiektyw mikroskopu, dodatkowo mogą korygować wady obrazu z obiektywu,
MIKROSKOP POLARYZACYJNY
Mikroskop opt. przystosowany do badania preparatów
(gł. anizotropowych) w świetle spolaryzowanym liniowo. Mikroskop polaryzacyjny
jest zaopatrzony dodatkowo w polaryzator, analizator oraz soczewkę Bertranda,
której włączenie powoduje, że przez okular obserwuje się nie obraz badanego
preparatu, lecz obraz źrenicy wejściowej obiektywu. Jeśli polaryzator jest
skrzyżowany z analizatorem, w źrenicy obiektywu jest widoczny czarny krzyż tzw.
konoskopowy; wstawienie do mikroskopu polaryzacyjnego preparatu anizotropowego
modyfikuje krzyż, a nawet przekształca go w zupełnie inną figurę (zależnie od
charakteru anizotropowości). Gdy badanym obiektem jest jedno- lub dwuosiowy
kryształ, oprócz krzyża obserwuje się barwne prążki i figury interferencyjne
(tzw. obrazy konoskopowe), do których analizy służą zwykle załączone
kompensatory dwójłomne lub płytki opóźniające (np. ćwierćfalówka). Pierwszy mikroskop polaryzacyjny
zbudował 1834 H.F. Tabolt, a D.
Brewster
wykorzystał do pierwszych systematycznych badań minerałów. Mikroskopy
polaryzacyjne są stosowane m.in. w metalografii, przemyśle szklarskim, przemyśle
włók., biologii (do badania struktury komórek i tkanek).
MIKROSKOP ELEKTRONOWY SKANINGOWY
(ang. Scanning Elektron Microscope
(SEM)) Rodzaj mikroskopu elektronowego, w którym wiązka elektronów, skupiona na
powierzchni badanej próbki w plamkę o b. małej średnicy (do 0,1 nm), omiata wybrany prostokątny obszar powierzchni ruchem
skanującym, linia po linii. Wiązka elektronów, wytworzona w dziale elektronowym,
jest przyspieszana w polu elektr. o potencjale 0,1 30
kV i skupiana przez soczewki elektromagnet.; cewki odchylające nadają jej ruch skanujący.
Elektrony wiązki, wnikające w próbkę na niewielką głębokość, częściowo z
powrotem z niej wychodzą, ulegając tzw. wstecznemu rozproszeniu; większość z
nich jednak pozostaje w próbce, tracąc energię w różnego rodzaju
oddziaływaniach, czemu towarzyszy emisja elektronów wtórnych, elektronów Augera, promieni rentgenowskich, światła i in. Różnego
rodzaju promieniowanie (po zastosowaniu odpowiedniego detektora) można
wykorzystać do tworzenia obrazu próbki oglądanego na ekranie monitora
(najczęściej wykorzystuje się emisję elektronów wtórnych, których powstaje
najwięcej). Na przykład emitowane przez próbkę elektrony wtórne lub wstecznie
rozproszone zostają wychwycone przez detektor, a sygnał wychodzący z detektora,
po wzmocnieniu, steruje jasnością wiązki elektronów poruszającej się po ekranie
monitora obrazowego synchronicznie z ruchem wiązki skanującej próbkę; obraz jest
zatem tworzony czysto elektronicznie, bez udziału soczewek, i jest pewnego
rodzaju mapą intensywności emisji elektronów wtórnych lub rozproszonych; różnice
w ilości emitowanych elektronów, związane z lokalnymi różnicami kąta padania na
nierówności powierzchni albo ze zróżnicowanym składem chem.,
powodują powstanie kontrastów w obrazie. Zwykle używa się różnych detektorów dla
elektronów wtórnych (o małej energii) i dla elektronów wstecznie rozproszonych
(o energii zbliżonej do energii elektronów bombardujących próbkę). Zastosowanie
do tworzenia obrazu detektora promieniowania rentgenowskiego, sprzężonego z
analizatorem energii tego promieniowania (np. spektrometrem rentgenowskim) umożliwia dokonywanie
analiz chem. wybranych obszarów, a nawet uzyskanie
mapy składu chem. powierzchni próbki.
