Optica - Instrumente optice

  Instrumentele optice - In general prin instrument optic intelegem un ansamblu de dioptrii care se utilizeaza pentru producerea imaginilor unor obiecte astfel incat privirea acestor imagini sa prezinte unele avantaje fata de privirea directa.
   *De regula se disting doua tipuri de instrumente optice:
- Instrumente care dau imagini reale (instrumente obiective), cum sunt obiectivele fotografice, aparatele de proiectie etc., la care imaginea se formeaza, de exemplu, pe un ecran sau pe o placa fotografica si astfel poate fi observata cu ochiul
- Instrumente care dau imagini virtuale (instrumente oculare), special adaptate pentru a se observa imaginea cu ochiul, cu ajutorul unor oculare. Calitatea instrumentelor optice este data de urmatoarele caracteristici:
   A. Marirea (la instrumentele care furnizeaza imagini reale se disting marirea liniara, marirea axiala si marirea unghiulara) - Marirea liniara este raportul intre lungimea imaginii si cea a obiectului - Marirea axiala se refera la deplasarea punctului imagine pe axa optica, corespunzatoare deplasarii punctului obiect - Marirea unghiulara este data de raportul unghiurilor de apertura, de emergenta si de intrare in instrumentul optic
   B. Puterea (reprezinta unghiul sub care se vede unitatea de lungime prin instrumentul optic considerat)
   C. Grosismentul (este o caracteristica a aparatelor oculare, definita prin raportul imaginilor retiniene; deoarece dimensiunea unei imagini retiniene este proportionala cu unghiul aparent sub care se vede obiectul privit, grosismentul este egal cu marirea unghiulara).
   D. Puterea de separare (se defineste ca unghiul cel mai mic format de razele vizuale, venind de la doua puncte, astfel incat sa le vedem separate) - Pentru evaluarea puterii de separare a unui instrument optic se utilizeaza criteriul lui Rayleigh, conform caruia doua puncte obiect invecinate vor da fiecare separat cate o pata de difractie si ele vor fi observate distinct, daca maximul uneia va fi situat peste minimul celei de-a doua pete de difractie. Inversul unghiului minim poate fi considerat ca o masura a puterii de separare. Instrumentele optice oculare 

  APARATUL FOTO 

    Cel mai simplu aparat de fotografiat este o cutie opaca (camera obscura), cu un orificiu minuscul pe una din fete, pe fata opusa formandu-se imaginea. Desi foarte rudimentar, acest procedeu de fotografiere inca se mai utilizeaza si poarta denumirea de "pinhole photography".

  Partile componente ale aparatului de fotografiat
  Oricat a avansat tehnica in ultimii ani, aparatele de fotografiat au aceleasi componente de baza:
+ corpul aparatului (camera obscura)
+ obiectivul
+ diafragma
+ obturatorul
+ vizorul
+ sistemul de transport 
 

> Corpul aparatului
   Este foarte important sa fie complet izolat, astfel incat sa nu permita intrarea luminii in interior, cu exceptia celei care intra prin obiectiv si e destinata impresionarii filmului. Corpul este proiectat conform unor principii ergonomice, astfel incit sa permita accesul usor si rapid la facilitatile aparatului.

> Obiectivul
   Obiectivul permite accesul luminii in aparat si focalizeaza imaginea pe film. Este elementul care determina in foarte mare masura claritatea si calitatea imaginii finale. Caracteristicile definitorii ale obiectivelor sunt distanta focala si luminozitatea.
   Distanta focala a unui obiectiv se masoara in milimetri si determina unghiul de camp. In functie de distanta focala, obiectivele se impart in:
+ superangulare, cu distanta focala pana in 40mm;
+ obiective normale, cu distanta focala in jur de 50mm;
+ teleobiective, cu distanta focala peste 70mm.
   Aceste valori sunt valabile pentru filmul de 35mm si cresc o data cu dimensiunile filmului folosit, astfel ca, de exemplu, pentru un aparat cu film 6x6cm, un obiectiv de 85mm este normal.
Luminozitatea reprezinta deschiderea maxima a diafragmei obiectivului. 

> Diafragma
   Diafragma controleaza deschiderea obiectivului si determina cantitatea de lumina care ajunge pe film. Se masoara cu ajutorul numarului f, care este de fapt un raport intre diametrul fizic al deschiderii si distanta focala, astfel incat, indiferent de obiectiv, o anume valoare a diafragmei inseamna aceeasi cantitate de lumina intrata in aparat. De obicei, este controlata cu ajutorul unui inel de pe obiectiv.
   Diafragma ia valori din scala 1; 1,4; 2; 2,8; 4; 5,6; 8; 11; 16; 22; 32; 64 etc., fiecare valoare reprezentand jumatate din cantitatea de lumina admisa de valoarea precedenta. De exemplu o diafragma f/1,4 admite de doua ori mai multa lumina decat f/2.

