Samenvatting biomedische fysica

Biomedische fysica
Foutenleer
o afleesfout => helft van kleinste verdeling op meettoestel
o meetfout/ absolute fout => maximaal positief verschil tussen gemeten waarde en werkelijke
waarde  2 maal afleesfout (tenzij anders vermeld door fabrikant)
o beduidende cijfers  geven beeld van nauwkeurigheid  niet beduidende cijfers vermijden
m.b.v. machten of prefixen
o meetresultaat en AF steeds weergeven met zelfde eenheid en macht van 10
o afronden en noteren van AF
 kies eenheid zodat getal tussen 0.03 en 30 ligt  macht van 10 dient veelvoud van 3
te zijn
 afronden zodat er slechts 1 of 2 beduidende cijfers zijn  2de beduidende cijfer enkel
toegelaten indien 1ste cijfer 1 of 2 is
 rond meetresultaat af op zelfde grootteorde met zelfde eenheid
 geef meetresultaat zelfde aantal decimalen als AF
o AF op som of verschil gelijk aan som absolute fouten afzonderlijke termen
o AF op product tot quotiënt te berekenen
absolute fout
 Procentuele fouten berekenen: PF= ∗100 %
waarde van de grootheid
 Op zelfde manier afgerond als AF
 PF op product of quotiënt gelijk aan som procentuele fouten afzonderlijke factoren
 Formule omvormen om AF te berekenen

De lichtmicroscoop
Lichtbreking
o Snelheid licht in vacuüm  c=2,99792458.108m/s
 In transparante materialen snelheid fractie lager
o Brekingsindex => maat voor invloed op snelheid van licht
c
 n=
v




 Wanneer licht van transparant medium naar ander transparant medium met
verschillende brekingsindex gaat, wordt deel van invallend licht op grensvlak tussen
beide media weerkaatst => reflectie
 Overige deel loopt door in nieuw medium
 Alle lichtstralen niet loodrecht op grensvlak zullen veranderen van richting =>
lichtbreking of refractie

,  Invalshoek θ1  hoek die invallende maakt met normaal op grensvlak tussen beide
media
 Brekingshoek θ2  hoek die gebroken straal maakt met normaal op grensvlak
 Als licht van medium waarin het hogere snelheid heeft overgaat naar medium waarin
het lagere snelheid heeft, breekt het naar normaal toe  omgekeerd breekt het van
normaal weg
o Brekingshoek hangt af van lichtsnelheid in 2 media en van invalshoek  weergeven in
brekingswet
 n1∗sin θ1=n2∗sin θ2

Totale interne reflectie




o Licht gaat over van medium met grotere brekingsindex naar medium met kleinere
brekingsindex  van links naar rechts zie je effect van steeds grotere invalshoek
o Invalshoek bestaat waardoor brekingshoek 90° bedraagt en licht langs grensvlak loopt =>
kritische hoek
o Wanneer invalshoek groter dan kritische hoek treedt er geen breking op  alle licht
gereflecteerd => totale interne reflectie
o Invalshoek kleiner dan kritische hoek deel van licht gebroken en deel gereflecteerd
o Totale interne reflectie gebruikt in optische instrumenten
 M.b.v. prisma’s kan lichtbundel gestuurd worden volgens gewenst pad  prisma’s
verkozen boven spiegels omdat ze bijna alle licht reflecteren via totale interne
reflectie

Beeldvorming bij eenvoudige lenzen
o Dunne lens heeft 2 oppervlaktes waar lichtbreking plaatsvindt  lenzen typisch vervaardigt
uit glas of kunststof en hebben dus brekingsindex groter dan lucht errond




o Positieve lenzen => lenzen waarbij parallel invallende stralen convergeren
 Stralen komen samen en kruisen elkaar in brandpunt F
 Vormen reëel beeld
 Stralen afkomstig van object en gebroken door lens daadwerkelijk doorheen beeld
passeren
 Centraal dikker dan ter hoogte van randen en heeft minstens 1 convex oppervlak
 Vergroten beeld wanneer ze voor oog worden gehouden
 Ook bolle lenzen genoemd
o Negatieve lenzen => divergeren parallel invallende stralen
 Centraal dunner dan ter hoogte van randen en minstens 1 concaaf oppervlak
 Verkleinen beeld wanneer ze voor oog gehouden worden
 Vormen geen reëel beeld, maar virtueel beeld

