Optik Makina

Göz merceğinin (lensin) ön arka kalınlığının arttırılması ile kırıcılığı arttırılırken, kalınlığının azaltılması ile kırıcılığı azaltılır.

Gözün odaklayabildiği en yakın noktaya yakın nokta denilmektedir.

Işık burada, gözün arka kısmında, ışığa duyarlı hücrelerden oluşmuş retina üzerine düşer.

Bu hücrelerin ışıkla uyarılması, optik sinir boyunca beyne gönderilen bir ileti üretir ve görüntü beyinde oluşur.

Göz merceğinin (lensin) ön arka kalınlığının arttırılması ile kırıcılığı arttırılırken, kalınlığının azaltılması ile kırıcılığı azaltılır.

Gözün odaklayabildiği en yakın noktaya yakın nokta denilmektedir.

Normal gözde bu, gençler için yaklaşık 7 cm iken orta yaşlılar için 28 - 40 cm arasında, 60 yaşın üzerinde ise 100 cm civarındadır.

Gözün bu özellikleri göz önüne alınarak optik aletler yapılmaktadır.

Gözlükler muhtemelen 13. yüzyılda İtalya'da keşfedilmiştir.

Görme optiğinde, merceklerin odak uzaklığı yerine odak uzaklığının tersi olan D diyoptrik gücü kullanılır. f odak uzaklığı metre cinsinden alınırsa D ile gösterilen diyoptrik gücün birimi, metrenin tersi olur.
1D= 1/f(m) veya 1 m-1=1 diyoptri (D)
Diyoptri bir merceğin kırma gücüdür. Örneğin, bir yakınsak merceğin odak uzaklığı +1m ise, gücü +1D dir; odak uzaklığı -2m olan ıraksak merceğin ise gücü 0,5 D olur.

Bir ince merceğin havada kırılma indisi n ise odak uzaklığı;

Diyoptrik gücü;

Bir mercek her bir yüzeyine gelen ışınları kırar, bu yüzeylerdeki kırılma ne denli fazla olursa, yüzey de o denli kırıcı olur.

Her iki yüzeyi de ışığı kuvvetli kıran bir merceğin odak uzaklığı küçük, diyoptrik gücü ise büyüktür.

Gözlük Mercekleri

İki yüzü dışbükey (yakınsak) bir merceğin, kırılma indisi n2 ve merceğin merkez kalınlığı d ise bu merceğin ön yüzünün kırma gücü;

Arka yüzünün kırma gücü;

n1 merceğin bulunduğu ortamın kırılma indisi (havada n1 = 1).

Bu merceğin her iki yüzünün kırma gücünden, yakınsak merceğin etkin kırma gücü bulunur.

Burada olup inceltilmiş kalınlık olarak tanımlanır. İnceltilmiş kalınlık, merceğin merkez kalınlığına bağlı olduğu kadar merceğin kırılma indisine de bağlıdır. Eşitlikteki terim diğerlerinin yanında ihmal edilir değerde ise bu merceklere ince mercek denilmektedir. Yani aynı kalınlıkta farklı kırılma indisli iki mercekten inceltilmiş kalınlık değerlerine göre biri ince mercek kabul edilirken diğeri kalın mercek kabul edilebilmektedir.

Bir mercek ince mercek kabul ediliyorsa ( ihmal ediliyorsa) ortalama diyoptrik güç;

Birbirlerine değen iki ince merceğin diyoptrik gücü, her iki merceğin güçlerinin toplamına eşittir;

Uyum yapmadan görüntüsü retinaya düşen noktaya uzak nokta denir.

Normal gözde en uzak nokta 5 m 'nin üzerinde bir uzaklıktır.

Miyopi

Miyopi paralel gelen ışınların kesikli çizgilerle gösterildiği gibi retinanın önünde odaklanması halidir.

Uzak cisimlerin görüntüleri retinanın önüne düşer, görüntü bulanıklaşır.

Bu kusuru düzeltmek için gözlük-göz birleşik mercek sisteminin görüntüsü retinada olacak şekilde, gözün önüne bir ıraksak mercek yerleştirilir.

Hipermetropi

Hipermetropi, göz uyum yapmadığı durumda görüntünün kesikli çizgilerle görüldüğü gibi retinanın arkasına düşmesine neden olan göz kusurudur.

Işınların kırılmasını arttırmak için gözün önüne yakınsak bir mercek konularak, düz çizgilerle görüldüğü gibi, ışınların retina üzerinde odaklanması sağlanır.

Astigmatizma

Korneanın düzgün olmayan eğriliğinden kaynaklanır.

Noktasal bir ışık kaynağı farklı düzlemlerde odaklanır.

Bu düzlemler birbirlerine dikse, astigmatizm düzenli ve düzeltilebilir, değilse düzensiz ve kolay düzeltilemezdir.

Sadece bir meridyende kusur olduğunda astigmatlığı düzeltmek için bir silindirik mercek kullanmak yeterlidir.

Birbirine dik meridyenlerin her ikisinin de düzeltilmesi için küresel silindirik veya torik mercek kullanılır.

Basit Büyüteç

Tek bir yakınsak mercekle gözün toplam kırıcı gücü arttırılarak, görüntü netliği bozulmadan cisim daha yakına getirilebilir. Bu amaçla kullanılan merceklere büyüteç denir. Bir cismin büyüteçle elde edilen görüntüsü, çıplak gözle görülenden daha büyüktür.

Gerçek bir cisim merceğe noktasından yaklaştığında, x' pozitiften (gerçek görüntü) negatife (sanal görüntüye) döner.

Bu noktada x' sonsuza kayar.Basit büyüteç, cisim yakınına yerleştirildiğinde yakınsak bir mercektir.