Powiększenie SEM jest prostym stosunkiem wielkości ekranu monitora obrazowego do
wielkości skanowanego obszaru i można go zmieniać w szerokich granicach.
Rozdzielczość najlepszych SEM sięga obecnie (1999) 1 nm,
a powiększenia dochodzą do kilkuset tysięcy razy. SEM odznaczają się b. dużą
głębią ostrości, dzięki czemu stosuje się je do badania preparatów o nierównej
powierzchni (przełomów materiałów konstrukcyjnych, całych mikroorganizmów,
papieru, tkanin). W ostatnim trzydziestoleciu SEM znalazł zastosowanie we
wszystkich prawie dziedzinach nauki i techniki, wszędzie tam, gdzie są potrzebne
informacje o morfologii powierzchni i składzie chem. w
mikroobszarach. Pomysłodawcą zbudowania SEM był 1938 niem.
fizyk M. von Ardenne; jednak został skonstruowany
dopiero w poł. lat 60., ponieważ wymagało to użycia
zaawansowanych elementów elektronicznych.
Skaningowy mikroskop sił atomowych (skonstruowany po raz pierwszy w
laboratoriach firmy IBM) jest połączeniem bardzo prostej idei z zaawansowanymi
rozwiązaniami technicznymi, dostępnymi dopiero w obecnych latach. Konstrukcja
przyrządu bardzo przypomina ideę gramofonu starego typu. Po powierzchni badanej
próbki (lub nad nią) przesuwa się delikatne ostrze umieszczone na końcu małej,
płaskiej sprężynki. Pod działaniem siły pomiędzy atomami ostrza i atomami próbki
sprężynka ulega ugięciu, zgodnie z prostym równaniem F = k. x, gdzie F jest
wartością działającej siły, x wychyleniem, a k stałą opisującą sprężynkę (stałą
sprężystości). Zasada działania oparta jest na pomiarze tej siły. Ponieważ
aktualne metody pozwalają na pomiar wychylenia x z precyzją wielokrotnie wyższą,
niż średnica atomu, dokładność pomiaru siły jest tak duża, że możliwe jest
odwzorowanie szczegółów o wielkości porównywalnej z rozmiarami atomu. Można
uzyskać mikroskopowe mapy, opisujące zarówno ukształtowanie powierzchni, jak też
jej własności jak tarcie, adhezja, rozkład ładunku elektrostatycznego, czy
struktura domen magnetycznych. Przeprowadzenie pomiaru zwykle nie wymaga
skomplikowanych procedur dla przygotowania badanej próbki i może być dokonane
zarówno w powietrzu, jak w cieczy, czy w próżni. Otwiera to nowe, dotychczas
nieosiągalne możliwości - tak np. w biologii staje się
możliwe obrazowanie i badanie własności żywych komórek w ich naturalnym, ciekłym
środowisku, co jest utrudnione w przypadku szeroko dotychczas stosowanej
mikroskopii elektronowej. Aby pomiary mogły być przeprowadzane w naturalnym
środowisku biologicznym, mikroskop został wzbogacony o specjalną przystawkę,
tzw. komorę cieczową. Mikroskop zbudowany w IFJ jest aktualnie wykorzystywany w
dwóch obszarach badań. Pierwszy z nich to badanie własności powierzchni
materiałów tj. ukształtowania, szorstkości oraz współczynnika tarcia. Drugi
obszar obejmuje badania materiału biologicznego, przede wszystkim własności
mechanicznych żywych komórek - adhezji oraz elastyczności (modułu
Younga), mających ogromne znaczenie dla poznania procesów biologicznych w
skali komórki i subkomórkowej, w tym również dla medycyny.
Mikroskopijny mikroskop
Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley budują mikroskopijny
mikroskop. W przyszłości, dzięki podobnym urządzeniom doktorzy obserwować będą
mogli np. wnętrze komórki guza, kiedy wdziera się do
niej lek na raka.
