Máy ảnh, kính hiển vi, kính viễn vọng

Seminar môn Quang học kỹ thuật Viện Vật lý kỹ thuật ĐH Bách Khoa HNChủ đề: Máy ảnh, Kính hiển vi, Kính viễn vọng Nguyên lý, cấu tạo và ứng dụngTác giả: Vũ Tiến LâmViện Vật lý kỹ thuậtĐại học Bách Khoa Hà NộiSố 01, Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà NộiNăm 2018

Seminar QUANG HỌC KỸ THUẬT Máy ảnh - Kính hiển vi - Kính thiên văn Năm 2018 Nội dung Content 9/16/2018 Máy ảnh Kính hiển vi Kính viễn vọng Lịch sử đời Lịch sử đời Lịch sử đời Cấu trúc máy ảnh Phân loại, cấu tạo Phân loại, cấu tạo Nguyên tắc hoạt động Nguyên tắc hoạt động Nguyên tắc hoạt động Phần I Máy ảnh Part I Camera PHẦN I Máy ảnh q Giới thiệu đời q Lịch sử phát triển máy ảnh q Cấu trúc máy ảnh học q Nguyên lý hoạt động Những máy ảnh cổ bảo tàng Louvre (Paris, Pháp) 9/16/2018 Phần I Máy ảnh Giới thiệu chung Máy ảnh Khái niệm Nguyên lý chung Cấu tạo Dụng cụ dùng để thu ảnh Dùng ống kính gắn phía Buồng tối máy ảnh; Ống kính Mặc tử người thành ảnh tĩnh hay video trước để gom ánh sáng lại máy ảnh; Tốc độ chớp (màn khai thác để tạo ảnh đảo hội tụ thành ảnh bề mặt chập); Khẩu quang (cửa điều ngược ghi ảnh sáng); Phim ảnh 9/16/2018 Phát Phần I Máy ảnh Lịch sử phát triển Chiếc máy ảnh vào kỷ 11 Sơ đồ cấu tạo buồng tối 9/16/2018 Phần I Máy ảnh Lịch sử phát triển Toms Erdward, Gamphri Devid In tiếp xúc cho ảnh 1568 loại giấy đặc biệt (tuy William Tabot 1816 bền) Danielo Barbaro Chế máy ảnh 1839 Cho ảnh dương từ âm nhiên ảnh không Zozep Nips 1802 Sáng chế máy Luis Dage 1835 Cơng bố phát minh q trình thay đổi đường kính để tăng ảnh kiểu hộp cho phép thu định vị ảnh miếng độ nét ảnh ảnh âm bạc 9/16/2018 Phần I Máy ảnh Lịch sử phát triển máy ảnh số Máy ảnh số Được chụp vào năm 1975 máy hãng Eastman Kodak; Dùng cảm biến CCD; máy nặng 3,6kg, chụp ảnh đen trắng có độ phân giải 10.000 pixel, ghi băng từ; thời gian chụp 23 giây/ Máy chụp ảnh điện tử analog Giá thành đắt; chất lượng hình ảnh phim, máy in khơng có sẵn Máy ảnh số hình tinh thể lỏng Ra đời năm 1995 Máy chụp ảnh số loại bình dân đạt đến độ phân giản 1MP vào năm 1997 Máy ảnh DSLR Máy ảnh DSLR hay Máy ảnh phản xạ ống kính đơn kỹ thuật số, đời năm 1999 Máy ảnh Canon với khả quay video 4K 60p 9/16/2018 Phần I Máy ảnh Cấu trúc máy ảnh Ống kính (lens) Ống kính cấu tạo nhiều thấu kính Cửa chập Bản phim Cửa chập có chập (shutter/ shutter curtains) Được bố trí sau máy ảnh tính theo hướng ánh sáng phản xạ từ hình ảnh chụp Hệ gương quang học Ống ngắm (view finder) Giúp người chụp nhìn hình ảnh trước bấm chụp 9/16/2018 Gương phản xạ và hệ thống gương phức hợp ngắm chụp (relex mirror and prism) Phần I Máy ảnh Hệ thống quang học Cơ chế phản xạ lăng kính mặt Mặt cắt ngang hệ thống DSLR - Hệ thấu kính - Gương phản xạ - Cửa sập mặt phẳng lấy nét - Sensor (cảm biến) - Màng mờ - Ống kính condenser - Lăng kính mặt - Lỗ ngắm Sơ đồ chế lấy nét 9/16/2018 Phần I Máy ảnh Nguyên lý máy ảnh KTS 9/16/2018 10 Phần II Kính hiển vi Part II Microscope PHẦN II Kính hiển vi q Giới thiệu đời q Lịch sử phát triển kính hiển vi q Cấu trúc phân loại q Ngun lý hoạt động Phòng thí nghiệm Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Đại