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Faculdade de Engenharia
Óptica Geométrica
OpE - MIB 2007/2008
OpE 0708InstOpt 2
Faculdade de EngenhariaÓptica Geométrica (2ª aula)
Instrumentos Ópticos
O olho humano
Os óculos
A lupa
O microscópio
O telescópio
A máquina fotográfica
O espectrofotômetro
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Faculdade de EngenhariaO olho humano
Estrutura do olho humano
Cristalline
Optic axis
Visual axis
Fluid
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Faculdade de Engenharia
Acomodação
A focagem fina ou acomodação do olho é função do cristalino. É o processo no qual este altera
a sua forma de modo a focar na retina quer objectos distantes quer objectos próximos.
O ponto aquém do qual a acomodação não é maispossível designa-se por ponto próximo.
O ponto próximo varia consoante a idade do indivíduo:
28 – 40 cmAdulto
> 100 cmIdoso (>60 anos)
12 cmJovem
7 cmCriança
Ponto próximoIdade
O olho humano
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Faculdade de Engenharia
Definições - olho emétrope e olho amétrope
Um olho normal, ou emétrope, é capaz de focar na retina raios paralelos sem necessidade de
acomodação; i.e., é um olho cujo foco imagem situa-se na retina.
Este olho dito normal não é muito frequente.
Remoto de um olho não-acomodado é o ponto objecto cuja imagem se forma na retina. Num
olho normal, o remoto situa-se no infinito – para efeitos práticos infinito são distâncias > 5m!
O olho humano
Quando o foco imagem não se encontra sobre a retina, o olho diz-se amétropeMiopia
Hipermetropia
Astigmatismo
As ametropias podem ser devidas a alterações anómalas do mecanismo de
refracção (da córnea, do cristalino, etc), e a alterações no comprimento do globo
ocular, com alteração da distância entre o cristalino e a retina.
25% jovens adultos necessitam compensação ocular de ± 0,5 D65% jovens adultos necessitam compensação ocular de ± 1,0 D
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Miopia – lentes negativas (ou divergentes)
O olho humano
Os feixes de raios paralelos convergem num ponto
em frente da retina.
A imagem de todos os objectos para além do remoto
não se formará com nitidez, embora os objectos
próximos sejam vistos claramente.
A compensação da miopia exige lentes adicionais,
colocadas antes do olho, de modo a que o foco imagem
se forme sobre a retina.
São usadas lentes negativas (ou divergentes).
A compensação ocular afasta ligeiramente o ponto
remoto: por isso os míopes tiram os óculos para enfiar
agulhas ou ler letras de pequenas dimensões.
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Hipermetropia – lentes positivas
O olho humano
O ponto focal imagem de um olho não-acomodado
situa-se para além da retina.
O hipermétrope pode e deve acomodar para ver
objectos distantes com nitidez, mas esta acomodação
não é suficiente para objectos aquém do ponto
próximo, que está muito mais afastado do que o normal.
A visão não é pois perfeita para objectos ao perto.
A compensação da miopia exige lentes adicionais,
colocadas antes do olho, de modo a que o foco imagem
se forme sobre a retina.
São usadas lentes positivas (ou convergentes) poispermitem que um olho não-acomodado visualize objectosno infinito.
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Faculdade de Engenharia
Astigmatismo – lentes anamórficas
O olho humano
É devido ao formato irregular da córnea ou do cristalino,
conduzindo há formação da imagem em vários focos que
se encontram em eixos diferenciados.É talvez o defeito
mais frequente da visão humana, sendo hereditário.
Todos os objectos – tanto próximos como distantes- ficam
distorcidos. Refira-se, como exemplo, a visão nítida das
colunas de um tabuleiro de xadrez, enquanto que as linhas
ficam desfocadas.
Sistemas ópticos com valores diferentes de MT ou de D
segundo dois meridianos principais dizem-se anamórficos.
O sistema pode ser construído com lentes cilíndricas, mas
a imagem virá distorcida, por ter sido ampliada segundo
uma única direcção. Mas é esta distorção que compensa o
astigmatismo.
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Faculdade de Engenharia
Os óculos são dispositivos ópticos utilizados para compensação
de ametropias e/ou protecção dos olhos. São utilizados na partesuperior da face, próximos aos olhos, mas sem entrar em
contacto físico com eles; em geral, são constituídos por duaslentes oftálmicas e uma armação.
Óculos
Em óptica fisiológica, é usual e conveniente utilizar potênciadióptrica, D, de uma lente:
11= Df em metros em m dioptrias
f−⇒ ⇒ = →D D
Exemplo:
Lente convergente:distância focal 1 m ⇒ +1 D
Lente divergente:distância focal -2 m ⇒ -1/2 D
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Faculdade de Engenharia
Uma simples lente positiva constitui uma lupa (ou microscópio simples): permite obter imagens
de objectos próximos com dimensões superiores às das imagens obtidas em condições normais.
