Instrumen Optik

Instrumen optik menggabungkan lensa, cermin, dan diafragma untuk memperluas penglihatan manusia, mulai dari kaca pembesar dan mikroskop hingga teleskop dan kamera.

Definition

Perangkat yang menggunakan kombinasi elemen pembias dan pemantul bersama dengan apertur dan diafragma untuk memperbesar, mengumpulkan, atau merekam cahaya dari objek, dicirikan oleh perbesaran, daya pengumpul cahaya, bidang pandang, dan resolusi pembatasnya.

Scope

Topik ini mencakup desain dan pengoperasian instrumen yang membentuk atau menangkap gambar, termasuk kaca pembesar sederhana, mikroskop majemuk, teleskop refraktor dan reflektor, kamera, dan mata manusia yang diperlakukan sebagai sistem optik. Ini membahas perbesaran sudut, peran objektif dan okuler, diafragma apertur dan diafragma bidang, pupil masuk dan keluar, apertur numerik, bidang pandang, serta pertukaran antara perbesaran, kecerahan, dan resolusi. Ini memperlakukan instrumen pada tingkat optik geometris, dengan difraksi yang menentukan batas resolusi akhir yang dibahas di tempat lain.

Core questions

• Bagaimana objektif dan okuler bergabung untuk menentukan perbesaran mikroskop atau teleskop?
• Peran apa yang dimainkan oleh diafragma apertur dan pupil dalam kecerahan dan kualitas gambar?
• Bagaimana perbesaran, bidang pandang, dan daya pengumpul cahaya saling bertukar?
• Bagaimana mata manusia digambarkan sebagai instrumen optik?

Key concepts

• perbesaran sudut
• objektif dan okuler
• diafragma apertur
• pupil masuk dan keluar
• apertur numerik
• bidang pandang
• mikroskop majemuk
• teleskop refraktor

Key theories

Perbesaran sudut instrumen visual

Untuk instrumen yang dilihat dengan mata, kinerja diukur dengan perbesaran sudut, rasio sudut yang dibentuk oleh gambar terhadap sudut yang dibentuk oleh objek; untuk teleskop, ini sama dengan rasio panjang fokus objektif terhadap okuler.

Diafragma, pupil, dan apertur numerik

Diafragma apertur dan bayangannya, pupil masuk dan keluar, mengatur cahaya yang diterima dan disampaikan oleh suatu sistem; apertur numerik mengukur kerucut pengumpul cahaya dan sangat menentukan kecerahan dan daya resolusi.

Clinical relevance

Instrumen optik sangat penting dalam kedokteran klinis dan laboratorium melalui mikroskop yang digunakan dalam histopatologi dan mikrobiologi, oftalmoskop dan lampu celah untuk pemeriksaan mata, mikroskop bedah, dan endoskop yang digunakan untuk diagnosis dan bedah invasif minimal.

History

Mikroskop majemuk dan teleskop muncul sekitar tahun 1600, dan mikroskop lensa tunggal van Leeuwenhoek mengungkapkan mikroorganisme di kemudian hari pada abad tersebut. Newton membangun teleskop pemantul praktis pertama pada tahun 1668 untuk menghindari aberasi kromatik, dan teori pencitraan mikroskop Abbe pada akhir abad kesembilan belas mengaitkan kinerja instrumen dengan fisika difraksi.

Key figures

• Antonie van Leeuwenhoek
• Galileo Galilei
• Isaac Newton
• Ernst Abbe

Seminal works

• hecht2017
• smith2007

Frequently asked questions

Mengapa teleskop menggunakan objektif panjang dan okuler pendek?

Perbesaran sudut teleskop refraktor sama dengan rasio panjang fokus objektif terhadap panjang fokus okuler, sehingga objektif panjang yang dikombinasikan dengan okuler pendek menghasilkan perbesaran tinggi pada objek yang jauh.

Apa yang membatasi seberapa banyak instrumen dapat memperbesar secara berguna?

Melebihi titik tertentu, peningkatan perbesaran hanya memperbesar gambar yang kabur; batas yang berguna ditentukan oleh aberasi dan pada akhirnya oleh difraksi, yang menentukan detail terkecil yang dapat dipecahkan oleh apertur instrumen.