Optické prístroje

Prírodné vedy » Fyzika

Autor: Dievča ivana123
Typ práce: Maturita
Dátum: 21.01.2014
Jazyk: Slovenčina
Rozsah: 4 135 slov
Počet zobrazení: 5 737
Tlačení: 306
Uložení: 306
Optické prístroje
 
Úvod
Začnem tým, prečo som si vybral túto tému. Zaujala ma už hneď na prvý pohľad. Pod spojením optický prístroj si každý predstaví niečo iné. To preto lebo ich existuje veľmi veľa a človek sa s nimi stretáva v každodennom živote. Už pri výbere témy som použil jeden (respektíve dva) optické prístroje. A to oči a svoje okuliare. Ďalším dôvodom je aj to, že medzi moje záľuby patrí fotografovanie a fotoaparát samozrejme patrí medzi základné optické prístroje. Na nasledujúcich stranách sa pokúsim objasniť základy optiky, čo si máme pod slovami optika a optické prístroje predstaviť. Na pochopenie fungovania prístrojov, ktoré budem opisovať, bolo nevyhnutné sa venovať základným pojmom, ktoré sa v optike vyskytujú, preto som úvod svojej práce venoval v skratke faktom o optike. Až potom objasním princíp fungovania prístrojov ako lupa, mikroskop, ďalekohľad, fotoaparát, oko, okuliare a nakoniec opíšem fungovanie prístroja na nočné videnie.
 
1.Optika
1.1Čo je to optika a čím sa zaoberá
Optika je odbor fyziky zaoberajúci sa svetlom a jeho vlastnosťami.
 
1.2 Svetlo
Svetlo je elektromagnetické žiarenie, ktoré je vďaka svojej vlnovej dĺžke viditeľné okom, alebo všeobecnejšie elektromagnetické vlnenie od infračerveného po ultrafialové.
 
1.3 Elektromagnetické žiarenie
Elektromagnetické žiarenie je prenos energie v podobe elektromagnetického vlnenia. Elektromagnetické vlnenie alebo elektromagnetická vlna je lokálne vzniknutá zmena elektromagnetického poľa, periodický dej, pri ktorom dochádza k priestorovej a časovej zmene vektora intenzity elektrického poľa a súčasne vektora magnetickej indukcie.
Elektromagnetické žiarenie zahŕňa elektromagnetické spektrum: gama žiarenie, röntgenové žiarenie, ultrafialové žiarenie, viditeľné žiarenie, infračervené žiarenie, mikrovlnné žiarenie a rádiové žiarenie. Všetky tieto žiarenia dokopy tvoria spektrum elektromagnetického žiarenia (obr. 1). Človek je zrakom schopný vnímať len úzku oblasť spektra od cca 380 do 760 nm, nazývanú viditeľné svetlo. Niektoré živočíchy sú schopné vidieť aj v iných oblastiach spektra. Napríklad včely majú posunutú oblasť vnímania spektra smerom ku kratším vlnovým dĺžkam (ultrafialové svetlo), naopak niektoré plazy vnímajú ako viditeľné aj to, čo je pre človeka už infračervené žiarenie.
Rozsah vnímaných vlnových dĺžok je daný predovšetkým tým, že v oblasti viditeľného svetla je maximum elektromagnetického žiarenia zo Slnka dopadajúceho na zemský povrch, to znamená, že v tomto rozsahu je najlepšie vidieť.
 
1.4 Vlastnosti svetla
Tri základné vlastnosti svetla (a elektromagnetického vlnenia vôbec) sú svietivosť (amplitúda), farba (frekvencia) a polarizácia (uhol vlnenia).
 
1.5 Rýchlosť svetla
V rôznych prostrediach sa svetlo šíri rôznou rýchlosťou. Keď svetlo prechádza rozhraním medzi takýmito dvomi rôznymi prostrediami, spomaľuje sa (alebo zrýchľuje) a podlieha lomu. Spomalenie v danom prostredí oproti vákuu vyjadruje jeho index lomu n, kde

kde je rýchlosť svetla vo vákuu a rýchlosť svetla v danom prostredí. Index lomu vo vákuu je n = 1 a v inom prostredí n > 1.
Keď svetlo prechádza z vákua/materiálu do iného materiálu/vákua, frekvencia zostáva rovnaká, ale mení sa vlnová dĺžka. Keď lúč nedopadá kolmo na rozhranie, zmení sa aj uhol šírenia. Lom na šošovke sa využíva v okuliaroch, lupách, kontaktných šošovkách, mikroskopoch či refrakčných teleskopoch.
Rôzne vlnové dĺžky mozog interpretuje ako farby.
 