Profesor Luke P. Lee i
doktoryzujący się u niego Sunghoon Kwon zajrzeli do wnętrza komórki rośliny przez soczewki nie
większe niż kropka na końcu tego zdania. Skaner i
mikrosoczewki
stworzone przez prof. Lee są 500 do 1000 razy mniejsze
niż zwyczajne urządzenia podobnej klasy. Testy wykazały, że zdjęcia wykonane
przez miniaturowe urządzenie są takie same, jak te zrobione przez duże maszyny.
Testowano zdjęcia dwuwymiarowe.
W przygotowaniu są obrazy trójwymiarowe. Maleńki mikroskop wprowadzić będzie
można do wnętrza organizmu, aby np. na żywo obserwować
proces leczenia. Urządzenie prof. Lee
będzie nie tylko mniejsze, ale również dużo tańsze niż duże mikroskopy tej samej
klasy, które kosztują około miliona dolarów.
Projektor (rzutnik) urządzenie projekcyjne służące do wyświetlania obrazów na ścianie lub ekranie projekcyjnym.
W zależności od sposobu kierowania światła do
przekazywania obrazu, rozróżniamy kilka typów projektorów:
Rzutnik przeźroczy (diaskop) - urządzenie projekcyjne
służące do wyświetlania przezroczy (diapozytywów) na ścianie lub ekranie projekcyjnym. Rzutnik umożliwia prezentację
w powiększeniu przezroczy oświetlonych światłem przechodzącym.
Z wykorzystaniem rzutnika przeźroczy tworzono także diaporamy
Ma zastosowanie jako sprzęt dydaktyczny, lecz ze
względu na coraz powszechniejsze użycie aparatów cyfrowych jest coraz częściej
wypierany przez projektory
komputerowe, umożliwiające rzucanie na ścianę obrazów nieruchomych lub
ruchomych bezpośrednio z aparatów cyfrowych, komputera, lub innych nośników danych
w zastępstwie wyświetlania ich na monitorze
komputerowym.
7. Epidiaskop
Urządzenie projekcyjne
służące do wyświetlania obrazów statycznych (nieruchomych) na ścianie lub
typowym białym ekranie projekcyjnym, będące połączeniem episkopu
i diaskopu, czyli umożliwiające prezentację w
powiększeniu materiałów oświetlonych światłem odbitym lub przechodzącym.
Epidiaskop należy do sprzętu biurowego lub
dydaktycznego, i jest obecnie wypierany przez projektory
komputerowe, umożliwiające rzucanie na ścianę obrazów nieruchomych lub ruchomych
bezpośrednio z komputera, w zastępstwie wyświetlania ich na monitorze
komputerowym.
8. Monokl
Monokl - przyrząd optyczny służący do korekty wad wzroku lub
uzyskania określonego wyglądu, rodzaj ozdoby. Jest to rodzaj okularów
na jedno oko,
utrzymywanych na miejscu i we właściwej pozycji dzięki ciasnemu osadzeniu w
okolicy oczodołów,
tak, że górna krawędź monokla oparta jest o łuk brwiowy od jego wewnętrznej strony, zaś dolna podtrzymywana
jest przez fałdek skóry oczodołu. Monokl często bywał przymocowany na
łańcuszku do kieszeni kamizelki fraka, tzw. wizytki.
9.. Peryskop
Peryskop to przyrząd optyczny służący do obserwacji przedmiotów
znajdujących się poza polem widzenia obserwatora lub zakrytymi przeszkodami .
Pierwotna koncepcja opiera się na systemie luster umocowanych na
wysięgniku. Jest zbudowany z zagiętej rury i dwóch zwierciadeł. Wynalazcą
peryskopu jest gdański astronom Jan Heweliusz.
W peryskopach stosowanych w wojsku zainstalowany
jest też często układ lornetki i dalmierza optycznego.
