Práctica 5: El telemicroscopio

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1 LABORATORIO DE ÓPTICA (ÓPTICA INSTRUMENTAL) CURSO 009/10 Práctica 5: El telemicroscopio 5.1 Objetivo de la práctica El objetivo de esta práctica es el estudio y comprensión de los fundamentos ópticos del telemicroscopio, en sus diferentes configuraciones, y la medida de magnitudes fundamentales de éste, tales como el aumento visual, el campo visual o la profundidad de enfoque. 5. Material necesario Banco de óptica de 100 cm. Fuente de iluminación de luz blanca. Pantalla milimetrada de papel vegetal. Objeto Test con escala 0 30 mm (cuadrícula de mm ). Objetivo de distancia fal f ob = 100 mm y diámetro φ ob = 10 mm. Lente de ojo de distancia fal f É = 50 mm y diámetro φ E = 10 mm. Lente de campo de de distancia fal f F = 75 mm y diámetro φ F = 1 mm. Ocular de distancia fal f óc = 50 mm y diámetro φ = 6 mm. Lente de aproximación de distancia fal f ć = 00 mm y diámetro φ c = 1 mm. Lente ojo de distancia fal f Á = 00 mm y diámetro φ A = 10 mm. Dos soportes para objetos. Diafragma iris. Siete deslizadores. Reglilla milimetrada. Hoja de papel vegetal. 5.1

2 Laboratorio de Óptica (Óptica Instrumental) Figura 5.1: Modelo a escala de objeto y pantalla utilizados. La estructura del objeto permite comprobar si la imagen está derecha o invertida. 5.3 Introducción teórica Un telemicroscopio es un instrumento óptico especialmente adaptado para ser utilizado como ayuda de baja visión, que permite la observación de objetos situados a una distancia intermedia. En particular, el telemicroscopio está constituido por el acoplamiento entre un anteojo (que puede ser de tipo Kepler o de tipo alileo) de pos aumentos y una lente convergente de potencia media, a la que se denomina lente de aproximación o tapadera de lectura. Tal y como se muestra en el esquema de la Fig. 5., en el que se ha representado un telemicroscopio de Kepler con ular doble, un objeto situado en el plano fal objeto de la lente de aproximación (que coincide con el plano fal objeto del sistema total), proporciona una imagen final en el infinito que puede ser observada, sin necesidad de acomodar, por un ojo situado sobre la pupila de salida del instrumento. La tapadera de lectura se sitúa pegada al objetivo por un doble motivo: minimizar el tamaño del telemicroscopio y maximizar el campo visual. Para el caso del telemicroscopio de alileo el esquema es similar, pero se sustituye el ular convergente por uno divergente y el ojo se sitúa pegado al ular Figura 5.: Esquema del telemicroscopio de Kepler con ular doble. A continuación se enumera toda una serie de parámetros óptico-geométricos del telemicroscopio. TELEMICROSCOPIO DE KEPLER: i) Posición y tamaño de la pupila de salida: a' p f E' = a' p F donde a' p ob + f E' = 50 ii) Aumento normal: T = K. K c φob ob, φ PS = y K =. (5.1) K E (5.) 5.

3 Práctica nº 5: El telemicroscopio φe iii) Campo visual: ρ m = c. (5.3) f ob ' E e F iv) Profundidad de enfoque: e = f 1 1 ' c ' f T donde T' =. ' c ' f f f c (5.4) K r p K K TELEMICROSCOPIO DE ALILEO: i) Posición y tamaño de la pupila de salida: a' p e = donde e = ob + φob ob, φ PS = + y =, (5.5) 50 ii) Aumento normal: T =. (5.6) φob iii) Campo visual: ρ m = f c'. (5.7) e iv) Profundidad de enfoque: C e = f 1 1 c ' T donde ' T =. ' c ' f e f e f c (5.8) r + p Desarrollo de la práctica Durante la realización de la práctica se debe tener mucho cuidado en que el sistema óptico esté perfectamente centrado para evitar, en lo posible, aberraciones. Para ello, todos los elementos se deben colar centrados a la altura de la fuente de iluminación. Para comenzar se realizarán las experiencias que se propongan para el caso del telemicroscopio de Kepler Determinación de la posición y tamaño de la pupila de salida Para determinar la posición y tamaño de la pupila de salida, y teniendo en cuenta que la lente de aproximación no interviene en la limitación de apertura, hay que obtener la imagen del objetivo a través del ular. Para ello en primer lugar se monta, tal y como se muestra en la Fig. 5.3, un telemicroscopio de Kepler constituido por la lente de aproximación de fal c = 00 mm, el objetivo de fal ob = 100 mm y el ular constituido por la lente de campo de fal F = 75 mm y la lente de ojo de fal 50 mm E =. Para que la montura del objetivo actúe como objeto difusor, se ilumina el objetivo con la luz difundida por una hoja de papel vegetal pegada a éste. A continuación se desplaza la pantalla, situada detrás del ular, hasta que aparezca sobre ésta nítidamente enfada sobre ella la imagen de la montura del objetivo. Dado que el diámetro de esta imagen es menor que el diámetro del ular, se puede asegurar que dicha imagen constituye la pupila de salida del telemicroscopio. 5.3