1.6 Farba
Farba je viditeľná oblasť elektromagnetického žiarenia s vlnovými dĺžkami približne 380-780 nm. Zdola tento interval ohraničuje ultrafialové a zhora infračervené svetlo. Vlnová dĺžka je rozhodujúcou charakteristikou pre výsledný vnem farby (obr. 2).
Farebnosť predmetov vnímame vďaka odrazu svetla. Ak má predmet červenú farbu, jeho povrch pohltil všetko svetlo okrem vlnovej dĺžky červeného svetla. Červené svetlo naopak odrazil. Biele svetlo je tvorené rovnako početným zastúpením všetkých zložiek svetla. Vďaka tomu získame rozkladom bieleho svetla prostredníctvom skleného hranola celé farebné spektrum. Bielu farbu teda bude mať predmet, ktorý nepohltí výraznejšie žiadnu vlnovú dĺžku a zároveň väčšinu svetla odrazí. Čierny objekt naopak väčšinu svetla pohltí.

1.7 Šošovka

Šošovka je homogénne izotropné prostredie, ohraničené dvoma guľovými plochami alebo guľovou plochou a rovinou. Je to predmet z priehľadného materiálu slúžiaci v optike alebo v iných prípadoch na ovplyvnenie šírenia svetla v širšom zmysle, t.j. viditeľného svetla, infračerveného a ultrafialového žiarenia.
 
1.7.1 Druhy šošoviek
Šošovky rozdeľujeme na dve skupiny (obr. 3):
Spojky (spojné šošovky, konvexné šošovky)(obr. 4)
- sú vždy uprostred silnejšie než na okrajoch a majú vždy jeden vypuklý povrch.
1) dvojvypuklé – druhý povrch je tiež vypuklý
2) ploskovypuklé – druhý povrch je rovinný
3) dutovypuklé – druhý povrch je dutý
Rozptylky (rozptylné šošovky, konkávne šošovky) (obr. 5)
- sú naopak uprostred tenšie než na okrajoch a majú jeden povrch dutý.
4) dvojduté – druhý povrch je tiež dutý
5) ploskoduté – druhý povrch je rovinný
6) vypukloduté – druhý povrch je vypuklý

Šošovky sú väčšinou guľové, čiže aspoň jeden ich povrch je tvorený časťou guľovej plochy. V zvláštnych prípadoch sa používajú šošovky iných tvarov.
Základné delenie šošoviek vychádza z toho, ako pôsobia na prejdený rovnobežný (kolimovaný) optický zväzok. Spojné šošovky alebo spojky menia zväzok na zbiehavý, takže lúče sa za nimi pretínajú v bode označovanom ako ohnisko. Vzniká tak skutočný obraz predmetu pred šošovkou. Rozptylné šošovky alebo rozptylky naopak zväzok menia na rozbiehavý, ktorý zdanlivo vychádza z ohniska pred šošovkou – vytvárajú zdanlivý obraz.
Časť priestoru, v ktorom sa vzhľadom k optickému systému nachádza predmet, sa nazýva predmetový priestor. Časť priestoru, v ktorom sa vytvára obraz sa nazýva obrazový priestor.

1.7.2 Snellov zákon lomu
Lúč dopadajúci na ľubovoľné miesto povrchu šošovky sa vo vnútri šošovky láme podľa Snellovho zákona a podľa rovnakého zákona sa láme na protiľahlom povrchu. Okrem toho sa malá časť svetla odráža späť. V niektorých prípadoch (napríklad v objektívoch fotografických prístrojov), ak je potrebné výrazne zmenšiť tieto straty spôsobené odrazom, tak sa povrch šošoviek pokrýva jednou alebo viacerými vrstvami priehľadných dielektrických látok (antireflexné pokrytie). Tým sa dosiahne toho, že na jednej vlnovej dĺžke alebo v určitom rozsahu vlnových dĺžok svetlo prechádza šošovkou prakticky bez strát.
Snellov zákon lomu znie:
Pomer sínusov uhla dopadu a lomu sa rovná prevrátenému pomeru absolútnych indexov lomov obidvoch prostredí:

kde
α – je uhol dopadu
β – je uhol lomu
v1 – je rýchlosť vlnenia v 1. prostredí
v2 – je rýchlosť vlnenia v 2. prostredí
n1 – je index lomu v 1. prostredí
n2 – je index lomu v 2. Prostredí
 
1.7.3 Použitie šošoviek
Využitie šošoviek nachádza uplatnenie v rôznych odvetviach:
Okuliare pre korekciu zraku a lupy predstavujú jedno z najstarších využití šošovky
Prvým fotografickým prístrojom stačila jediná šošovka na vytvorenie obrazu na fotografickom papieri; dnes majú v objektívoch väčšinou niekoľko šošoviek za sebou
Ďalekohľady a menšie astronomické prístroje
Optické mikroskopy
Rozličné optické a meracie prístroje (teodolit, heliograf a dalšie)
Mechaniky na čítanie kompaktných diskov, DVD a diskov Blu-ray (používajú plastové šošovky)
Lasery
 
1.8 Ohnisková vzdialenosť
Je to vzdialenosť šošovky alebo zakriveného zrkadla od ich ohniska (obr. 6). Symbol veličiny je f, a základná jednotka je m (meter).
 
