1100-1BO15, rok akademicki 2016/17

Transkrypt

1 1100-1BO15, rok akademicki 2016/17

2

3

4 M. Pagliaro, G. Palmisano, and R. Ciriminna,Flexible Solar Cells, John Wiley, New York (2008).

5 m z m 2a Zgodnie z zasadą Huygensa każdy punkt wewnątrz szczeliny staje się źródłem elementarnej fali kulistej. Do dowolnego punktu ekranu odległego od przysłony o odległość z, znacznie większą od długości fali świetlnej (z» λ), docierają przyczynki od wszystkich fal elementarnych. Wypadkowe natężenie światła w każdym punkcie ekranu jest wynikiem interferencji wszystkich fal składowych. I 2 a / z 2 sin 2 a / z m z m 2a sin tan A I sin 2a m 2A z a z 2 r / z 2 2J1 2 r / z z 2R 1,22 r

6 W optyce instrumentalnej przyjęło się za taką umowną granicę uznać sytuację, gdy maksimum natężenia w jednej plamce przypada na pierwsze minimum natężenia w drugiej plamce. W środku wypadkowego rozkładu natężenia światła występuje wtedy niewielkie minimum pozwalające orzec, że pochodzi ono w istocie od dwóch punktów. Określa się to mianem kryterium Rayleigha. W przypadku, gdy aberracje są zaniedbywalnie małe w porównaniu z wpływem dyfrakcji graniczna wartość dwupunktowej (kątowej) zdolności rozdzielczej według Rayleigha wynosi, zgodnie ze wzorem. gr 1,22 2r Im mniejszy kąt graniczny tym większa (lepsza) zdolność rozdzielcza.

7 Obraz punktu po przejściu światła przez układ optyczny bez aberracji z kołową przesłoną aperturową. W dużej odległości od apertury kąt, pod jakim jest widziane pierwsze minimum, mierzony od kierunku padania światła, jest dany przybliżonym wzorem (kryterium Rayleigha): sin λ długość fali światła, d średnica apertury. d

8 Oko ludzkie jest przyrządem optycznym z określoną zdolnością rozdzielczą, która wskazuje jaka jest minimalna odległość dwóch punktów, które są rozróżniane. Zdolność rozdzielczą wyznacza się na ogół dla odległości dobrego widzenia, zwykle równej 25 cm. Wynosi ona ok. 1 minuty kątowej. Zdolność ta odpowiada zdolności rozdzielczej układu optycznego oka. Aby zobaczyć bardzo małe obiekty musimy użyć przyrządów optycznych, współpracujących z okiem. Najważniejsze z nich to: lupa, mikroskop, luneta, teleskop, projektor, obiektyw (aparat fotograficzny).

9 [def] Powiększeniem wizualnym Γ nazywamy stosunek kąta w pod jakim widać obraz przedmiotu przez przyrząd do kąta w pod jakim widać ten przedmiot okiem nieuzbrojonym. Powiększenie wizualne może być także definiowane za pomocą tangensów kątów, a nie samych kątów. Dla promieni przyosiowych nie wpływa to na wartość powiększenia. l' w w l w D l L w'

10

11 F F Powiększenie wizualne lupy gdy przedmiot leży w płaszczyźnie ogniskowej (oko pracuje bez akomodacji): D f ' 4 gdy obraz powstaje w odległości dobrego widzenia: D 1 1 f 4 Aperturę lupy ogranicza źrenica oka. Pole widzenia zależy od położenia oka względem lupy. y' w y w' F F s' s s z w' F F

12 Obarczona znacznymi aberracjami. Stosowana w technice oświetleniowej i jako płaskie szkła powiększające. wikipedia.org

13

14 Luneta Galileusza (zwana ziemską) daje obraz prosty. Okular jest soczewką rozpraszającą. Ogniska pokrywają się. Wady: niewielkie pole widzenia (15-18 łuku), powiększenie nie większe niż 30x. Powiększenie wizualne wynosi: f f ' ' ob ok

15 W lunecie Galileusza nie można ograniczać apertury oprawą obiektywu. Ograniczeniem jest źrenica oka! Oprawa obiektywu pełni funkcję przysłony polowej. Bieg promieni aperturowych i polowych w lunecie Galileusza:

16 Luneta Keplera (zwana astronomiczną) daje obraz odwrócony. Okular jest soczewką skupiającą. Ogniska pokrywają się. Powiększenie wizualne lunety wynosi: f f ' ' ob ok

17 Powiększenie wizualne jest równe stosunkowi średnicy źrenicy wejściowej i źrenicy wyjściowej, którą jest źrenica oka. Wielkość źrenicy oka (2-8 mm) decyduje o aperturze i jasności lunety. Bieg promieni polowych i aperturowych w lunecie Keplera:

18

19 Mikroskop to urządzenie do uzyskiwania wizualnego lub poprzecznego powiększenia małych przedmiotów. W konstrukcji mikroskopu należy wyróżnić dwa układy: optyczny i mechaniczny. Układ mechaniczny zapewnia odpowiednie położenie elementów układu optycznego, justując poszczególne elementy na wspólnej osi. Układ optyczny składa się z części oświetlającej i powiększającej. Część oświetlająca ma za zadanie właściwe oświetlenie obserwowanego obiektu. Często jest ono realizowane w różnych reżimach pracy. Część powiększająca realizuje właściwe powiększenie.

20 Mikroskop składa się z obiektywu i okularu. Służy do obserwacji małych, blisko położonych przedmiotów. Odległość Δ między ogniskiem obrazowym obiektywu a ogniskiem przedmiotowym okularu wynosi około 17 cm i zwana jest długością tubusa.

21 Obiektyw daje obraz rzeczywisty, odwrócony, powiększony: Okular działa jak lupa. Jego powiększenie wizualne wynosi: Całkowite powiększenie typowego mikroskopu jest równe: ob ok ob ok ob W typowym mikroskopie maksymalne powiększenia są nie większe niż 2000 (obiektyw x100, okular x16). Większe powiększenia uzyskać trudno ze względu na dyfrakcję światła na soczewkach. W przypadku dużych obiektywów (x100) stosuje się ciecze immersyjne w celu zwiększenia kata aperturowego. Apertura numeryczna obiektywu: f ' ob D f ' ok D f ' f ' ok NA nsin f td ' f ' ob ok

22 Statyw, korpus mikroskopu: utrzymuje konstrukcję mikroskopu. Konstrukcja statywu określa, czy odległość obiektyw-przedmiot jest regulowana poprzez przesuwanie w pionie stolika przedmiotowego, czy tubusa. Stolik przedmiotowy: do niego mocuje się obserwowany preparat. Stolik może być przesuwany w osiach XY lub. Stoliki może być dodatkowo oprzyrządowany, np. z podziałką, do pracy w świetle spolaryzowanym. Śruba ogniskowania makro- i mikrometryczna: śruby służące do wyboru odległości przedmiot-obiektyw. Śruby służą do podnoszenia/opuszczania stolika przedmiotowy lub tubusa z obiektywami. Rewolwer: tarcza, w której zamocowane są obiektywy o różnych parametrach (zwykle powiększeniu).

23 Obraz źródła światła odwzorowany jest w płaszczyźnie przedmiotu. Oświetlenie krytyczne umożliwia zmianę apretury mikroskopu poprzez zmianę apertury kondensora. Aby preparat był oświetlony równomiernie, włókno żarówki oświetlacza musi być rozciągłe i mieć stałą luminancję na całej powierzchni.

24 Źródło światła odwzorowane jest w płaszczyźnie przesłony aperturowej obiektywu. Układ Köhlera pozwala na równomierne oświetlenie przedmiotu Dodatkowy kolektor K1 odwzorowuje źródło światła na płaszczyznę aperturową kondensora. Obie przesłony aperturowa i polowa znajdują się w układzie kolektor-kondensor.

25 W starszych mikroskopach stosowano zwykle lusterko, umożliwiające pracę z zewnętrznym źródłem światła. Obecnie oświetlacz jest zintegrowany z korpusem mikroskopu. Zaawansowane mikroskopy mają możliwość zmiany parametrów pracy oświetlacza, m.in. przysłony polowej, centrowania i pozycjonowania żarówki, centrowania kondensora itp. Nowoczesne mikroskopy pracują zwykle z oświetlaczem Köhlera.