học KHTN – ĐH Quốc gia HN 9/16/2018 11 Phần II Kính hiển vi Giới thiệu chung Khái niệm Là thiết bị quan sát vật thể có kích thước nhỏ bé mà mắt thường quan sát Nguyên lý chung Tạo hình ảnh phóng đại vật thể cần quan sát Kính hiển vi gấp độ phóng đại bình thường lên từ 40 - 3000 lần Kính hiển vi quang học Phân loại Gồm nhiều loại từ kính hiển vi quang học sử dụng ánh sáng khả kiến, kính hiển vi điện tử, hay kính hiển vi qt đầu dò, kính hiển vi phát xạ quang Lĩnh vực sử dụng Được sử dụng rộng rãi nhiều ngành vật lý, hóa học, sinh học, khoa học vật liệu, y học phát triển không cơng cụ quan sát mà cơng cụ phân tích mạnh 9/16/2018 Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) 12 Phần II Kính hiển vi Lịch sử phát triển Kính hiển vi điện tử Kính hiển vi điện tử quét Kính hiển vi điện tử quét truyền qua Cuối TK 20 Đầu TK 20 1660 Kính hiển vi qt đầu dò Kính hiển vi quang học trường gần Phát triển cấu trúc Sử dụng để nghiên cứu cấu trúc sinh học phổi Leeuwenhoek phát Kính hiển vi hồn chỉnh Giovanni Faber người xây dựng Kính hiển vi điện tử triển kính hiển vi để tìm tế bào 1625 hồng cầu tinh trùng… kính hiển vi hoàn chỉnh đặt tên Galileo Galilei 1619 Kính hiển vi phức tạp Cornelius Drebbel chế tạo kính hiển vi gồm: hệ thị kính lồi, hệ vật kính Cải tiến tổ hợp Johan Kepler bỏ nhiều thời gian phẳng kính lồi, có chắn; ảnh nhìn qua kính hiển vi ảnh ngược 1611 nghiên cứu cải tiến tổ hợp thấu kính hội tụ phân kỳ 1590 Phát minh sơ khai Những kính hiển vi ban đầu phát minh Hà Lan 9/16/2018 13 Phần II Kính hiển vi Phân loại Kính hiển vi tia X Sử dụng chùm tia X để tạo hình ảnh Có thể quan sát tế bào sống Kính hiển vi quang học Sử dụng ánh sáng khả kiến để quan sát Là loại kính hiển vi đơn giản, lâu đời, phổ biến Kính hiển vi quang học quét trường gần Kính hiển vi quét đầu dò Tạo ảnh cách quét Lợi dụng song suy biến để tạo mũi dò nhỏ bề mặt hình ảnh cấu trúc nano mẫu vật Kính hiển vi điện tử quét Sử dụng chùm điện tử hẹp quét bề mặt vật mẫu Dễ sử dụng, phổ biến Dùng sinh học, bán dẫn,… Kính hiển vi điện tử truyền qua Sử dụng chùm điện tử có lượng cao thấu kính từ để tạo ảnh vi cấu trúc vật rắn Tạo ảnh có độ tương phản độ phân giải cao 9/16/2018 14 Phần II Kính hiển vi Kính hiển vi quang học Sơ đồ nguyên lý cấu tạo kính hiển vi quang học Các phận kính hiển vi quang học: • Nguồn sáng; Kính hiển vi quang học - Thị kính - Giá điều chỉnh vật kính - Vật kính 4,5 - Giá vi chỉnh - Giá đặt mẫu vật - Hệ thống đèn, gương - Khẩu độ thấu kính hội tụ - Vi chỉnh 9/16/2018 • Hệ hội tụ tạo chùm sáng song song; • Giá mẫu vật; • Vật kính (có thể thấu kính hệ thấu kính) phận tạo nên phóng đại; • Hệ lật ảnh (lăng kính, thấu kính); • Thị kính thấu kính tạo ảnh quan sát cuối cùng; • Hệ ghi ảnh 15 Phần II Kính hiển vi Nguyên lý chung 9/16/2018 Sơ đồ so sánh nguyên lý số loại kính hiển vi phổ biến 16 Phần III Kính viễn vọng Part III Telescope PHẦN III Kính viễn vọng q Giới thiệu đời q Lịch sử phát triển q Cấu trúc phân loại q Nguyên lý hoạt động Ảnh chụp kính viễn vọng khơng gian Hubble (NASA) 9/16/2018 17 Phần III Kính viễn vọng Giới thiệu chung Ứng dụng Quan sát thiên