4 Laboratorio de Óptica (Óptica Instrumental) Figura 5.3: Predimiento para la medida de la posición y tamaño de la pupila de salida. La lente de aproximación se sitúa pegada al objetivo del anteojo. El diámetro de la pupila de salida, φ PS, se debe medir con la escala milimetrada de la pantalla, mientras que el valor de la emergencia pupilar, a ' p, se mide con la reglilla. Los valores medios que se obtengan experimentalmente se deben comparar con los valores predichos por la teoría. a p' a '( p mm ) φ PS ( mm) φ PS ( mm) Tabla Distancia de enfoque y profundidad de enfoque Se define la distancia de enfoque como la distancia entre el objeto y el telemicroscopio para la primera posición en que se obtiene une imagen nítida. Para determinar tanto la distancia de enfoque como la profundidad de enfoque del telemicroscopio, en primer lugar se sustituye la pantalla por un diafragma iris cuya posición coincidirá, por tanto, con la pupila de salida del telemicroscopio. Seguidamente, se sitúa el ojo pegado al diafragma (que debe dejarse abierto), y el objeto unos 50 mm por delante de la lente de aproximación. A continuación se desplaza lentamente el objeto hacia el instrumento hasta alcanzar la primera posición en que se observa una imagen nítida, midiendo entonces la distancia entre la lente de aproximación y el objeto. Esta distancia, a R, constituye la distancia de enfoque. A partir de esta posición, se continúa desplazando el objeto hacia el telemicroscopio hasta alcanzar la última posición en que se observe una imagen nítida, midiendo también en este caso la distancia, a P, entre el instrumento y el objeto. La diferencia entre los dos valores anteriores proporciona la profundidad de enfoque. Cada observador ha de realizar cuatro medidas la segunda y la cuarta desplazando el objeto en sentido contrario. Estos datos se anotarán en la libreta de laboratorio en una tabla similar a la Tabla 5.. Los valores medios obtenidos se deben comparar con los valores teóricos correspondientes a un valor de la amplitud de acomodación A m = 10 D (usual para un observador de unos 0 años). a R = a a e a P e P R Tabla 5.: Datos experimentales para la medida de la profundidad de enfoque 5.4

5 Práctica nº 5: El telemicroscopio Campo visual Para determinar el campo visual del telemicroscopio es necesario volver a situar el objeto a la distancia de enfoque, tal y como se muestra en la Fig. 5.4, y cerrar al máximo el diafragma iris. Al observar a través del telemicroscopio se comprobará que la imagen está invertida, lo cual supone un serio inconveniente para este tipo de instrumento cuya principal aplicación es la de facilitar la lectura a los individuos afectados por problemas de baja visión. En un caso real este problema se soluciona invirtiendo la imagen con la ayuda de prismas inversores. El aspecto de la imagen que se observa es similar al de la imagen que se muestra en la figura. Para hallar el campo visual bastará entonces con evaluar el diámetro de la porción de objeto visible en el ejemplo de la figura el diámetro del campo objeto de iluminación media sería ρ m = 1 mm. También en este caso se debe comparar el valor experimental con el predicho por la teoría. Figura 5.4: Dispositivo para la medida del campo visual del telemicroscopio. A la derecha se muestra un ejemplo de imagen. En este ejemplo el campo visual vale ρ m = 1 mm Aumento normal del telemicroscopio Para medir este parámetro, es necesario hacer uso de un ojo artificial constituido por una lente de fal A = 00 mm, que hace las veces del acoplamiento córnea-cristalino, y una pantalla milimetrada, que hace las veces de retina Tal y como se muestra en la Fig. 5.5, este ojo artificial se sitúa en el dispositivo de modo que la posición de la lente coincida con la pupila de salida del telemicroscopio. A continuación, con ayuda de la reglilla, se sitúa la retina en el plano fal imagen de la lente ojo. Si la práctica se ha realizado correctamente, sobre la retina aparecerá nítidamente enfada la imagen del objeto. Si no es así, se debe corregir ligeramente la posición del objeto. Si medimos entonces el tamaño, y ' r, de la imagen retiniana, correspondiente a una porción de tamaño y del objeto test, se puede calcular tanω ' = y ' / a' = y' /. r r r A Figura 5.5: Dispositivo para la medida del aumento normal del telemicroscopio. 5.5

6 Laboratorio de Óptica (Óptica Instrumental) A continuación se calcula el valor de ω A mediante el ciente tanω A = y / 50, siendo y el tamaño de la porción del objeto seleccionada. El valor del aumento visual del telemicroscopio se obtiene aplicando T = tan ω'/ tanωa. También en este caso se debe comparar el valor experimental con el predicho por la teoría. y = 4.0 mm y = 6.0 mm y = 8.0 mm tan( w ) y/ 50 A = y' r tan( w') = y' r/ A T T Tabla 5.3: Datos experimentales para la medida del aumento visual Comparación entre el telemicroscopio de Kepler y el de alileo En este apartado vamos a comparar las características de los dos tipos de telemicroscopio existentes para el caso en que ambos tengan el mismo aumento. Para ello se realizarán las mediciones descritas en los apartados 1,, 3 y 4 para el telemicroscopio de galileo constituido por: Lente de aproximación de fal c = 00 mm, objetivo de fal ob = 100 mm y ular de fal = 50 mm. Para la medida del campo visual el ojo del observador ha de situarse pegado al ular. Figura 5.6: En el telemicroscopio de alileo el ular divergente se sitúa a una distancia e= f ob ' + f ' del objetivo. 5.6