> Obturatorul
   Obturatorul este mecanismul care controleaza durata de expunere a filmului la lumina.
   Ca si in cazul diafragmei, controlul timpului de expunere se face in trepte, fiecare treapta dubland sau injumatatind timpul de expunere. 1/2000; 1/1000; 1/500; 1/250; 1/125; 1/60; 1/30; 1/15; 1/8; 1/4; 1/2; 1 etc. De exemplu un timp de expunere de 1/1000 lasa sa treaca jumatate din lumina admisa intr-un timp de 1/500.
   Obturatoarele pot fi de doua tipuri: centrale (leaf shutter) si focale (focal plane shutter).
  Pozitia B pe butonul care controleaza timpul de expunere reprezinta modul Bulb, in care aparatul tine obturatorul deschis atata timp cat este tinut apasat butonul de declansare.
  Pozitia T - mai putin folosita in prezent - este asemanatoare, cu diferenta obturatorul se deschide la apasarea butonului de declansare si ramane deschis pana la a doua apasare a butonului de declansare.
  Pozitia X indica sincronizarea cu blitzul, care se face la un anumit timp de expunere, in functie de modelul aparatului (1/60, 1/125 si chiar mai putin la modelele mai noi).

> Vizorul
  Vizorul permite vizualizarea imaginii inainte de a fi inregistrata pe film, permitand controlarea compozitiei si, in functie de tipul aparatului, a claritatii.
   In functie de tipul de vizor, aparatele se impart in:
+ aparate foto cu vizare prin obiectiv (SLR - Single Lens Reflex) - cu ajutorul unei oglinzi, care se ridica in momentul expunerii, fotograful poate vedea exact imaginea care se va inregistra pe film
+ aparate foto cu vizare laterala - vizorul este separat de obiectiv, ceea ce creeaza probleme la fotografierea unui subiect apropiat. In acest caz, imaginea care apare in vizor difera usor ca incadrare fata de imaginea care se inregistreaza pe film, fenomen denumit "eroare de paralaxa".

> Sistemul de transport:
   Sistemul de transport desi nu este o componenta propriu-zisa a aparatului, este totusi important in functionarea acestuia. La aparatele mai vechi, acesta este o parghie in partea de sus, dreapta a corpului, insa la majoritatea aparatelor moderne sistemul este automat.

   Un aparat mai avansat permite controlarea acestui sistem, oferind posibilitatea antrenarii cadru cu cadru, continua (aparatul declanseaza continuu, cateva cadre pe secunda, atat cat este tinut apasat butonul de declansare), expunere multipla (obturatorul este armat, insa filmul este mentinut pe pozitie pentru expunerea unei imagini suplimentare).
   In afara de aceste elemente de baza, anumite situatii pot impune necesitatea folosirii unor accesorii: filtre, blitz, trepied, declansator flexibil etc.

 
   LUPA
 - Lupa este un sistem optic simplu, constand din una sau mai multe lentile cu distanta focala relativ mica (intre 10 si 100mm). Lupa se aseaza intre obiectul AB si ochi. Obiectul, de lungime y, se afla in apropierea focarului F astfel incat imaginea virtuala AB, de lungime y2 sa se afle la distanta vederii clare de 25cm. Lupele folosite curent au grosismentul cuprins intre 2,5 si 25. 

   MICROSCOPUL
 - In scopul obtinerii unor mariri mai substantiale se utilizeaza microscopul, care in principiu reprezinta o combinatie de doua sisteme optice: obiectivul si ocularul, asezate la o distanta apreciabila unul fata de celalalt. Microscoapele maresc obiecte minuscule, sau dezvaluie detalii ale unor obiecte mai mari. Ele ne-au deschis o lume intreaga, invizibila ochilor nostrii. Microscoapele optice Primul microscop a fost fabricat de opticianul olandez Zacharias Janssen, in 1609, primul om de stiinta care a observat bacteriile a fost olandezul Anton van Leeuiwenhock, care si-a fabricat propriile microscoape in anii 1670. Primele microscoape au fost optice, ceea ce inseamna ca obiectul studiat a fost vizualizat printr-un ocular. Pentru aceasta, specimenul trebuie sa fie destul de subtire pentru a permite penetrarea luminii.