1.8.1 Hodnoty ohniskovej vzdialenosti
Všeobecne môžu existovať pre daný optický systém dve rôzne hodnoty ohniskovej vzdialenosti, jedna pre priestor, kde sa nachádza predmet, teda „pred“ optickým systémom (tzv. predmetové ohnisko), druhá pre priestor, kde sa vytvára obraz, teda „za“ optickým systémom (tzv. obrazové ohnisko).
Prevrátená hodnota ohniskovej vzdialenosti sa nazýva optická mohutnosť a meriame ju v dioptriách.
U spojených šošoviek je ohnisková vzdialenosť kladná a zodpovedá vzdialenosti priesečníka lúčov svetla, ktorý bol pred priechodom šošovkou rovnobežný.
U rozptyliek sa ohnisková vzdialenosť uvádza ako záporná a meria sa od stredu šošovky do bodu, z ktorého zdanlivo vychádzajú rovnobežné lúče zalomené šošovkou.
 
1.8.2 Druhy ohniskových vzdialeností
U zložitých optických sústav, aké sú napríklad fotografické objektívy, rozoznávame niekoľko rôznych optických vzdialeností:
Efektívna – vzdialenosť ohniska od optického stredu (efektívna ohnisková vzdialenosť)
Predná – vzdialenosť „predného“ ohniska od prvého optického prvku (predmetová ohnisková vzdialenosť)
Zadná – vzdialenosť „zadného“ ohniska od posledného optického prvku (obrazová ohnisková vzdialenosť).
Symetrické šošovky majú prednú aj zadnú vzdialenosť rovnakú, u šošoviek zanedbateľnej hrúbky sa všetky tri vzdialenosti merajú od ich stredu. Pre charakterizáciu objektívu sa zvyčajne používa efektívna ohnisková vzdialenosť.

2. Optické prístroje
2.1 Rozdelenie optických prístrojov
Optické prístroje rozdeľujeme na dve skupiny:
 
2.1.1 Zobrazovacie prístroje
slúžia k vytvoreniu takého obrazu predmetu, ktorý je lepšie pozorovateľný ako samotný predmet. Obraz vytvorený zobrazovacím prístrojom teda pozorujeme preto, aby nám umožnil získať viac informácií o sledovanom predmete.
Podľa toho, či je obraz vytvorený zobrazovacím prístrojom skutočný alebo neskutočný, môžeme tieto prístroje rozdeliť na objektívne a subjektívne. Medzi objektívne prístroje zaraďujeme fotografické aparáty, prístroje k premietaniu, zväčšovaniu a podobne. Do skupiny subjektívnych prístrojov patria napr. okuliare, lupa, mikroskop alebo ďalekohľad.
 
2.1.2 Laboratórne prístroje
využívajú vlastnosti svetla a jeho interakcie s prostredím k meracím účelom. Tieto prístroje sa dajú rozdeliť do niekoľkých podskupín:
Refraktometre – slúžia k meraniu indexu lomu
Spektrálne prístroje – umožňujú oddelenie svetla o určitej vlnovej dĺžke (teda určitej farbe svetla) a následne skúmajú vlastnosti svetla a jeho zdroja.
Interferenčné prístroje – využívajú interferenciu svetla a to predovšetkým k veľmi presnému meraniu vzdialeností (slúžia napríklad aj pri zisťovaní koncentrácie metánu v lomoch, baniach, a pod.).
Polarizačné prístroje – umožňujú sledovať materiály v polarizovanom svetle, čím sa dá získať mnoho informácií o vlastnostiach danej látky. Ku skúmaniu vlastností priehľadných látok v polarizovanom svetle sa používa polarimeter, ktorý umožňuje určiť napríklad koncentráciu bielkovín v roztokoch.
Fotometrické prístroje – slúžia k zisťovaniu fotometrických veličín (Fotometria je časť optiky, ktorá skúma svetlo z hľadiska jeho pôsobenia na zrakový orgán. Veličiny, ktoré určujú veľkosť tohto pôsobenia na ľudské oko, sa označujú ako fotometrické veličiny), predovšetkým intenzitu svetla. Podľa hodnôt intenzity dopadajúceho či odrazeného svetla sa dajú určiť niektoré vlastnosti skúmanej látky.
 
