Optické přístroje (soustavy)

Optické zobrazení – je postup při kterém prostřednictvím různých optických materiálů a jejich rozhraní (optické soustavy) zobrazujeme obraz bodu, což je reálný obraz, tvořený průsečíkem sbíhavých konvergentních paprsků, a nebo obraz virtuální – zdánlivý, který je v myšleném průsečíku divergentních (rozbíhavých) paprsků. Tento obraz nelze zachytit na snímku, protože jím neprochází světelná energie.

optická soustava – je soubor optických prvků a jejich rozhraní (zrcadel, čoček, hranolů, mřížek, filtrů) zpracovávající dopadající světlo (vytváří optické spektrum, polarizuje, absorbuje část spektra, zvětšuje nebo zmenšuje obraz).

Oko jako optická soustava
Oko je spojná optická soustava, která na citlivé matnici, tj. na žluté skvrně sítnice, vytvoří převrácený, zmenšený, reálný obraz pžedmětu.
Takovým vlastnostem ospovídají tyto vlastnosti zobrazení při zobrazení spojkou:

Optickou soustavu oka tvoří tato prostředí: rohovka, oční mok, čočky a sklivec. Lámavé plochy jednotlivých prostředí mají přibličně kulový tvar.
Sítnice, je místo, kde se vytváří obraz. Sítnice je ve stálé vzdálenosti od čočky. Aby mohl člověk automaticky zaostřovat do dálky a na blízko je třeba, aby se měnila optická mohutnost čočky. To se děje tak, že čočka je v oku drožena pomocí soustavy malinkatých svalů, které ji natahují a smrštůjí podle potřeby. Tím se mění zakřivení předních ploch čočky a tedy i vzdálenost na kterou vidíme. Problém nastane, pokud chceme vidět nějaký předmět, který je ve velmi malé vzdálenosti od oka. Nic co je blíže jak cca 6 cm nejsme schopni zaostřit a na něco v takové vzdálenosti a=6cm se musíme soustředit a po pár sekundách oko začne pociťovat únavu. Je to tím, že ty malé svalíky, co nám smršťjí oko jsou již vyčerpané. Při smršťování oka (vyklenutí) se mění ohnisková vzdálenost f optické soustavy oka.
Bod, který je nejbližsí na terý jsme schopni zaostřit se nazývá blízký bod P. Body ještě bližší se zobrazují neostře. Bod, který se zobrazí ostře, při nulové akomodaci, tj. kdy svalíky jsou v klidu se nazývá bod daleký R. Zaostřování oka se říká akomodace. Daleký bod, je v nejvzdálenější vzdálenosti na kterou člověk zřetelně vidí. Leží-li předmět mezi body P a R je nutná akomodace, tzn skoro pořád. Existuje tzv konvenční zraková vzdálenost, která je asi 25 cm od oka a je to vzdálenost, na kterou se nejlépe píše, čte a pozorují se drobné přeměty. Na všechny ostatní vzdálenosti se člověk dříve unaví.
Sítnice obsahuje tyčinky, citlivé buňky reagující na osvětlení, Další buňky, čípky, rozlišují vlnové délky ? takže barvu světla. Nejcitlivější je oko na žlutozelené světlo o vlnové délce 550 nm.

refrakční vady oka
vady vznikající nepoměrem lomivosti optického prostředí oka a délky oční osy, takže se ostrý obraz vytváří před sítnicí či za ní. K těmto vadám oka patří krátkozrakost a dalekozrakost.

krátkozrakost
Tato vada je způsobena zvětšením optické mohutnosti oka, které je protáhlejší. Sítnice je umístěna na zadní stěně oka,a pokud je oko protáhlejší než obvykle, vytváří se obraz již před sítnicí a na sítníci tudíž vzniká obraz neostrý. Blízký bod je posunut do bližší vzdálenosti od oka. Optickou mohutnost je třeba zmenšit, takže vada se koriguje rozptylkami.

dalekozrakost
Tato vada je způsobena zmenšením optické mohutnosti oka, které je jaksi kratší. Sítnice je umístěna na zadní stěně oka,a pokud je oko kratší než obvykle, vytváří se obraz za sítnicí a na sítníci tudíž vzniká obraz neostrý. Blízký bod je posunut do větší vzdálenosti od oka. Optickou mohutnost je třeba zvětšit, takže vada se koriguje spojkami.

brýle
Čočky spojky nebo rozptylka, které společně s okem vytvářejí optickou soustavu, takovou, aby její optická mohutnost byla stejná jako u normálního člověka. Tj. aby viděl správně na konvenční vzdálenost, tak jak má.

zorné pole
část prostoru, obvykle kruhovitě omezená, kterou lze optickým přístrojem zobrazit. Velikost se posuzuje podle úhlu zorného pole (zorný úhel).

zorný úhel
Obraz předmětu, vytvořený na sítnici musí být dostatečně veliký. Vytvořený obraz musí pokrývat více čípků a tyčinek abychom vnímali předmět a ne jeden bod. Velikost obrazu na sítnici závisí na zorném úhlu t [tau] , který svírají světelné paprsky přicházející od krajních bodů předmětu (na výšku).