   SURSA 02

   Intr-un mediu transparent si omogen lumina se propaga in linie dreapta. Propagarea rectilinie a luminii explica si formarea imaginilor in camera obscura. Aceasta este o cutie paralelipipedica care are un perete translucid si restul peretilor opaci. Peretele opus celui translucid are un mic orificiu.
   Microscopul este un instrument optic ce permite observarea obiectelor prea mici pentru a fi vazute cu ochiul liber.
   Un alt instrument optic este aparatul de fotografiat.
   Nu ne-am putea imagina lumea fara aparate de fotografiat. Nu ar mai fi poze in ziare, carti si reviste sau chiar pe computer. N-ar mai exista televizorul si filmele. E greu de imaginat, dar asa era lumea pana la mijlocul secolului XIX. Atunci s-a inventat primul aparat de fotografiat, pentru ca dintotdeauna oamenii au dorit sa lase generatiilor viitoare o marturie a evenimentelor din viata lor.
   Un aparat de fotografiat functioneaza la fel ca ochii nostri. Daca ii inchidem, ii deschidem si apoi ii inchidem din nou, vedem o imagine din jurul nostru. Un aparat foto face acelasi lucru, capturand imagini. George Eastman a introdus prima camera de fotografiat Kodak, care avea obiectivul de forma cilindrica. Kodak a fost una din primele aparate de fotografiat ce se foloseau tinandu-se in mana. Din jurul anului 1840, aparatul de fotografiat a permis oamenilor sa aiba o inregistrare vizuala a vietilor lor.
   Oricine putea sa vada imagini cu locuri indepartate, iar fotografiile au inceput sa influenteze opinia oamenilor despre Terra. Aparatele foto sunt importante si pentru oamenii de stiinta. De exemplu, medicii folosesc aparate micute pentru a se uita inauntru corpului omenesc.
   O camera obscura, echipata cu o diafragma reglabila, formeza o imagine rasturnata a unui obiect, mai mult sau mai putin clara si putin luminoasa. Adaptandu-i o lentila convergenta, camera da o imagine clara, luminoasa si rasturnata. Acesta este principiul aparatului de fotografiat.

   SURSA 03

   Un fenomen optic important se numeste refractia luminii. La trecerea dintr-un corp transparent-apa-in altul-aerul-raza de lumina se frange! Fenomenul de schimbare a directiei de propagare a raelor de lumina care traverseaza suprafata de separare a doua corpuri transparente se numeste refractia luminii. Unele lichide sunt toxice sau corosive! La orele de desen, cand ai bagat de seama ca pensula pare franta. Privind pietrisul de pe fundul unui lac cu apa clara, ai apreciat ca lacul are o anumita adancime.
   Dar masura nu-i adancimea cu ajutorul unei nuiele, ai constatat ca estimarea ta a fost gresita! Lacul era mai adanc decat ai crezut tu. Nici una dintre razele de lumina care pleaca de la moneda nu va mai reusi sa iasa in aer, adica nu se va mai refracta. Razele de lumina se refrecta in totalitate pe suprafata, neacoperita de disc, a apei. Acest fenomen este numit reflexia totala. Inlocuind discul cu unul care are diametrul de cel mult doua ori mai mare decat adancimea apei, moneda poate fi observata din nou, deoarece razele ajung la suprafata apei mai putin inclinate fata de normala.

   Optica prin fibre de sticla
   Cercetarile se efectueaza si in alte directii. In scop industrial se folosesc lampi speciale, al caror spectru e capabil sa porneasca anumite reactii chimice. Lampile infrarosii sunt folosite la accelerarea uscarii vopselelor, razele infrarosii si ultraviolete avnd utilizare si in medicina.
   Se folosesc endoscoape cu lampi pentru a patrunde in corpul pacientului fara a produce rani superficiale mari si pentru a efectua pe aceasta cale interventii chirurgicale mici, ce necesita vizibilitate buna. Prin fibrele optice se pot lumina locuri imposibil de abordat cu lampi traditionale. In plus, prin laserul-fascicol luminos subtire, intens-situat la capatul fibrei optice din interiorul endoscopului se pot rezolva probleme organice interne. Laserul se foloseste in multe tratamente pe aceasta cale, de exemplu hemorolagiile gastrice de la nivelul ulcerelor pot fi oprite prin laser, indepartarea partilor nearozate ale creierului, anestezia centrilor durerosi sau sau arderea celulelor canceroase de la nivelul colului uterin.
   Fenomenele optice sunt partile fizicii care se ocupa cu studiul propietatilor lumini si cu cel al mecanismului vederii se numeste optica. Aristotel a dat o prima explicatie curcubeului (Amestecarea in nor a culorilor inchise cu cele deschise). Sfarsitul sec. XII-lea Aristotel a inventat ochelari. Inceputul sec.VII-lea inventarea lunetei in Olanda pe care pe care o perfectioneaza mai tarziu Galileo Galilei. O inportanta deosebita la dezvoltarea optici a avuto Isac Newton. In 1615 au aparut primele microscoape.


sursa:ipedia.ro