văn học; Công tác hoa tiêu ngành hàng hải, hàng không; Khái niệm Là dụng cụ giúp quan sát vật thể nằm khoảng cách xa so với kích thước người Công nghệ vũ trụ; Quan sát thám quân sự; Ứng dụng thiên văn (kính thiên văn) Phân loại Nguyên lý chung Theo chế: Ứng dụng dụng cụ quang học để thu Kính viễn vọng khúc xạ; phản xạ; giao thoa; nhận ánh sáng đến từ vật thể xa tạo quang phổ; tổng hợp Theo bước sóng: hình ảnh phóng đại dễ dàng quan sát mắt người Kính viễn vọng quang học; vơ tuyến; hồng ngoại; tử ngoại; tia X; tia gamma 9/16/2018 18 Phần III Kính viễn vọng Kính viễn vọng khúc xạ Nguyên lý hoạt động Kính viễn vọng khúc xạ loại kính viễn vọng dùng thấu kính để thay đổi đường truyền xạ điện từ, thông qua tượng khúc xạ, tạo ảnh rõ nét vật thể xa Ø Hoạt động theo chế khúc xạ Ø Kính viễn vọng khúc xạ có trở ngại tán sắc Sơ đồ kính viễn vọng khúc xạ Kính viễn vọng khúc xạ Đài thiên văn Aachen, Đức 9/16/2018 19 Phần III Kính viễn vọng Kính viễn vọng phản xạ Nguyên lý Kính viễn vọng phản xạ hoạt động dựa tảo ảnh vật xa gương, thông qua tượng phản xạ xạ điện từ Đặc điểm 01 02 03 9/16/2018 Tránh tượng tán sắc Số photon thu tỷ lệ thuận với diện tích phần thu; Đồng thời độ phân giải tỷ lệ với đường kính phần thu Phục vụ cho quan sát thiên văn, kính viễn vọng phản xạ 20 Phần III Kính viễn vọng Phân loại theo bước sóng Kính viễn vọng vơ tuyến Kính viễn vọng quang học Kính viễn vọng tia X Hoạt động với chế giao thoa Thu thập tập trung ánh sáng, Được đặt vệ phản xạ, dải sóng vơ chủ yếu từ phần quang phổ điện tinh phóng vào khơng gian tuyến từ nhìn thấy lân cận, tạo để bắt lấy tia X phát từ Ứng dụng chủ yếu quan hình ảnh phóng to để xem vật thể khơng sát thiên văn, liên lạc thông tin trực tiếp, chụp ảnh, thu gian công nghệ vũ trụ thập liệu qua cảm biến hình ảnh điện tử Áp dụng thiết kế Tương tự kính viễn vọng phản Gồm nhiều phận phát kính viễn vọng phản xạ, xạ, mặt gương tráng tia gamma đặt thẳng hàng Một có phận tiêu điểm để lớp đặc biệt để phản chiếu tia tử phận kích động có ghi nhận tia hồng ngoại ngoại, có đầu thu nhạy với tia gamma chiếu đến Ứng dụng quan sát ban tia tử ngoại đặt phặt phẳng Dùng quan sát lỗ đen đêm, thám quân tạo ảnh hệ gương Ứng dụng quan sát nóng Kính viễn vọng hồng ngoại Kính viễn vọng tử ngoại Kính viễn vọng tia gamma 9/16/2018 21 Tài liệu tham khảo Reference [1] Hirsch, Robert, Seizing the Light: A History of Photography, New York: McGraw-Hill Companies, Inc, 2002 [2] Microscopes, Time Line [3] David, "see Wootton," p 119, 2006 [4] Ernst Ruska, "The Early Development of Electron Lenses and Electron Microscopy.," translation my T Mulvey [5] U D a other, "Near-field optical scanning microscopy," J Appl Phys, vol 59, no 3318, 1986 [6] "Learn to use TEM," [Online] Available: http://www.rodenburg.org/guide/index.html [7] Heinz Herbert Mann, Optische Instrumente, In: Erkenntnis, Erfindung, Konstruktion Studien zur Bildgeschichte von Naturwissenschaften und Technik vom 16 bis zum 19 Jahrhundert Hrsg von Hans Holländer [8] Stephen G Lipson, Ariel Lipson, Henry Lipson, Optical Physics 4th Edition, Cambridge University 9/16/2018 22 THANK YOU 9/16/2018 23