แสงกับทัศนอุปกรณ์
Go to club page
ทัศนอุปกรณ์
ศุกร์, 06 เมษายน 2012

ทัศนอุปกรณ์



อุปกรณ์ทางแสงที่อาศัยความรู้เรื่องการหักเหของแสงผ่านเลนส์เพื่อใช้ประโยชน์ มีชื่อเรียกดังนี้

1. แว่นขยาย เป็นอุปกรณ์ที่ง่าย อาศัยหลักการการหักเหแสงผ่านเลนส์นูน 1 อัน โดยวางวัตถุไว้หน้าเลนส์ให้ระยะวัตถุน้อยกว่าความยาวโฟกัส  มองภาพด้านหลังเลนส์จะเห็นภาพเสมือน หัวตั้ง ขนาดใหญ่กว่าวัตถุ
รูปแสดงการใช้แว่นขยายทำให้เห็นภาพเสมือนขนาดใหญ่ อยู่ด้านเดียวกับวัตถุ
จาก รูป แสดงการมองโดยใช้แว่นขยาย  เมื่อระยะวัตถุ (S) น้อยกว่าความยาวโฟกัส ( f ) ทำให้ได้ภาพเสมือนขนาดใหญ่ อยู่ด้านเดียวกับวัตถุ มีระยะภาพ (S')

2. กล้องถ่ายรูป สำหรับ หลักการทำงานของกล้องถ่ายรูปนี้คือการที่แสงสะท้อนจากวัตถุเดินทางเป็นเส้น ตรงผ่านเลนส์และเกิดเป็นภาพบนฉากรองรับซึ่งก็ได้แก่ฟิล์มนั่นเอง เพื่อ ให้เกิดเป็นภาพที่ชัดเจนบนฟิล์มได้จึงมีการติดตั้งไดอะเฟรมปรับให้เกิดรูรับ แสงขนาดต่างๆรวมทั้งมีส่วนที่ว่าชัตเตอร์ทำหน้าที่ควบคุมเวลาในการเปิด ปิด เพื่อให้ปริมาณแสงตกกระทบกับฟิล์มตามความต้องการโดยปกติแล้วกล้องถ่ายภาพจะมีการทำงานคล้ายคลึงกับการทำงานของดวงตามนุษย์เช่นกัน


ส่วน ที่เป็นเลนส์เรียกว่าแก้วตาส่วนที่ทำหน้าที่เปิดปิดคือชัตเตอร์ส่วนนั้นก็จะ ควบคุมด้วยหนังตาและในส่วนของเลนส์ถ่ายภาพจะมีไดอะแฟรมสามารถปรับให้ เกิดรูรับแสงขนาดต่างๆเช่นเดียวกับตามนุษย์จะมีส่วนที่เรียกว่าม่านตาและนอก จากนั้นยังมีส่วนที่เป็นฉากหลังในดวงตาได้แก่จอตาเป็นฉากรับภาพ
เรียกว่าแก้วตาในกล้องถ่ายภาพส่วนนี้ได้แก่ฟิล์มนั่นเอง
- เลนส์นูน ทำหน้าที่รับภาพจากวัตถุที่อยู่ไกลมากกว่าระยะ 2f เพื่อให้เกิดภาพจริงขนาดย่อ หัวกลับบนฉากรับภาพ
- ฟิล์ม ทำหน้าที่เป็นฉากจริงซึ่งจะมีสารไวแสงเคลือบไว้บนฟิล์ม เมื่อมีภาพของวัตถุตกกระทบสารไวแสง จะปฎิกิริยาตอบสนองและเก็บภาพไว้ในรูปของภาพแฝง เมื่อนำฟิล์มไปล้างด้วยน้ำยาเราจะเห็นภาพปรากฏขึ้นบนฟิล์ม

3. เครื่องฉายภาพนิ่ง เป็นทัศนอุปกรณ์ ที่ใช้เลนส์นูนเป็นเลนส์หน้ากล้อง ทำหน้าที่ให้แสงหักเหจากวัตถุที่ต้องการจะฉาย เช่น สไลด์ แผ่นไส ทำให้เกิดภาพจริง ขนาดขยายปรากฏบนจอ