2.2 Popis základných optických prístrojov
 
2.2.1 Lupa
Lupa - alebo zväčšovacie sklo je nástroj používaný na optické zväčšenie pozorovaného predmetu. Skladá sa zo šošovky, vyrobenej typicky zo skla alebo priehľadného plastu a držiaka.
Ak je zorný uhol predmetu veľmi malý, pretože predmet má malé rozmery,
nepomôže priblížiť predmet k očnej šošovke, a tak zväčšiť zorný
uhol. Oko v tomto prípade nie je schopné vytvoriť ostrý obraz. Riešenie
je v tom, že pomocou lupy alebo mikroskopu vytvoríme neskutočný
obraz v konvenčnej vzdialenosti aj pri malých vzdialenostiach od oka.
Lupa je vlastne spojka s malou ohniskovou vzdialenosťou. Vhodnou
polohou šošovky a predmetu dosiahneme že šošovka vytvorí
neskutočný obraz vo vzdialenosti, v ktorej je oko schopné vytvoriť
ostrý obraz.
Praktické použitie zväčšenia zorného uhla je obmedzené chybami,
ktoré pri zobrazovaní vznikajú. Jednoduchá šošovka je použiteľná do
šesťnásobného zväčšenia. Väčšie zväčšenie (až 30-násobné) možno
dosiahnuť okulármi, ktoré sú zložené z viacerých šošoviek.
Lupu možno použiť aj na založenie ohňa. Natočením lupy k Slnku a umiestnením do vhodnej vzdialenosti od predmetu, ktorý chceme zapáliť, dôjde ku koncentrácii lúčov dopadajúcich zo Slnka na šošovku na malé miesto na povrchu predmetu.
 
2.2.2 Mikroskop
je optický prístroj, ktorý slúži na zväčšené zobrazenie malého objektu.
Pod označením mikroskop sa obvykle myslí optický mikroskop, ktorý k zobrazeniu používa svetelné lúče, existujú však aj mikroskopy využívajúce iné princípy a spôsoby zobrazenia, napr. elektrónový mikroskop alebo polarizačný mikroskop.
 
2.2.2.1 Mechanická časť
Tvorí ju hlavne statív - teda to, čo nesie ostatné prvky. Stabilita je zaistená ťažkou nohou. Statív je pohyblivým (výklopným kĺbom) spojený s nosičom tubusu vybaveným mechanizmom pre presný, jemný vertikálny pohyb tubusu. Tubus je obvykle kovová, zvnútra začiernená trubica. Zhora sa naň nasadzuje okulár a zdola objektív. Zabezpečuje ohniskové vzdialenosti medzi objektívom a tubusom, zároveň bráni pôsobeniu svetla zo strán. Ďalšou časťou je stolček - naň sa pomocou pružín upevňuje preparát na sklíčku. Stolček umožňuje presný pohyb v dvoch smeroch roviny.
 
2.2.2.2 Optická časť
Optickú časť tvorí zdroj svetla - lampa, alebo zrkadielko. U novších typov mikroskopov je zdroj tepla integrovaný do statívu. Kondenzor je umiestnený hneď pod stolčekom a skladá sa z viacerých šošoviek. Slúži na koncentráciu a reguláciu množstva svetla do preparátu cez kruhový otvor v stolčeku. V kovovej obrúčke pod kondenzorom je umiestnená tzv. irisová clona pre reguláciu množstva svetla, zároveň nesie mliečne a farebné optické filtre. Po prestúpení cez preparát lúč svetla pokračuje do zväčšovacieho optického systému tvoreného objektívom a okulárom. Objektívy (obvykle 3) sú uložené v revolverovom meniči. Sú zložené zo systému šošoviek. Každý z objektívov má iné zväčšenie. Rozlišujeme suché (napr. 5x, 10x, 45x) a imerzné (100x) objektívy. Objektív obsahuje šošovky s malou ohniskovou vzdialenosťou. Používa sa na veľké zväčšenie obrazu malého predmetu umiestneného v blízkosti ohniska. Svetlo z objektívu prechádza do okulára, ktorého optický systém pridáva ďalšie zväčšenie. Okulár sa zasúva do horného otvoru tubusu. Výsledné zväčšenie mikroskopu dostaneme vynásobením zväčšenia objektívu a okulára. Optický mikroskop zväčšuje 100 - 3000 krát.
 
