Optik Cihazlar
Optik cihazlar, insan görüşünü genişletmek amacıyla mercekleri, aynaları ve diyaframları bir araya getiren, büyüteçlerden mikroskoplara, teleskoplardan kameralara kadar uzanan araçlardır.
Tanım
Nesnelerden gelen ışığı büyütmek, toplamak veya kaydetmek için kırılmalı ve yansımalı elemanların açıklıklar ve diyaframlarla birlikte kullanıldığı cihazlardır; büyütmeleri, ışık toplama güçleri, görüş alanları ve sınırlayıcı çözünürlükleri ile karakterize edilmektedirler.
Kapsam
Bu konu, görüntü oluşturan veya yakalayan cihazların tasarımını ve işleyişini kapsamaktadır. Basit büyüteç, bileşik mikroskop, kırılmalı ve yansımalı teleskoplar, kamera ve optik bir sistem olarak ele alınan insan gözü dahil olmak üzere bu cihazlar incelenmektedir. Açısal büyütme, objektif ve oküler (mercek) rolleri, diyafram durdurucular (aperture stops) ve alan durdurucular (field stops), giriş ve çıkış gözbebekleri (entrance and exit pupils), sayısal açıklık (numerical aperture), görüş alanı ve büyütme, parlaklık ve çözünürlük arasındaki denge konularına değinilmektedir. Cihazlar, geometrik optik düzeyinde ele alınmakta olup, nihai çözünürlük sınırını belirleyen kırınım (diffraction) başka bir yerde ele alınmaktadır.
Temel sorular
- Objektif ve oküler (mercek), bir mikroskop veya teleskobun büyütmesini ayarlamak için nasıl birleşmektedir?
- Diyafram durdurucu (aperture stop) ve gözbebekleri (pupils), parlaklık ve görüntü kalitesinde hangi rolü oynamaktadır?
- Büyütme, görüş alanı ve ışık toplama gücü birbirleriyle nasıl bir denge içindedir?
- İnsan gözü optik bir cihaz olarak nasıl tanımlanmaktadır?
Anahtar kavramlar
- açısal büyütme
- objektif ve oküler (mercek)
- diyafram durdurucu (aperture stop)
- giriş ve çıkış gözbebekleri (entrance and exit pupils)
- sayısal açıklık (numerical aperture)
- görüş alanı
- bileşik mikroskop
- kırılmalı teleskop
Temel kuramlar
- Görsel Cihazların Açısal Büyütmesi
- Gözle bakılan cihazlar için performans, görüntünün oluşturduğu açının nesnenin oluşturduğu açıya oranı olan açısal büyütme ile ölçülmektedir; teleskop için bu oran, objektif ve oküler (mercek) odak uzaklıklarının oranına eşittir.
- Diyaframlar, Gözbebekleri ve Sayısal Açıklık
- Diyafram durdurucu (aperture stop) ve onun görüntüleri olan giriş ve çıkış gözbebekleri (entrance and exit pupils), bir sistemin kabul ettiği ve ilettiği ışığı yönetmektedir; sayısal açıklık (numerical aperture) ise ışık toplama konisini nicelendirmekte ve parlaklık ile çözme gücü için belirleyici olmaktadır.
Klinik önem
Optik cihazlar, histopatoloji ve mikrobiyolojide kullanılan mikroskop, göz muayenesi için oftalmoskop ve yarık lamba, cerrahi mikroskop ve minimal invaziv tanı ve cerrahi için kullanılan endoskoplar aracılığıyla klinik ve laboratuvar tıbbında merkezi bir öneme sahiptir.
Tarihçe
Bileşik mikroskop ve teleskop 1600'lü yıllarda ortaya çıkmıştır. Van Leeuwenhoek'un tek mercekli mikroskopları, aynı yüzyılın ilerleyen dönemlerinde mikroorganizmaları ortaya çıkarmıştır. Newton, kromatik sapmayı (chromatic aberration) önlemek amacıyla ilk pratik yansımalı teleskobu 1668'de inşa etmiştir. Abbe'nin on dokuzuncu yüzyıl sonlarındaki mikroskop görüntüleme teorisi ise cihaz performansını kırınım (diffraction) fiziğine bağlamıştır.
Öne çıkan isimler
- Antonie van Leeuwenhoek
- Galileo Galilei
- Isaac Newton
- Ernst Abbe
İlgili konular
Temel eserler
- hecht2017
- smith2007
Sıkça sorulan sorular
- Bir teleskop neden uzun bir objektif ve kısa bir oküler (mercek) kullanmaktadır?
- Kırılmalı bir teleskobun açısal büyütmesi, objektif odak uzaklığının oküler (mercek) odak uzaklığına oranına eşittir; bu nedenle, uzun bir objektifin kısa bir okülerle birleşimi, uzaktaki nesnelerin yüksek büyütmesini sağlamaktadır.
- Bir cihazın faydalı bir şekilde ne kadar büyütebileceğini ne sınırlamaktadır?
- Belirli bir noktanın ötesinde, büyütmeyi artırmak yalnızca bulanık bir görüntüyü büyütmektedir; faydalı sınır, sapmalar (aberrations) ve nihayetinde cihazın açıklığının çözebileceği en ince ayrıntıyı belirleyen kırınım (diffraction) tarafından belirlenmektedir.