รูปเครื่องฉายภาพนิ่ง


ส่วนประกอบของเครื่องฉายภาพนิ่งมีดังนี้

1.กระจกสะท้อนแสง ทำด้วยโลหะฉาบอะลูมิเนียม ทำหน้าที่สะท้อนแสงด้านหลังของหลอดฉายไปใช้ประโยชน์ด้านหน้า
2.หลอด ฉาย เป็นหลอดไฟขนาดเล็ก มีกำลังการส่องสว่างสูง เนื่องจากหลอดฉายแผ่รังสีความร้อนสูงมาก เครื่องฉายภาพทั่วไปจึงมีพัดลมเป่าระบายความร้อน
3.เลนส์รวมแสง เป็นเลนส์นูนแกมระนาบ 2 อัน หันด้านนูนเข้าหากัน ทำหน้าที่รวมแสงทั้งหมดให้มีความเข้มสูงผ่านสไลด์ และทำให้เกิดภาพจริงของหลอดฉายไปตกตรงจุดศูนย์กลางของเลนส์ภาพ เพื่อมิให้เกิดภาพของหลอดไฟที่จอฉาย
4.เลนส์หน้ากล้อง เป็นเลนส์นูนเดี่ยวหรือหลายอันประกอบกัน เลนส์หน้ากล้องมีหน้าที่ฉายภาพไปเกิดภาพจริงหัวกลับที่จอ  ดังนั้นจึงต้องใสแผ่นฟิล์มสไลด์(วัตถุ) กลับหัวลง ตำแหน่งวัตถุอยู่ระหว่าง F กับ 2F ของเลนส์ฉาย  เพื่อให้ได้ภาพจริง ขนาดขยาย หัวตั้งบนจอ

เครื่องฉายภาพชนิด LCD Projector

หลักการทำงาน


ใช้หลอดไฟ กำลังไฟส่องสว่างสูงประเภท เมทัล-ไฮไลท์ หรือหลอด UHP (ULTRA HIGH POWER) เป็นต้นกำลังส่องสว่างกำเนิดแสงโดยแสงจะวิ่งผ่าน DICHROIC MIRROR (กระจกสะท้อนกรองแสง) ทำหน้าที่แยกแสงออกเป็น 3 แม่สี คือแดง -RED (R) , เขียว - GREEN (G) และน้ำเงิน -BLUE (B) เพื่อให้แสงแต่ละสีผ่านไปสู่ LCD PANEL ของแต่ละสีซึ่งแต่ละจุดจะประกอบไปด้วยจำนวนแผงพิกเซล (PIXELS) เล็กๆ มากมาย แต่ละ PIXEL จะถูกควบคุมด้วยสัญญาณไฟฟ้าในการเปิด หรือปิดให้แสงแต่ละสีผ่านไปที่จอภาพได้ โดยแสงที่ผ่าน PIXEL จะผ่านเลนส์รวมแสงเพื่อผสมแม่สี ทำให้เกิดภาพ


ปัจจุบัน LCD PROJECTOR จะให้ความสว่างสูงได้ถึง 3,000 - 4,000 ANSI LUMENS และมีราคาถูกลงมาก โดยมีอายุการใช้งานของหลอดไฟได้ 1,500 - 2,000 ชั่วโมง ให้ภาพจากสัญญาณ COMPUTOR ที่ดี และสัญญาณวิดีโอที่คมชัดสดใส


4. กล้องจุลทรรศน์ ( microscope ) กล้อง จุลทรรศน์ชนิดที่พบได้มากที่สุด คือกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (optical microscope)     และยังมีกล้องอีกชนิดหนึ่ง เรียกว่า กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (Electron microscope) เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่มีกำลังการขยายสูงมาก

- กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง

ส่วนประกอบของกล้องจุลทรรศน์แบบแสง



1. ฐาน (Base) เป็นส่วนที่ใช้วางบนโต๊ะ

2. แขน (Arm) เป็นส่วนเชื่อมตัวลำกล้องกับฐาน

3. ลำกล้อง (Body tube) เป็นส่วนที่ปลายด้านบนมีเลนส์ตา ส่วนปลายด้านล่างติดกับเลนส์วัตถุ ซึ่งติดกับแผ่นหมุนได้ เพื่อเปลี่ยนเลนส์ขนาดต่างๆ

4. ปุ่มปรับภาพหยาบ (Coarse adjustment) ทำหน้าที่ปรับภาพโดยเปลี่ยนระยะโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุ (เลื่อนลำกล้องหรือแท่นวางวัตถุขึ้นลง) เพื่อทำให้เห็นภาพชัดเจน

5. ปุ่มปรับภาพละเอียด (Fine adjustment) ทำหน้าที่ปรับภาพ ทำให้ได้ภาพที่ชัดเจนมากขึ้น