2.2.2.3 Popis fungovania mikroskopu
Základom mikroskopu sú šošovky, ktoré tvorí objektív a okulár. Okuláre a objektívy sú často výmenné. Jednoduchý mikroskop je zložený z dvoch spojných sústav šošoviek, ktoré majú spoločnú optickú os. Časť mikroskopu, ktorá je nazývaná objektív, má malú ohniskovú vzdialenosť (rádovo v milimetroch). Pozorovaný predmet sa umiestňuje blízko pred ohnisko, takže vzniká skutočný, zväčšený a prevrátený obraz. Tento obraz vzniká medzi druhou časťou mikroskopu, tzv. okulárom, a jeho predmetovým ohniskom. Vzniknutý obraz potom pozorujeme okulárom podobne ako lupou, čím získavame ďalšie zväčšenie. Ohnisková vzdialenosť okulára sa pohybuje rádovo v centimetroch. Obrazové ohnisko objektívu a predmetové ohnisko okulára nesplývajú, ale sú od seba vzdialené o hodnotu optického intervalu, ktorého hodnota sa u mikroskopu pohybuje medzi 15 cm a 20 cm.
 
2.2.3 Fotoaparát
Je to zariadenie slúžiace k vytváraniu fotografií. Každý fotoaparát je v princípe svetlotesne uzavretá komora s malým otvorom (alebo s nejakou zložitejšou optickou sústavou – objektívom), ktorým do vnútra vstupuje svetlo a nejakým druhom svetlocitlivej záznamovej vrstvy na druhej strane, na ktorú dopadajúce svetlo kreslí obraz.
 
2.2.3.1 Uzávierka
Dôležitým prvkom fotoaparátu je uzávierka, ktorej hlavnou úlohou je brániť dopadu svetla na citlivú vrstvu vo chvíli, keď sa nefotografuje. Dĺžka otvorenia uzávierky pri expozícii má tiež vplyv na snímku. Čím dlhšie je uzávierka otvorená (tento interval sa nazýva expozičný čas), tým viac svetla dopadne na citlivú vrstvu. Súčasne ale dlhší čas expozície spôsobuje pohybovú neostrosť, ktorá vyzerá ako rozmazanie objektov v smere ich zdanlivého pohybu voči fotoaparátu. Krátky expozičný čas naopak dokáže zachytiť i veľmi rýchle deje alebo iba jeden krátky okamih. Za najdlhší expozičný čas umožňujúci odfotografovať nepohnuté snímky z ruky sa považuje recipročná hodnota ohniskovej vzdialenosti použitého objektívu. Pri bežnom objektíve s ohniskom 50 mm je tento čas 1/50 sekundy, no tento čas je už kritický, pretože pri ňom môže dôjsť k viditeľnej neostrosti i v dôsledku nepatrného pohybu fotografa.
 
2.2.3.2 Clona a ohnisková vzdialenosť
Otvor pre vstup svetla do tmavej komory fotoaparátu je v dnes bežne vyrábaných fotoaparátoch vybavený irisovou clonou, umožňujúcou meniť jeho priemer a tým ovplyvňovať množstvo vnikajúceho svetla. Následkom týchto zmien je možné manipulovať s výslednou svetlosťou fotografovanej scény.
Medzi dôležité parametre fotoaparátov patrí tiež ohnisková vzdialenosť a svetelnosť. Od ohniskovej vzdialenosti závisí, aký veľký sa z určitej vzdialenosti premietne výsledný obraz na matnicu, a teda aj to aký veľký bude na výslednej fotografii. Svetelnosť objektívu informuje o množstve sveta, ktoré je prepustené na matnicu pri plnom otvorení clony.
 
2.2.3.3 Expozícia
Základný princíp fotoaparátu, ktorý ho odlišuje od camery obscury je, že obraz je určitým spôsobom zaznamenaný. Presné množstvo svetla, ktoré je potrebné na zachytenie obrazu je závislé od veľkosti otvoru clony a expozičného času. Aby bol výsledný obraz optimálne osvetlený, je potrebné presné množstvo svetla. Čím je viac clona uzavretá, tým cez otvor preniká menej svetla a svetlocitlivú vrstvu je následne potrebné osvetľovať dlhšie. Naopak zväčšenie tohto otvoru skracuje potrebný čas osvetlenia. Súčasné fotoaparáty buď vyhodnocujú mieru osvetlenia a sami nastavujú optimálnu hodnotu parametrov clony a expozičného času, alebo majú pevnú clonu a korigujú iba čas expozície. Zariadenie, ktoré meria a vyhodnocuje množstvo svetla na fotografovanej scéne sa nazýva expozimeter. Moderné fotoaparáty majú expozimeter zväčša priamo zabudovaný vo vnútri. Teoreticky je výsledný obraz závislý od vhodnej kombinácie veľkosti clony a expozičného času. To znamená, že tento výsledok má byť konštantný za akýchkoľvek svetelných podmienok, ak je vzhľadom na množstvo dopadajúceho svetla zvolený správny expozičný čas. To však platí v širokom rozmedzí expozičných časov iba pri čiernobielej fotografii. Pri svetlocitlivom materiáli, ktorý reaguje na široké spektrum farieb, spôsobuje dlhá expozícia farebný posun. To je do určitej miery možné kompenzovať použitím vhodných fotografických filtrov alebo vhodného fotografického materiálu. Pri digitálnej fotografii je možné farebný posun dodatočne ošetriť pomocou softvéru.
 