,  Gebroken stralen convergeren denkbeeldig aan dezelfde kant van voorwerp waaruit
stralen vertrokken
 Virtueel beeld kan niet waargenomen worden op scherm
 Ook holle lenzen genoemd
o As van lens is denkbeeldige lijn door midden van de lens loopt en op die manier loodrecht op
beide oppervlakken van lens staat
o Bij dunne biconvexe lens breken invallende stralen naar as toe wanneer ze lens binnentreden
en breken opnieuw naar as toe wanneer ze lens verlaten aan andere kant
o Stralen die evenwijdig invallen op lens convergeren in 1 punt => brandpunt F  enkel dunne
lenzen
o Afstand van midden van lens tot brandpunt => brandspuntafstand f
 Aan beide zijden van lens gelijk
o Als evenwijdige stralen onder bepaalde hoek op lens invallen convergeren ze ook tot 1 punt
 punt ligt niet op as van lens
o Brandvlak => vlak dat alle brandpunten bevat
o Wanneer brandspuntafstand van lens gekend  voor elk voorwerp positie van beeld bepaald
worden  door 3 stralen te tekenen
o Voor dunne, positieve lens verband tussen voorwerpsafstand d 0, beeldafstand di en
1 1 1
brandpuntafstand f weergeven door: = +
f d0 di
 f positief voor positieve lenzen en negatief voor negatieve lenzen
 d0 positief
 di positief als beeld zich aan andere kant van lens bevindt dan voorwerp
o voor dunne negatieve lens wordt verband tussen voorwerpsafstand d 0, beeldafstand di en
−1 1 1
brandpuntsafstand f weergegeven: = −
f d0 di
o laterale of lineaire vergroting m => hoogte van beeld h i gedeeld door hoogte van object h0
 hi positief als beeld dezelfde richting heeft als voorwerp en negatief als omgekeerd is
1
o sterkte P van lens in oftalmologie uitgedrukt in dioptrie D: P=
f
 positieve lens positieve sterkte
 negatieve lens negatieve sterkte
o lenzenmakersvergelijking geeft verband weer tussen brandpuntsafstand van dunne lens en
kromtestralen van 2 oppervlakken van lens en brekingsindex
o meerdere lenzen gecombineerd vormt beeld eerste lens object van tweede  totale
vergroting is product van 2 afzonderlijke vergrotingen

Correctielenzen voor het menselijk oog
o stralen afkomstig van een voorwerp moeten door menselijk oog gebroken worden en scherp
beeld vormen op netvlies achteraan in oog  lichtstralen achtereenvolgens door hoornvlies,
kamer met kamervocht, lens en gelachtige stof (= glasachtig lichaam  grootste volume van
oog)
o lens kan door middel van oogspieren dikker en krommer of dunner en vlakker worden 
dient om voorwerpen op verschillende afstanden van oog scherp te stellen
 korte afstand waarop oog kan scherpstellen => nabijheidspunt (+- 25 cm)
 verste afstand waarop oog kan scherpstellen => vertepunt (oneindig)
 veelvoorkomende afwijkingen
 bijziendheid (=myopie)
 voorwerpen op grote afstand scherpgesteld voor netvlies  oog te
lang

,  divergerende lens  stralen toch op netvlies
 verziendheid (=hyperopie)
 oog te kort
 gecorrigeerd door convergerende lens
 presbyopie vergelijkbaar aan hyperopie  veroorzaakt door vermindert
accomodatievermogen naar aanleiding van veroudering
 convergerende lens

Vergrootglas
o positieve lens die toelaat om voorwerp onder grotere hoek te zien
o voorwerp in of net voor brandpunt vergrootglas gehouden  virtueel beeld gevormd
o voorwerp in brandpunt gehouden  beeld op oneindig en beeld kan meest ontspannen
waargenomen worden door ogen
o hoekvergroting M => verhouding van hoek bij gebruik van lens θ’ tot hoek met gebruik van
θ' N
blote oog wanneer voorwerp in nabijheidspunt wordt gehouden θ: M= =
θ f
Beeldvorming in de lichtmicroscoop
o lichtmicroscoop bevat 2 positieve lenzen  lens dichtst bij voorwerp = objectief, lens dichtst
bij oog = oculair
o voorwerp net buiten brandpunt objectief geplaatst F ob door voorwerpstafel te verhogen of
verlagen
o beeld I1 door objectief gevormd (tussenbeeld) reëel, vergroot en omgekeerd en bevindt zicht
nabij brandpunt van oculair Foc
o beeld I2 door oculair gevormd is virtueel, sterk vergroot en heeft zelfde oriëntatie als
tussenbeeld I1  waargenomen door ogen
o totale vergroting M object is product van vergrotingen van beide lenzen: M=M oc*Mob
h i di l−f oc
o lineaire vergroting objectief: m ob = =
ho do do
 l afstand tussen 2 lenzen
θ' N
o hoekvergroting oculair: M oc = =
θ f oc
 N = nabijheidspunt van oog
l−f oc
∗N
o Totale vergroting lichtmicroscoop: do
M =mob∗M oc=
f oc

Lensfouten en correcties
o Chromatische aberratie
 Gevolg van licht van verschillende golflengte dat niet in zelfde mate gebroken wordt
 Brekingsindex afhankelijk van golflengte
 Kortgolvige voilette stralen door lens sterker gebroken dan langgolvige rode stralen
 Verschillende kleuren => verschillende brandpuntsafstanden
 Elk punt op lensoppervlak vindt dispersie of kleurschifting plaats in uittredende
lichtstraal  beeldvorming onscherp en dikwijls gekleurde randen bij beeldvorming
 Corrigeert fout door gebruik lenzenstelsel  combinatie verschillende lenzen met
verschillende brekingsindices  vaak convergerende en divergerende aan elkaar
gekleefd
 sterkste lens bepaalt of stelsel als bolle of holle lens werkt