6. เลนส์ใกล้วัตถุ (Objective lens) เป็นเลนส์ที่อยู่ใกล้กับแผ่นสไลด์ หรือวัตถุ ปกติติดกับแป้นวงกลมซึ่งมีประมาณ 3-4 อัน แต่ละอันมีกำลังบอกเอาไว้ เช่น x3.2, x4, x10, x40 และ x100 เป็นต้น ภาพที่เกิดจากเลนส์ใกล้วัตถุเป็นภาพจริงหัวกลับ

7. เลนส์ใกล้ตา (Eye piece) เป็นเลนส์ที่อยู่บนสุดของลำกล้อง โดยทั่งไปมีกำลังขยาย 10x หรือ 15x ทำหน้าที่ขยายภาพที่ได้จากเลนส์ใกล้วัตถุให้มีขนาดใหญ่ขึ้น ทำให้เกิดภาพที่ตาผู้ศึกษาสามารถมองเห็นได้ โดยภาพที่ได้เป็นภาพเสมือนหัวกลับ

8. เลนส์รวมแสง (Condenser) ทำหน้าที่รวมแสงให้เข้มขึ้นเพื่อส่งไปยังวัตถุที่ต้องการศึกษา

9. กระจกเงา (Mirror) ทำหน้าที่สะท้อนแสงจากธรรมชาติหรือแสงจากหลอดไฟภายในห้องให้ส่องผ่านวัตถุ โดยทั่วไปกระจกเงามี 2 ด้าน ด้านหนึ่งเป็นกระจกเงาเว้า อีกด้านเป็นกระจกเงาระนาบ สำหรับกล้องรุ่นใหม่จะใช้หลอดไฟเป็นแหล่งกำเนิดแสง ซึ่งสะดวกและชัดเจนกว่า

10. ไดอะแฟรม (Diaphragm) อยู่ใต้เลนส์รวมแสงทำหน้าที่ปรับปริมาณแสงให้เข้าสู่เลนส์ในปริมาณที่ต้องการ

11. แท่นวางวัตถุ (Speciment stage) เป็นแท่นใช้วางแผ่นสไลด์ที่ต้องการศึกษา

12. ที่หนีบสไลด์ (Stage clip) ใช้หนีบสไลด์ให้ติดอยู่กับแท่นวางวัตถุ ในกล้องรุ่นใหม่จะมี Mechanical stage แทนเพื่อควบคุมการเลื่อนสไลด์ให้สะดวกขึ้น

การเกิดภาพจากกล้องจุลทรรศน์

ข้อสังเกต
- วัตถุอยู่หน้าเลนส์ใกล้วัตถุ อยู่ระหว่างจุด F และ 2F ของเลนส์ใกล้วัตถุ  เกิดภาพแรกเป็นภาพจริง หัวกลับขนาดขยาย
- ภาพแรกที่เกิดจากเลนส์ใกล้วัตถุ จะทำหน้าที่เป็นวัตถุของเลนส์ใกล้ตา โดยมีระยะวัตถุน้อยกว่าความยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้ตา  ทำให้เกิดภาพสุดท้ายเป็นภาพเสมื่อนขนาดขยายหัวกลับเมื่อเทียบกับวัตถุจริง
-กล้องจุลทรรศน์ มีระยะห่างระหว่างเลนส์ทั้งสองเท่ากับ  S'o + SE
-กำลังขยายขแงกล้องจุลทรรศน์ เท่ากับ  กำลังขยายเลนส์ใกล้วัตถุ x  กำลังขยายเลนส์ใกล้ตา
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (Electron microscope)    เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่มีกำลังการขยายสูงมาก เพราะใช้ลำแสงอิเล็กตรอนแทนแสงปกติและใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าแทนเลนส์แก้ว เป็นกล้องที่ใช้ในการศึกษาโครงสร้าง และส่วนประกอบของเซลล์ ได้อย่างละเอียดที่กล้องชนิดอื่นไม่สามารถทำได้ วัตถุบางอย่างมีขนาดเล็กเกินกว่าที่จะสังเกตให้เห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ แบบใช้แสง จึงต้องใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนในการสังเกต กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนใช้ลำอิเล็กตรอนแทนรังสีของแสง ซึ่งภาพจะปรากฏบนจอเรืองแสง และสามารถบันทึกภาพได้โดยง่าย

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนโดยทั่วไปมีกำลังขยายสูงถึง 500,000 เท่า ทำให้สามารถมองเห็นโครงสร้างภายในเซลล์ได้อย่างละเอียด