2.2.3.4 Objektív
Pre správne vykreslenie fotografie  je treba fotoaparát zaostriť, aby sa zbiehajúce lúče z objektívu stretli práve v mieste, kde dopadajú na citlivú vrstvu. (Ak by sa stretli  pred ňou alebo za ňou, neprejaví sa bod na objekte na snímke ako bod, ale ako rozmazaný krúžok – snímok bude neostrý.) To sa rieši ostriacim mechanizmom na objektíve, ktorý, jednoducho povedané, posunie celú optickú sústavu dopredu alebo dozadu tak, aby sa lúče stretli práve na citlivej vrstve. (Výnimkou sú aparáty s tzv. fix focusom – to sú najčastejšie kompaktné aparáty alebo mobilné telefóny, pri ktorých je clonový otvor taký malý, že dopadajúce lúče sú dostatočne úzke k vykresleniu väčšiny predmetov v rozumnej vzdialenosti.)

Ostrenie môže byť ponechané na obsluhe aparátu, ale moderné prístroje disponujú možnosťou automatického ostrenia (autofokusu). Sú dva druhy takéhoto ostrenia: aktívne (keď si fotoaparát sám vzdialenosť zmeria pomocou odrazu infračerveného lúča od objektívu, a podľa zisteného výsledku zaostrí), alebo pasívne (kedy fotoaparát ostrí „od oka“, prechádza rozsah zaostrenia a meria kontrast zaostrenej scény; najostrejšia scéna má rovnako najväčší kontrast). Pretože aktívny autofokus má niekoľko nevýhod – má napríklad problémy s fotením cez sklo, vylučuje možnosť výmeny objektívov a použitia „zväčšovacích“ predsádok a podobného vybavenia – používa sa iba v kompaktných fotoaparátoch, zatiaľ čo zrkadlovky sú vybavené výhradne pasívnym ostrením, kedy všetko meranie prebieha cez objektív (through the lens – TTL) a objektívy je teda možné meniť.
Pasívne ostrenie nefunguje pri nedostatku svetla. V takýchto prípadoch je potom nutné ostriť ručne; niektoré fotoaparáty majú pre tento účel miniatúrne prisvetlovacie lampy. Funkciu pomocného prisvetlenia scény infračerveným lúčom pre zaostrovanie majú tiež niektoré kvalitné externé blesky.
 
2.2.3.5 Rozdelenie fotoaparátov
 
2.2.3.5.1 Podľa citlivej vrstvy
Doskové – svetlocitlivá chemická vrstva je nanesená na sklenej doske. Tento typ sa využíval na začiatku fotografovania v rokoch 1850 – 1880.
Filmové – úlohu svetlocitlivej vrstvy hrá celuloidový pás pokrytý chemikáliami, reagujúcimi na svetlo svojou premenou, v laboratóriu sa potom snímok vyvolá – premenené chemikálie sa ďalšou reakciou zmenia na sfarbené a tým vzniká obraz.
Digitále – ako svetlocitlivý prvok je v nich senzor CCD alebo CMOS; zachytené informácie sú následne digitálne spracované do snímky.
 
2.2.3.5.2 Podľa konštrukcie
Hľadáčikové – majú hľadáčik, ktorý fotografovi pomáha vidieť a ohraničovať predmet alebo scénu. Hľadáčik však neukazuje scénu cez objektív, ale namiesto toho veľmi približne ukáže, čo by objektív mohol zachytiť.
Jednooké zrkadlovky (SLR) – aparát je vybavený hľadáčikom so sklopeným zrkadlom; pri kompozícii scény sa fotograf díva cez optiku hľadáčika priamo cez objektív.
Dvojoká zrkadlovka (TLR) – aparát má dva objektívy, obraz z horného je odrážaný pevným zrkadlom na matnicu, dolný slúži výhradne pre expozíciu.
 
2.2.4 Ďalekohľad
Je to prístroj slúžiaci k optickému priblíženiu pomocou sústavy šošoviek alebo aj zrkadiel. Delí sa na refraktory (ich objektív je tvorený jednou šošovkou, alebo ich sústavou) a reflektory (ich objektív je tvorený zrkadlom).
 
2.2.4.1 Refraktory
Refraktor je ďalekohľad, ktorého objektívom je jedna alebo viac šošoviek. Zväčšený obraz vzniká lomom svetla na šošovkách. Refraktory sú najstaršie astronomické ďalekohľady a majú veľké ohniskové vzdialenosti.
 