foťák aneb fotografický přístroj
je technické zařízení umožňující zachytit obraz snímané skutečnosti optickou projekcí na fotograficky citlivou vrstvu. Předchůdcem fotografického přístroje byla camera obscura. K velkému rozšíření fotografických přístrojů došlo 1890 v USA po vynálezu fotografického filmu a zavedení sklopného fotografického přístroje. Hlavní části fotografického přístroje tvoří těleso přístroje, kde se zachycuje obraz tvořený objektivem (světlotěsná komora s přetáčecím zařízením, v níž je uložen fotografický materiál), fotografický objektiv,závěrka, clona a komora. Podle druhu hledáčku se rozeznávají fotografické přístroje s průhledovým hledáčkem, zrcadlovky, podle konstrukce tělesa sklopné, skříňkové a stavebnicové. Obraz vytvořený objektivem je zmenšený, převrácený a reálný, stejně jako u oka. Kdyby, nebyl reálný, nebyl by vytvořen světelnými paprsky procházejícími pravým ohniskem, ale pouze ohniskem myšleným a neprocházela by tudy světelná energie a obraz by se nenechal zachitit. Principem zachycení obrazu je chemická reakce látek, které reagují při dopadu světelné energie.
Objektiv ? je spojka. Je to centrovaná soustava čoček s korigovanými vadami, která vytváří obraz na citlivé vrstvě fotochemického materiálu. Narozdíl od oka, se nedá skleněná čočka v objektivu smršťovat, takže změna zaostřovnání se provádí pomocí přibližování a oddalování jedné čočky od druhé, což mění optickou mohutnost, celé soustavy.
závěrka ? zabraňuje průchodu nadbytečného světla objektivem do komory. clonou se dá regulovat svazek paprsků
vstupující do komory a dopadajcící na fotografický materiál.
světelnost objektivu ? , kdy f je ohnisková vzdálenost objektivu a d je průměr vstupního otvoru objekivu, který se udává v mm.
clonové čislo ? vyjadřuje poměr ohniskové vzdálenosti objektivu a průměru vstupního otvoru objektivu vymezeného clonou. Existuje mezinárodní řada clonových čísel. Např: přístroj se světelností z = 3,5 má řadu clonových čísel: 3,5 ; 5,6 etc.
doba expozice – osvitu – doba, po kterou je fotograficky citlivá vrstva vystavena účinkům záření. Číselné hodnoty expozičních dob, se Bůh ví proč udávají jako převrácené hodnoty času (doba expozicce 2 = ˝ s).
citlivost filmu ? podle stupnice DIN.

promítací přístroje – projektory
přístroje k přímému promítání průsvitných předloh či filmů; předloha může být osvětlena procházejícím světlem (diapozitivy – diaprojektor), odraženým světlem (neprůhledné předlohy – epiprojektor), oběma uvedenými způsoby (epidiaskop). Zpětný projektor umožňuje projekci relativně velkých ploch, například textu psaného na smývatelnou fólii i v nezatemněné místnosti, filmový projektor (kinoprojektor) promítání kinematografických filmů.
Vytvořený obraz, je zvětšený, skutečný a nezkreslený.

Lupa
Lupa je spojka, kterou používáme, ke zvětšení zorného úhlu při pozorování drobných předmětů. S pomocí spojky posuneme blízký bod blíže k oku a zvětšíme tak optickou mohutnost soustavy, takže na sítnici se nám zobrazí body, které bychom za normálních okolností nezaostřili.
Lidské oko je schopno vnímat dva body jako dva, pokud je zorný úhle alespoň 1 minuta t >1˘. Při menším zorném úhlu splynou obrazy dvou bodů v jeden.
Zvětšení lupy se značí Z (nebo někdy g) a je charakterizováno vztahem:
= =
kdy t˘=t, d je konvenční zraková vzdálenost a f je ohnisková vzdálenost lupy.

příklad:
Určete zvětšení lupy o ohniskové vzdálenosti 25mm.
je dáno: f = 25mm=0,025 m a víme, že d=0,25m
Zvětšení lupy je: =
Lupa tedy zvětšuje desetkrát.

Mikroskop
Mikroskop je centrovaná optická soustava složená z objektivu a okuláru. (Objektiv je dole a okulár nahoře u oka.) Obě tyto části jsou tvořeny spojnými optickými soustavami s nejméně 1 čočkou v každé.
Objektiv má malou ohniskovou vzdálenost f1 a okulár větší f2. Objektiv vytvoří skutečný, převrácený a zvětšený obraz s výškou y˘ . Obraz vzniká přirozeně v předmětové ohniskové rovině okuláru, aby mohl být dále zpracováván okulárem. Obraz vytvořený objektivem o výšce y˘ je předmětem pro okulár, který funguje jako lupa. Vzdálenost mezi obrazovým ohniskem objektivu a předmětovým ohniskem okuláru se nazývá optický interval mikroskopu D [velká delta] = ˝F1˘ F2˝. Pro úhlové zvětšení mikroskopu platí:
=
Platí, že:

takže po dosazení do předchozího vzorce dostaneme:

Úhlové zvětšení mikroskopu je tedy přímo úměrné optickému intervalu a nepřímo úměrné ohniskové vzdálenosti f1 a f2.

Celkové zvětšení mikroskopu je tedy: Z = g1*g2.
Má-li např. objektiv příčné zvětšení 40 a okulár úhlové zvětšení 10, je úhlové zvětšení mokroskopu g=400.
ejvětší zvětšení, kterého je mikroskop schopný je asi 2000. Pak su musí používat elektronický mikroskop.
(pozn. y1 je to samé co y˘ )

Dalekohled
teleskop – optický přístroj k pozorování vzdálených nebo slabě zářících objektů. Skládá se z objektivu, okuláru, popřípadě dalších optických členů. Objektiv dalekohledu je čočkový (refraktor) nebo zrcadlový (reflektor). Speciální dalekohledy se používají v geodézii, ve vojenské technice; v astronomii slouží k vytváření zvětšeného obrazu kosmického tělesa, k rozlišení úhlově blízkých předmětů a při pozorování slabých objektů ke koncentraci záření na malou plochu. Dalekohled je v podstatě obrácený mikroskop!