Strumenti ottici Gli strumenti ottici sono sistemi ottici progettati allo scopo di aumentare il potere risolutivo dell'occhio. Trattiamo per primo,

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1 Strumenti ottici Gli strumenti ottici sono sistemi ottici progettati allo scopo di aumentare il potere risolutivo dell'occhio. Trattiamo per primo, come strumento ottico proprio l occhio.

2 Schema dell occhio ridotto a lente equivalente. Vediamo come con un semplice esperimento si puo accertare la presenza del punto cieco dell occhio.

3 L'occhio Le capacità visive dell'occhio umano risiedono nel globo oculare. Si tratta di una sfera irregolare composta da tre membrane, la più esterna delle quali (sclerotica) presenta una parte trasparente (cornea) all'interno della quale risiede una membrana (iride) provvista di un'apertura (pupilla) che può dilatarsi o restringersi in modo da regolare la luce entrante.

4 Dietro l'iride si trova una lente biconvessa (cristallino) costituita da un liquido denso e gelatinoso, la cui curvatura è regolabile per mezzo del muscolo ciliare che la circonda. La membrana sensibile sulla quale si formano le immagini (retina) si trova sul fondo dell'occhio. La retina è formata da milioni di cellule (coni e bastoncelli), collegate con le terminazioni del nervo ottico, per mezzo delle quali l'energia della radiazione viene raccolta ed elaborata. Lo spazio fra cornea e cristallino (camera anteriore) è occupato da un liquido rifrangente (umore acqueo). Lo spazio tra cristallino e retina (camera posteriore) è occupato da un altro liquido rifrangente (umore vitreo). Cornea, camera anteriore, cristallino e camera posteriore nel loro complesso formano una lente convergente (provvista di una distanza focale variabile fra 2,4 e,7 cm) che proietta le immagini sulla retina, rimpicciolite e capovolte. È poi il cervello a rielaborare tali immagini per farle apparire diritte e in dimensione originale.

5 otere di accomodazione dell occhio L'occhio può regolare la percezione di oggetti situati a distanze diverse mediante un processo (accomodazione) di modifica della curvatura del cristallino. Le distanze limite alle quali l'accomodazione è possibile vanno da 0 cm (per i giovani) o 25 cm (per gli adulti) (unto rossimo) all'infinito(unto Remoto). Il otere di accomodazione dell occhio e la massima variazione del potere diottrico del cristallino. Formalizziamo un po questa definizione. unto remoto X R p 2. unto prossimo X p 0.25 m 3. Distanza Cristallino-Retina q D Applichiamo la formula dei punti coniugati per la situazione e la situazione 2 essendo q D la distanza dal cristallino a cui si deve formare l immagine e calcoliamo il potere diottrico del cristallino nei due casi:

6 Sottraendo la prima relazione dalla seconda si ottiene: ADULTI NORMALI GIOVANI: X 0.25 m; X R A + 4 Diottrie D X q p f D X q p f R R R R R R R X X f f A

7 otere risolutivo dell'occhio Il potere risolutivo è la capacità dell'occhio di vedere separati due punti molto vicini, quindi dipende dal rapporto fra la distanza dei due punti e la distanza dall'occhio dell'osservatore. Mediamente si calcola in un primo l'angolo minimo sopra il quale l'occhio è in grado di risolvere due punti vicini. Difetti dell occhio (Ametropie) IERMETROIA E SUA CORREZIONE ANALOGA LA RESBIOIA: CAUSA IRRIGIDIMENTO DEL CRISTALLINO

8 MIOIA: CORREZIONE MIOIA: ASTIGMATISMO E CORREZIONE

9 Lente di ingrandimento Microscopio semplice Microscopio composto Lente d'ingrandimento Si tratta di una lente convergente, dotata di distanza focale molto piccola, capace di formare un'immagine virtuale, dritta e ingrandita, di un oggetto disposto fra la lente ed il fuoco della lente stessa.

10 Ingrandimento lineare ed ingrandimento angolare prodotti da una lente I triangoli AOC e A O C sono simili e quindi si possono mettere i lati omologhi in proporzione: q y ' m p y m rappresenta il rapporto tra le dimensioni trasverse (perpendicolari all asse ottico)

11 dell immagine e dell oggetto: questo rapporto si definisce ingrandimento lineare prodotto dalla lente. Il segno meno indica che oggetto ed immagine si trovano da bande opposte rispetto all asse ottico (immagine capovolta). Nel caso della lente di ingrandimento poiche l immagine e virtuale (non raccoglibile su uno schermo e visibile solo mediante l occhio o un altra lente) si introduce l ingrandimento angolare o visuale dato dal rapporto tra l angolo sotto cui dalla lente e visibile l immagine e l angolo sotto cui l occhio vedrebbe l oggetto senza l interposizione della lente. Tale ingrandimento e espresso da : M 0.25 f

12 Microscopio Ottico Composto Il microscopio è formato essenzialmente da due lenti convergenti disposte a distanze opportune. osto un oggetto in prossimità del fuoco si forma un'immagine reale, capovolta e ingrandita, della quale si osserva l'immagine virtuale, e ulteriormente ingrandita, mediante un oculare.

13 L ingrandimento totale prodotto dal microscopio composto sara dato dal prodotto dell ingrandimento lineare dell obbiettivo per l ingrandimento visuale dell oculare: m M Quindi: m M q 0.25 f ob f oc

14 otere risolutivo di un microscopio ottico composto d λ 2nsin( α ) n sin(a) Apertura numerica dell 0bbiettivo E in aria sempre < l Lunghezza d onda della luce illuminante il preparato n indice di rifrazione del mezzo interposto tra obbiettivo e preparato Quindi il potere risolutivo del microscopio, definito come minima distanza alla quale due punti sono visti come distinti aumenta al diminuire della lunghezza d onda della luce illuminante il preparato e all aumentare dell apertura numerica dell obbiettivo. Il limite al potere risolutivo e imposto dall effetto di diffrazione che si presenta quando le dimensioni della struttura biologica da osservare diventano

15 confrontabili con la lunghezza d onda della luce che illumina la struttura da osservare. Si possono osservare strutture biologiche di dimensioni minime di 0.2 µm con luce di lunghezza d onda corrispondente al blu a con microscopio ad immersione: l indice di rifrazione n tra il preparato e l obbiettivo viene convenientemente portato ad essere circa uguale a quello dell obbiettivo usando particolari sostanze oleose interposte, quali l olio di cedro. Immagine di diffrazione di un apertura circolare immagini di Airy a maggiore contrasto (sopra) A minor contrasto (sotto).

16 A destra profilo fotometrico della immagine superiore.