2.2.4.1.1 Využitie refraktorov
Refraktory môžu byť zaťažené farebnou vadou, ktorú je však už dnes možné odstrániť. Našli využitie najmä ako divadelné ďalekohľady, poľovnícke ďalekohľady, triédre a binokuláre. V astronómii sa používajú viac na vizuálne pozorovania a astrometriu. Šošovky veľkých astronomických ďalekohľadov však majú obmedzenú veľkosť, pretože priveľká šošovka sa deformuje vlastnou hmotnosťou. Najväčšie ďalekohľady sveta sú teda takmer bez výnimky reflektory.
 
2.2.4.1.2 Delenie refraktorov
Delíme ich podľa vypuklosti šošovky na:
Galileiho refraktor (obr. 7)
Tento druh ďalekohľadu ako okulár využíva rozptylku (dutú šošovku). Objektívom je spojka, ktorá má veľkú ohniskovú vzdialenosť (f). Obrazové ohnisko objektívu takéhoto ďalekohľadu splýva s obrazovým ohniskom okuláru. Tento druh ďalekohľadu sa dnes už nepoužíva v astronómii, používa sa len ako divadelný ďalekohľad.

Keplerov refraktor (obr. 8)
Keplerov refraktor ako okulár využíva spojku (vypuklú šošovku). Obidve šošovky, objektív aj okulár) majú spoločnú optickú os. Má veľkú ohniskovú vzdialenosť (f) objektívu, pričom, ohnisková vzdialenosť okuláru je malá. Pozorovaný obraz je prevrátený, no zväčšenie a zorné pole sú väčšie ako pri Galileovom ďalekohľade. Všetky dnešné astronomické ďalekohľady sú Keplerove ďalekohľady, preto sa pre tento druh ďalekohľadu používa aj názov hvezdársky ďalekohľad.
 
2.2.4.2 Reflektory
Reflektory (zrkadlové ďalekohľady) využívajú k zobrazeniu okrem šošoviek a ich sústav ja zrkadlo. Obraz v reflektore zvyčajne vzniká odrazom lúčov na dutom zrkadle (guľovom alebo parabolickom), ktoré tvorí objektív optickej sústavy. Odrazené lúče sú následne sústredené do okulára.
 
2.2.4.2.1 Typy reflektorov
Cassegrainov ďalekohľad (obr. 9)
V Cassegrainovom ďalekohľade sa lúče sústreďujú do okulára pomocou malého vypuklého zrkadla
Newtonov ďalekohľad
V Newtonovom ďalekohľade sa oproti Cassgrainovmu ďalekohľadu využíva rovinné zrkadlo, ktoré odráža lúče do okulára, ktorý je umiestnení v boku prístroja.
Ďalekohľad je tvorený tubusom, v ktorom sa nachádza primárne a sekundárne zrkadlo. Primárne zrkadlo má parabolický tvar, je uložené v spodnej časti tubusu. Príma prichádzajúce svetlo a odráža ho do svojho ohniska, kde je umiestnené malé sekundárne zrkadlo, ktoré odráža lúče mimo tubus do okulára. Optická sústava zložená z dvoch zrkadiel a okulára spôsobuje, že vzniknutý obraz je prevrátený stranovo aj pólovo. Je preto vhodný pre astronomické pozorovania, kde obrazová prevrátenosť nevadí. Pre normálne použitie sa dá okulár doplniť hranolmi , ktoré upravia obraz do správnej polohy.
 
2.2.5 Oko
Medzi optické prístroje môžeme zaradiť aj oko.
Štruktúra ľudského oka sa úplne prispôsobuje potrebe zaostriť lúč svetla na sietnicu (lat. retina). Všetky časti oka, cez ktoré lúč svetla prechádza sú priehľadné, aby čo najviac zabraňovali rozptylu dopadajúceho svetla. Rohovka (lat. cornea) a šošovka (lat. lens) pomáhajú lúč svetla spojiť a zaostriť na zadnú stenu oka - sietnicu. Toto svetlo potom spôsobuje chemické premeny vo svetlocitlivých bunkách (tyčinky a čapíky), ktoré vysielajú nervové impulzy zrakovým nervom (lat. nervus opticus) do mozgu.
Svetlo vstupuje cez rohovku, do oblasti vyplnenej komorovou vodou (lat. aquaeus humour), a dopadá na šošovku cez zrenicu (lat. pupil). Tá sa pomocou svalov (dúhovky, lat. iris) rozťahuje a zužuje, čím reguluje množstvo prechádzajúceho svetla. Pomocou svalov je regulovaná aj šošovka, ktorá zaostruje lúče svetla, aby sa zbiehali presne na sietnici, kde vytvárajú prevrátený obraz. Zostávajúca oblasť oka je vyplnená sklovcom, ktorý udržuje v oku stály tlak a tým aj tvar.
 