26 Tubus: historycznie tuleja, w którą wkręcano z jednej strony obiektyw, a z drugiej okular. Przestrzeń, w której następuje formowanie się obrazu. Długością tubusa nazywa się obecnie długość drogi optycznej, którą przebywa promień biegnący po osi optycznej od płaszczyzny oporowej gwintu obiektywu do płaszczyzny oporowej okularu. Ustandaryzowana na 160 mm (Zeiss) lub 170 mm (Leica). W nowszych konstrukcjach regulowana płynnie. Obiektywy są zwykle projektowane dla określonej długości tubusa (korekcja aberracji). Odległość parfokalna: od płaszczyzny oporowej obiektywu do jego ogniska przedmiotowego. W mikroskopach produkowanych od lat 60 XX wieku wynosi ona zwykle 45mm. Obiektywy pracujące w jednym mikroskopie mają zwykle taką samą odległość parfokalną. Oświetlacz: w prostych mikroskopach lusterko, żarówka z reflektorem, w zaawansowanych układ oświetlający z kolektorem, regulacją odległości, centrowaniem, z regulacją napięcia itp.

27 Kondensor: tworzy wiązkę światła oświetlającą pola przedmiotowego, wypełnia aperturę numeryczną obiektywu. Przy oświetleniu Kőhlera przysłona kondensora staje się przysłoną aperturową obiektywu i jest źródłem oświetlenia. Obserwowany obiekt: umieszczany stoliku przedmiotowym. Jeśli jest to obiekt biologiczny, to zwykle jest umieszczany w kropli płynu, na szkiełku przedmiotowym, przykryty szkiełkiem nakrywkowym. Inne obiekty mocowane są w różny sposób. Immersja: wypełnienie cieczą przestrzeni pomiędzy preparatem (szkiełkiem nakrywkowym) a obiektywem i/lub pomiędzy kondensorem a szkiełkiem przedmiotowym. Nasadka okularowa: uchwyt dla okularów i zmiany biegu promieni świetlnych na np. pochylony. Nasadki okularowe są jedno- lub dwuokularowe (binokularne) pozwalające obserwację dwoma oczami (nie stereo). Obiektyw: główny element powiększający obraz. Zbiera światło wychodzące z płaszczyzny przedmiotu i tworzy powiększony obraz przedmiotu (pośredni), oglądany dalej przez okular. Okular: powiększa obraz utworzony przez obiektyw mikroskopu. Może kompensować aberracje obiektywu. Występują wersje z podziałką, umożliwiające przeprowadzanie pomiarów wielkości obserwowanych obiektów.

28 Ratajczyk F.: Instrumenty optyczne. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2005.

29 Czy można zobaczyć obiekt o rozmiarach kątowych mniejszych niż 1 (zdolność rozdzielcza oka)?

30 Tak, dzięki rozpraszaniu lub świeceniu.

31 1. Obserwacja w jasnym polu widzenia w świetle przechodzącym. Światło przechodzi przez przedmiot i trafia do obiektywu. 2. Obserwacja w jasnym polu widzenia w świetle odbitym. Światło odbija się od przedmiotu i trafia do obiektywu. 3. Obserwacja w ciemnym polu widzenia w świetle przechodzącym. Światło przechodzi przez przedmiot i nie trafia do obiektywu. 4. Obserwacja w ciemnym polu widzenia w świetle odbitym. Światło odbija się od przedmiotu i nie trafia do obiektywu.

32

33 Ratajczyk F.: Instrumenty optyczne. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2005.

34 Ciecz immersyjna likwiduje całkowite wewnętrzne odbicie na zewnętrznej powierzchni szkiełka, zwiększając efektywny kąt aperturowy.

35

36

37

38

39

40 DIREN Basse-Normandie Caen, France Specimen: Diptera Atherix ibis larva (posterior segments with pseudopods) (25x) Technique: Stereomicroscopy

41 Geosciences Department, University of Padova - Padova, Italy Specimen: A "symplectic" intergrowth of golden pyroxene and blue plagioclase in a granulite from N. Manitoba, Canada (5x) Technique: Polarized light

42

43

44

45

46 Odwzorowuje na ekranie przedmiot, którym może być np. przezrocze. Źródło światła odwzorowane jest za pomocą kondensora w płaszczyznę przysłony aperturowej obiektywu (źrenicy wejściowej, która zwykle znajduje się w okolicy obiektywu). Przysłona polowa umieszczona jest w płaszczyźnie przedmiotu a luka wyjściowa znajduje się na ekranie.

47