Bir mercek, cismin açısal boyutunu arttırır.

Buna merceğin açısal büyütmesi denir ve;

Normal bir göz, 25 cm civarından (yakın nokta) daha yakındaki bir cismin üzerine odaklanma yapamaz.

Görüntü gözün yakın noktasında iken açısal büyütme maksimum.

Küçük açı yaklaşımından;

Buradan açısal büyütme;

Bu merceğin diyoptrik güç cinsinden açısal büyütmesi; mercek tarafından oluşturulan görüntü, gözün yakın noktasında iken x=0,25m iken maksimum büyütme oluşur.

Cisim odak noktasına konulduğunda görünür görüntü sonsuzdadır.

Buradan açısal büyütme;

Bu merceğin diyoptrik güç cinsinden açısal büyütmesi;

Bu durumda (x=f ve x' sonsuzda) gözün büyüteçten olan uzaklığı, açısal büyütmeyi değiştirmemektedir. Bu nedenle büyütecin gerçek açısal büyütmesi bu ifade ile belirlenir.

Mikroskop

Bir mikroskop, çok kısa odak uzaklığı (fo) olan (fo < 1 cm) bir objektif mercek ve birkaç santimetrelik (fe) odak uzaklığı olan bir oküler (veya göz merceği) den oluşur;

İki mercek birbirlerinden L kadar uzaktadırlar.Burada L, fo veya fe den çok çok büyüktür.Objektifin odak uzaklığının hemen dışında bulunan cisim I1 de, gerçek ve ters bir görüntü oluşturur.

Bu görüntü okülerin odak noktasına çok yakın oluşur. Basit bir büyüteç gibi çalışan oküler, I1 görüntüsünün I2 de ters ve görünür görüntüsünü oluşturur. Cisim objektifin yaklaşık odak noktasında, birinci görüntünün yeride yaklaşık L'ye eşit ise, bu objektifin büyütmesi;

Odak noktasında bulunan bir cisim için (r1 de oluşan görüntü) okülerin açısal büyütmesi, büyüteçteki büyütme bağıntısından; Bileşik mikroskobun toplam büyütmesi, boyca ve açısal büyütmelerin çarpımı olarak tanımlanır.

Görüntünün netliği objektifle toplanan ışığın miktarına da bağlıdır. Özellikle cisim bir miktar uzakta olduğunda, sayısal aralık (açıklık) parametresi önemli hale gelir.Sayısal aralığın karesi objektifin ışık toplama gücünün bir ölçüsüdür.

Sayısal aralık A (Abbe);
Burada n objektife bitişik ortamın (hava, yağ, su) kırılma indisi, bu mercekte toplanan en büyük ışık konisinin yarı tepe açısıdır.

Daldırma sıvılarının kırılma indisleri farklı olduğundan sayısal aralıkları da farklı olacaktır.

Görüntüde ayırt edilebilen cismin iki noktası arasındaki en küçük enine uzaklık ayırma gücü olarak tanımlanır.

Ayırma gücü ışığın dalgaboyu () ile doğru orantılı, sayısal aralık (A) ile ters orantılıdır.

Görüntü oluşturmak için objektifin sayısal aralığı (A) ile aydınlanma için olan kondansatörün sayısal aralığı (AK) arasındaki fark dikkate alınmalıdır.

(AK) numunenin iyi aydınlatılmasının bir ölçüsüdür. Ayırma gücü numuneyi hemen ayırt edebilmek için numunenin detaylarına ait ayırma gücü (d) boyutu ile karakterize edilir. Daha küçük detayları incelemek için ayırma gücü büyük olmalıdır.

Ayırma gücü;
Aydınlatılan ışığın  dalgaboyuna bağlıdır. Mikroskobun ölçüleri ayırma gücünü etkilemez, toplam büyütmeyi sağlayacak şekilde seçilmektedir.

İki tür teleskop vardır.

Birincisi görüntü oluşturmak için merceklerin bir bileşimini kullanarak yapılan kırıcı teleskop.

İkincisi de görüntü oluşturmak için bir mercek ve bir çukur ayna kullanılan yansıtıcı teleskoptur.

Teleskop

Kırıcı teleskop, mikroskopu andırır. Fakat burada cisim sonsuzdadır. İlk mercek, yani objektif, bu merceğin odak noktası ile çakışırsa, bu durumda oküler basit bir büyüteç görevi yapar ve objektifin oluşturduğu görüntünün büyütülmüş, ters çevrilmiş bir görüntüsünü oluşturur.

İki mercek odak uzaklıklarının toplamı f0+fe kadar birbirlerinden ayrıktırlar. Teleskopun açısal büyütmesi cismin ve görüntünün açısal boyutları 0 ve 'dan, büyütme oranı;

Uygulamada ortadaki görüntünün yeri sabit tutulup, ölçüler hareket ettirilerek odaklama yapılır.

Mikroskopta objektif merceğinin odak uzaklığı mümkün olduğu kadar kısa tutulurken, teleskopun objektif merceğinin odak uzaklığı mümkün olduğunca büyük alınır.

Bir teleskopta büyütmenin yanında görüntünün parlaklığı ayırma gücü için önemlidir. Bir teleskopta ayırma gücünün artışı genellikle teleskopik büyütmeden daha küçüktür.

Bir teleskopun alaca karanlıktaki performansı aydınlanma 3*10-1 ile 3*10-4 cd/m2 arasında) alacalık faktörü Z; Burada M büyütme, D pupil girişi ölçüsüdür.

Alacalık performansı;
Burada 0,3 ile 0,4 arasında değerler alır.