2.2.6 Okuliare
Je to pomôcka pre korekciu videnia, prípadne pre ochranu zraku.
 
2.2.6.1 Rozdelenie okuliarov
Dioptrické okuliare – v prípade dioptrických okuliarov sa rozlišujú šošovky:
Pre korekciu krátkozrakosti; (Krátkozrakosť je refrakčná chyba zraku, pri ktorej sa lúče svetla usmernené očnou šošovkou zbiehajú už pred sietnicou, a na sietnici tak nevzniká ostrý obraz. Jej prejavom je zlá viditeľnosť postihnutého na vzdialené predmety.)
Pre korekciu ďalekozrakosti; (Ďalekozrakosť  je chyba oka, pri ktorej sa lúče svetla usmernené očnou šošovkou zbiehajú až za sietnicou, preto na sietnici nevzniká ostrý obraz. Oko minimálne odchýlky dokáže čiastočne kompenzovať akomodáciou šošovky (zmenou mohutnosti).
Takto postihnutý človek zle vidí blízke predmety, naopak celkom dobre vidí predmety vzdialené.
Cylindrické šošovky – majú rôznu úroveň korekcie v rôznych rovinách,
Bifokálne a multifokálne – majú rôznu lámavosť v rôznych miestach šošovky. Zvyčajne majú v spodnej časti skiel spojky pre čítanie a v hornej časti slabšie spojky alebo rozptylky pre videnie do diaľky.
Ochranné okuliare – chránia zrak pred mechanickým poškodením, tepelným poškodením alebo žiarením.
Špeciálne okuliare – využívajú sa k sledovaniu 3-D filmov, či kresieb, alebo pre vyvolávanie dojmu virtuálnej reality. Dosahuje sa to odlišnými farbami skiel (červená a zelená alebo modrá – výsledný obraz je potom zdanlivo čiernobiely), alebo tým, že sklá fungujú ako polarizačné filtre s kolmými rovinami polarizácie. Tento systém používajú napríklad 3-D Imax kiná.
 
2.2.7 NV prístroje
Night vision (NV) je technológia, ktorá umožňuje rozlišovať veci v noci, za tmy, bez umelého osvetlenia. Umožňuje vidieť ľudí, budovy, dopravné prostriedky a detaily krajiny, ktoré sa predtým zdali len ako nezreteľné tiene.
Prístroje nočného videnia (night vision - NV) zlepšujú schopnosť vidieť za podmienok existencie aspoň slabého zostatkového svetla. Vidieť obraz vo veľmi tmavom prostredí a v úplnej tme, napríklad v jaskyni, v miestnosti, možno pomocou použitia infračervený zdroj svetla. Väčšina prístrojov NV ho má už zabudovaný.
 
2.2.7.1Princíp fungovania NV prístrojov
Základom prístroja je elektronicko-optický menič (EOM), ktorý zosilňuje zostatkové a odrazové svetlo. Šošovky objektívu sústredia svetlo, svetelný tok potom dopadá na fotokatódu (photo cathode) s fosforovou vrstvou. Tá absorbuje dopadajúce svetlo (photons) a premení energiu fotónov na elektróny. Prúd elektrónov je zosilnený a tento silný prúd elektrónov potom dopadá na fosforovú vrstvu na opačnej strane EOM, kde sa emituje svetlo, ktoré môžeme už vidieť pomocou optiky okulára ako viditeľný obraz.
 
Záver
V závere by som chcel podotknúť na fakt, že prístroje, ktorými som sa zaoberal, sú len tie základné, s ktorými sa človek bežne v živote stretáva alebo sa môže stretnúť. Okrem týchto prístrojov existuje nespočetné množstvo iných, ktoré využívame či vo výpočtovej technike, pri meracích prístrojoch, tak aj v medicíne pri rôznych chirurgických zákrokoch. Človek už v minulosti pochopil základy optiky, začal to využívať vo svoj prospech. V dnešnej dobe sa ešte stále získavajú nové poznatky v tomto fyzikálnom obore. Komplikovanejšou stavbou optických prístrojov si robíme život pohodlnejším, zlepšujeme jeho kvalitu (okuliare, kontaktné šošovky,...), ale dokážeme si život aj predĺžiť (pomocou diagnostických prístrojov v medicíne). Dúfam, že som objasnil aspoň základné poznatky z optiky, princíp fungovania optických prístrojov. Týmto by som chcel poďakovať za pozornosť a poukázať na optické prístroje, ako už na neoddeliteľnú súčasť ľudského života.
Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 (10-najlepšie, priemer: 4.1)


Založiť nové konto Pridať nový referát

Odporúčame

Prírodné vedy » Fyzika

:: KATEGÓRIE - Referáty, ťaháky, maturita:

0.147