Peryskop odwracalny - opracowany
przez polskiego inżyniera Rudolfa Gundlacha, który umożliwia obserwację w
zakresie 360° bez poruszania się obserwatora. Używany w czołgach,
okrętach podwodnych oraz wozach bojowych.
10.
Projektor
Projektor, rzutnik projekcyjny - urządzenie optyczne służące do wyświetlania na ekranie projekcyjnym ruchomego obrazu.
Projektor składa się ze źródła światła, układu optycznego formującego wiązkę światła oraz elementu tworzącego obraz, który nie przepuszcza światła o nieodpowiedniej barwie. Nowoczesne rzutniki projekcyjne, wyświetlające obrazy używają równoległej wiązki światła jako nośnika obrazu oraz przedmiotu którego cień i obraz ulega projekcji.
Dzięki rozbieżności strumienia światła oraz umieszczaniu przedmiotu blisko źródła światła, uzyskuje się znaczne powiększenie obrazu na ekranie.
11. Teleskop
Teleskop - przyrząd optyczny złożony z dwóch elementów
optycznych: obiektywu
i okularu
(teleskop soczewkowy) lub z
okularu
i zwierciadła (teleskop zwierciadlany) połączonych tubusem.
Służy do powiększania odległych obrazów. Zarówno teleskop soczewkowy, jak i teleskop zwierciadlany dają obraz rzeczywisty
powiększony, odwrócony (soczewkowy). Buduje się wiele rodzajów teleskopów od prostych
przyrządów optycznych służących do obserwacji krajobrazu
po złożone urządzenia służące w astronomii (głównie teleskopy zwierciadlane, np. teleskop Hubble'a).
Znaczna większość używanych na świecie teleskopów o przeznaczeniu astronomicznym
to sprzęt amatorski znajdujący się w prywatnych rękach miłośników astronomii.
Hobby jakim jest oglądanie obiektów niebieskich zyskało w ciągu ostatnich lat
również w Polsce ogromne rzesze entuzjastów czego skutkiem jest znaczna ilość
nierzadko nawet dość zaawansowanego optycznie sprzętu w rękach amatorów.
Teleskop optyczny umożliwia otrzymywanie wiernego
(zarówno pod względem rozmieszczenia przestrzennego szczegółów, jak i rozkładu
jasności), możliwie najjaśniejszego obrazu badanego wycinka nieba lub obiektu
astronomicznego. Zastosowanie w teleskopie zwierciadeł lub soczewek o dużej
średnicy umożliwia wychwycenie rozproszonego światła pochodzącego od odległych
obiektów dzięki czemu możliwa jest obserwacja lub rejestracja fotograficzna
nawet bardzo słabo widocznych obiektów. Użycie teleskopu umożliwia również
znaczne zwiększenie zdolności rozdzielczej, dzięki czemu stają się rozróżnialne
obiekty (np. składniki gwiazdy podwójnej), które
nieuzbrojonym okiem są widoczne jako pojedynczy obiekt. Powstający na
powierzchni ogniskowej obraz może być zarejestrowany na kliszy fotograficznej,
za pomocą detektora CCD
współpracującego z komputerem lub przez inne przyrządy, np. fotometry, spektrografy,
umieszczone w tej płaszczyźnie lub w innym miejscu, do którego promieniowanie z
płaszczyzny ogniskowej zostanie doprowadzone przez odpowiednie układy optyczne.
W zależności od tego, czy do skupienia dających obraz promieni wykorzystuje się
zjawisko załamania czy odbicia, teleskopy dzielą się na refraktory
i reflektory
(jak również teleskopy złożone wykorzystujące zarówno soczewki jak i
zwierciadła). Do obserwacji fotograficznych nieba używa się teleskopów, w
których zwierciadło główne jest sferyczne, a wady optyczne obrazu są zmniejszone
przez umieszczenie na drodze wiązki promieniowania asferycznej (w teleskopie zwanej kamerą Schmidta) lub
wypukło-wklęsłej soczewki (menisku)
w teleskopie zwanej kamerą Maksutowa soczewki korygującej. Gdy
zwierciadła główne i wtórne mają kształt odpowiednio dobranych hiperboloid, jest
możliwe uzyskanie w ognisku Cassegraina stosunkowo dużego pola
widzenia wolnego od zniekształceń (układ Ritcheya–Chretiena).