5. กล้องโทรทรรศน์ เป็นกล้องที่ใช้ดูวัตถุที่อยู่ไกลๆ เช่น เรียกว่ากล้องส่องทางไกล  กล้องดูดาว กล้องโทรทรรศน์แบ่งออกเป็น

กล้องโทรทรรศน์ชนิดหักเหแสง

หลักการพื้นฐานประกอบด้วยเลนส์  2 อัน  คือ เลนส์ใกล้วัตถุ ทำด้วยเลนส์นูนมีความยาวโฟกัส (fo ) ยาวมาก  วัตถุซึ่งอยู่ไกลมากจะมีรัศมีรังสีแสงขนานมาตกกระทบเลนส์ใกล้วัตถุ แล้วหักเหไปเกิดภาพจริงตรงตำแหน่งที่ใกล้กับจุดโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุ โดยมีมุมรองรับรังสีหักเหที่มาตัดกันเกิดภาพ เลนส์ใกล้ตา ทำด้วยเลนส์นูนมีความยาวโฟกัส( fe ) สั้น วางเลนส์ใกล้ตาโดยให้ภาพที่เกิดจากเลนส์ใกล้วัตถุ อยู่ระหว่างจุดโฟกัสของเลนส์ใกล้ตากับเลนส์ตา ทั้งนี้เพื่อให้เกิดภาพเสมือน ขนาดขยาย หัวกลับ  เมื่อเทียบกับวัตถุจริง

กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง
หลัก การของกล้องโทรทัศน์ชนิดสะท้อนแสง  เช่น กล้องดูดาวที่ใช้กระจกเป็นหลัก กล้องจะรับแสงที่เข้ามากระทบกับกระจกเว้าที่อยู่ท้ายกล้องที่เราเรียกว่า Primary Mirror แล้วรวมแสงไปกระทบกับกระจกระนาบหรือปริซึม เราเรียกว่า Secondary Mirror ที่อยู่กลางลำกล้อง ให้สะท้อนเข้าสู่เลนซ์ตาขยายภาพอีกทีหนึ่ง

โดยหลักการคำนวนอัตราการขยายคือ

อัตราขยายของกล้อง = ความยาวโฟกัสของกระจกเว้า / ความโฟกัสของเลนซ์ตา

ข้อดีของกล้องชนิดนี้


1. ใช้กระจกเว้าเป็นตัวรวมแสง ทำให้สามารถสร้างขนาดใหญ่มากๆได้ ซึ่งจะมีราคาถูกกว่าเลนซ์ที่มีขนาดเท่ากัน
2. โดยทั้วไปกล้องชนิดนี้จะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5-6 นิ้วขึ้นไป ทำให้มีการรวมแสงได้มากเหมาะที่จะใช้สังเกตวัตถุระยะไกลๆ เช่น กาแลกซี เนบิวล่า เพราะมีความเข้มแสงน้อยมาก
3. ภาพที่ได้จากกล้องแบบสะท้อนแสง จะไม่กลับภาพซ้ายขวาเหมือนกล้องแบบหักเหแสง แต่การมองภาพอาจจะ หัวกลับบ้าง ขึ้นอยู่กับลักษณะการมองจากกล้องเพราะเป็นการมองที่หัวกล้อง ไม่ใช่ที่ท้ายกล้อง เหมือนกล้องแบบหักเหแสง

ข้อเสียของกล้องชนิดนี้

1. การสร้างนั้นยุ่งยากซับซ้อนมาก
2. มีกระจกบานที่สองสะท้อนภาพอยู่กลางลำกล้อง ทำให้กีดขวางทางเดินของแสง หากเส้นผ่านศูนย์กลาง กล้องเล็กมากๆ ดังนั้นกล้องแบบสะท้อนแสงนี้จะมักมีขนาดใหญ่ ตั้งแต่ 4.5 นิ้วขึ้นไป

ที่มา :
http://kruphysics-satri5.blogspot.com/p/blog-page_986.html

link วิทยาศาสตร์

รวม link ที่น่าสนใจทั้งในและต่างประเทศ เพื่อค้นคว้าหาข้อมูลที่ต้องการทางด้านวิทยาศาสตร์

ดูลิ้งค์ทั้งหมด

link คณิตศาสตร์

รวม link ที่น่าสนใจทั้งในและต่างประเทศ เพื่อค้นคว้าหาข้อมูลที่ต้องการทางด้านคณิตศาสตร์

ดูลิ้งค์ทั้งหมด
UNESCO Bangkok

ICT in Education

พจนานุกรมศัพท์

วิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์และเทคโนโลยี