A lupa
É desejável que a lupa forme uma imagemampliada e não invertida, o que sugere que
o objecto deve ser colocado entre a lentee o foco objecto.
Ampliação angular MA é a razão entre a
dimensão da imagem na retina quando vistaatravés do instrumento e a dimensão da
mesma imagem quando vista pelo olhodesarmado.
No caso da lupa:
0
npA
xM
fθθ
= =
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Terminologia
Microscópio
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Faculdade de Engenharia
Microscópio composto
Microscópio
O microscópio é um instrumento óptico que permite grandes ampliações angulares (superioresa 30x) para objectos próximos. Na sua forma mais simples é composto por duas lentes, designando-se
por microscópio composto.
A lente mais próxima do objecto chama-seobjectiva – forma uma imagem real, invertida
e aumentada do objecto.
A lente mais próxima do olho do observador,
a ocular, é uma simples lupa para ver a imagemformada pela objectiva.
A ampliação lateral da objectiva é:
A ampliação angular da ocular é:
'
00
y Lm
y f= = −
0np
e
xM
f=
0 00
np
e
xLM m M
f f= = −
Poder de ampliação do microscópio
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Terminologia
Telescópio
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Faculdade de EngenhariaTelescópio
O telescópio tem como função primária ampliar a imagem de um objecto longínquo (do gregoteleskopos que significa ver à distância).
Telescópio astronómico de Kepler
Consiste de duas lentes positivas – a objectiva, que forma uma imagem real e invertida, e a ocular,
com a função de uma simples lupa para ver essa imagem.
Mostra-se que a potência de ampliação é: 0
0
e
e
fM
fθθ
= = −f0 grande
fe pequenaM elevado!
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Faculdade de EngenhariaTelescópio
Telescópio astronómico de Galileu
f1 < 0 f2 > 0
A análise deste telescópio é um exercício para casa!
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Faculdade de EngenhariaTelescópio
Telescópio astronómico de Cassegrain
Object
A principal consideração de um telescópio astronómico não é o seu poder de ampliação, mas sima sua capacidade em colectar potência óptica – tal depende do tamanho da objectiva. Quanto
maior a objectiva mais brilhantes as imagens.
É mais fácil construir grandes espelhos
do que grandes lentes – apenas a superfície necessita de ser precisa.
Parece, do esquema, que a imagem
terá um buraco – tal só acontece seestiver fora-de-foco!
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Faculdade de EngenhariaTelescópio
Telescópio astronómico de Cassegrain
Algumas bonitas imagens!
Galaxy Messier 81Urânio rodeadopelos seus 4 anéisprincipais e por 10 das suas 17 luas
NGC 6543-Cat's Eye Nebula - uma das maiscomplexas nebulosas planetárias jamais observada
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Faculdade de EngenhariaMáquina fotográfica
Câmara Reflex
- é conveniente que as objectivas devem teraberturas relativamente grandes [1/(f/#)]
tempos de exposição reduzidos
- devem formar imagens planas e semdistorção.
- dependendo da aplicação, as objectivas
devem ter angulares adequadas (fracção dacena registada na fotografia).
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Faculdade de EngenhariaMáquina fotográfica
Lentes fotográficas
As lentes fotográficas são complexas. Especialmente as lentes “zoom”: podem conter até 20 elementos!!
Canon 17-85mm f/3.5-4.5 zoom
Canon EF 600mm f/4L IS USM Super Telephoto Lens17 elements in 13 groups~ 12 000 USD
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Faculdade de EngenhariaEspectrofotômetro
A espectrofotometria é o método de análises óptico maisusado na investigação biológica e físico-química.
O espectrofotômetro é o instrumento que permite comparar
a radiação absorvida ou transmitida por uma solução quecontém uma quantidade desconhecida de soluto, com uma
quantidade conhecida da mesma substância, em função docomprimento de onda.
A precisão dos comprimentos de onda para análise sãochamados de bandas de passagem (~ 10 nm). O espectro
de análise mais comum é de 360 nm a 1000 nm na zonado visível.
f
f
Entrance slit
Diffraction grating
ff
Camera
θ ∝ λ−λ0
![Fibras Ópticaspaginas.fe.up.pt/~mines/OpE/Guioes/OTDR_MIB[1].pdf · MIB Óptica e Electromagnetismo 2007/08 Medidas com um OTDR 1 Fibras Ópticas Medição da atenuação, comprimento](https://img.document.onl/doc/110x75/603c2e46a134215cac42891b/fibras-minesopeguioesotdrmib1pdf-mib-ptica-e-electromagnetismo-200708.jpg)