Ze względu na osiągane powiększenia teleskopy są zazwyczaj wyposażone w
dodatkowa lunetę wizualną (szukacz), umożliwiającą odszukanie i wstępną
identyfikację badanego obiektu. Teleskop Kosmiczny Hubble'a.
Elementy optyczny teleskopu są zwykle montowane tak, by mogły obracać się wokół
2 osi. W montażach paralaktycznych jedna z osi skierowana jest na biegun nieba (oś
rektascensji, godzinna), a druga jest prostopadłej do niej (oś deklinacji).
Specjalny mechanizm zegarowy z napędem obraca teleskop wokół osi rektascensji,
kompensując pozorny ruch obrotowy nieba, dzięki czemu teleskop „patrzy” podczas
obserwacji cały czas na badany obiekt. Dzięki stosowaniu komputerowych układów
sterowania coraz częściej wykorzystywane są także montaże
azymutalne, w których korygowane są jednocześnie obie osie - w tym
przypadku żadna z nich nie jest skierowana na biegun nieba - oś azymutu wskazuje zenit, a prostopadła do niej oś
wysokość nad horyzontem. Ze względu na zakłócający wpływ atmosfery ziemskiej
ograniczający jakość uzyskiwanych obrazów teleskopy umieszcza się w
obserwatoriach położonych wysoko w górach jak również w przestrzeni kosmicznej
(największym teleskopem kosmicznym jest umieszczony w 1990 r. na orbicie
okołoziemskiej Teleskop Kosmiczny Hubble'a). Jednak
ponieważ wielkość teleskopów umieszczanych w kosmosie ograniczona jest
dostępnymi środkami transportowymi, a serwisowanie ich na orbicie niezwykle
skomplikowane (czego dowiodła misja teleskopu Hubble'a)
od wielu lat poszukuje się innych rozwiązań mających na celu eliminowanie
zakłócającego wpływu atmosfery. Najważniejszym osiągnięciem w tej dziedzinie
jest zastosowanie cienkich luster, których kształt jest w czasie rzeczywistym
korygowany tak, by anulować zniekształcenia fali światła docierającej do
powierzchni lustra. Systemy takie, określane jako układy
adaptywnej
optyki, pozwalają obecnie osiągać w przypadku największych teleskopów, takich
jak Large Binocular Telescope, osiągać rozdzielczość trzydziestokrotnie
przewyższającą możliwości HST. Są jednak obszary, które wymagają umieszczenia
teleskopów poza atmosferą. W szczególności całkowita nieprzezroczystość
atmosfery dla promieniowania rentgenowskiego powoduje, że teleskopy
rentgenowskie są umieszczane wyłącznie na sztucznych satelitach.
12
.Reflektor
zwierciadło
wklęsłe, służące do zwężania padającej na nie wiązki energii o charakterze
falowym (np. promieniowanie elektromagnetyczne, fala
akustyczna), w celu wzmocnienia energii danej fali. Lustro działające jak soczewka
skupiająca. Reflektor służy do ułatwienia obserwacji danego zjawiska falowego,
lub wysłania go w określonym kierunku.
www.sciaga.pl/tekst/33407-34-przyrz_dy_optyczne_z_punktu_widzenia_fizyki
http://pl.wikipedia.org/wiki/Przyrz%C4%85d_optyczny
http://pl.wikipedia.org/wiki/Rzutnik_przezroczy
http://pl.wikipedia.org/wiki/Epidiaskop
http://pl.wikipedia.org/wiki/Monokl
http://pl.wikipedia.org/wiki/Peryskop
http://pl.wikipedia.org/wiki/Projektor
http://pl.wikipedia.org/wiki/Teleskop_%28optyka%29
http://pl.wikipedia.org/wiki/Reflektor