![]() |
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
![]() |
Оптические инструменты, вооружающие глаз |
План. Введение Глава 1. Оптические инструменты, вооружающие глаз. 1.1. Оптические приборы для визуальных наблюдений; 1.2. Оптические инструменты : 1.2.1. Лупа; 1.2.2. Микроскоп; 1.2.3. Зрительная труба; 1.2.4. Проекционные аппараты; 1.2.5. Спектроскоп. Глава 2. Дифракционные явления в оптических инструментах. 2.1. Дифракция Фраунгофера в геометрически сопряженных плоскостях; 2.2. Дифракция Фраунгофера на щели и круглом отверстии; 2.3. Интенсивность света в фокусе линзы; 2.4. Дифракционный предел разрешения оптических инструментов: 2.4.1. Разрешающая способность телескопа; 2.4.2. Разрешающая способность глаза; 2.4.3. Предел разрешения микроскопа; 2.4.4. Замечание о нормальном увеличении оптических инструментов. Введение Оптика - раздел физики, в котором изучается природа оптического излучения (света), его распространение и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и вещества. Оптическое излучение представляет собой электромагнитные волны, и поэтому оптика - часть общего учения об электромагнитном поле. Оптика - это учение о физических явлениях, связанных с распространением коротких электромагнитных волн, длина которых составляет приблизительно 10- 5-10-7 м. Значение именно этой области спектра электромагнитных волн связано с тем, что внутри нее в узком интервале длин волн от 400-760 нм лежит участок видимого света, непосредственно воспринимаемого человеческим глазом. Он ограничен с одной стороны рентгеновскими лучами, а с другой - микроволновым диапазоном радиоизлучения. С точки зрения физики происходящих процессов выделение столь узкого спектра электромагнитных волн (видимого света) не имеет особого смысла, поэтому в понятие "оптический диапазон" включает обычно ещё и инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Ограничение оптического диапазона условно и в значительной степени определяется общностью технических средств и методов исследования явлений в указанном диапазоне. Для этих средств и методов характерны основанные на волновых свойствах излучения формирование изображений оптических предметов с помощью приборов, линейные размеры которых много больше длины ? излучения, а так же использование приёмников света, действие которых основано на его квантовых свойствах. По традиции оптику принято подразделять на геометрическую, физическую и физиологическую. Геометрическая оптика оставляет вопрос о природе света, исходит из эмпирических законов его распространения и использует представление о световых лучах, преломляющихся и отражающихся на границах сред с разными оптическими свойствами и прямолинейных в оптически однородной среде. Её задача - математически исследовать ход световых лучей в среде с известной зависимостью показателя преломления от координат либо, напротив, найти оптические свойства и форму прозрачных и отражающих сред, при которых лучи происходят по заданному пути. Наибольшее значение геометрической оптики имеет для расчёта и конструирования оптических приборов - от очковых линз до сложных объективов и огромных астрономических инструментов. Физическая оптика рассматривает проблемы, связанные с природой света и световых явлений.
Утверждение, что свет есть поперечные электромагнитные волны, основано на результатах огромного числа экспериментальных исследований дифракции света, интерференции, поляризации света и распространения в анизотропных средах. Одна из важнейших традиционных задач оптики - получение изображений, соответствующих оригиналам как по геометрической форме, так и по распределению яркости решается главным образом геометрической оптикой с привлечением физической оптики. Геометрическая оптика дает ответ на вопрос, как следует строить оптическую систему для того, чтобы каждая точка объекта изображалась бы также в виде точки при сохранении геометрического подобия изображения объекту. Она указывает на источники искажений изображения и их уровень в реальных оптических системах. Для построения оптических систем существенна технология изготовления оптических материалов с требуемыми свойствами, а также технологию обработки оптических элементов. Из технологических соображений чаще всего применяют линзы и зеркала со сферическими поверхностями, но для упрощения оптических систем и повышения качества изображений при высокой светосиле используют оптические элементы. Глава 1. Оптические инструменты, вооружающие глаз. 1.1. Оптические приборы для визуальных наблюдений Для невооруженного глаза наименьший угол зрения приблизительно равен 1'. Этот угол определяется мозаичным строением сетчатки, а также волновыми свойствами света. Существует ряд приборов, предназначенных для увеличения угла зрения – лупа, микроскоп, зрительная труба. При визуальных наблюдениях глаз является неотъемлемой частью оптической системы, поэтому ход лучей в приборах, вооружающих глаз, зависит от аккомодации глаза. При анализе работы оптических приборов для визуальных наблюдений удобнее всего полагать, что глаз наблюдателя аккомодирован на бесконечность. Это означает, что лучи от каждой точки предмета, пройдя через прибор, попадают в глаз в виде параллельного пучка. В этих условиях понятие линейного увеличения теряет смысл. Отношение угла зрения ? при наблюдении предмета через оптический прибор к углу зрения ? при наблюдении невооруженным глазом называется угловым увеличением: Угловое увеличение является важной характеристикой оптических приборов для визуальных наблюдений. Следует отметить, что в некоторых учебниках полагается, что глаз наблюдателя аккомодирован на расстояние наилучшего зрения нормального глаза d0. В этом случае ход лучей в приборах несколько усложняется, но угловое увеличение прибора приближенно остается таким же, как и при аккомодации на бесконечность. Лупа. Простейшим прибором для визуальных наблюдений является лупа. Лупой называют собирающую линзу с малым фокусным расстоянием (F ? 10 см). Лупу располагают близко к глазу, а рассматриваемый предмет – в ее фокальной плоскости. Предмет виден через лупу под углом где h – размер предмета. При рассматривании этого же предмета невооруженным глазом его следует расположить на расстоянии d0 = 25 см наилучшего зрения нормального глаза. Предмет будет виден под углом Отсюда следует, что угловое увеличение лупы равно Линза с фокусным расстоянием 10 см дает увеличение в 2,5 раза.
Работу лупы иллюстрирует рис. 3.5.1. Микроскоп. Микроскоп применяют для получения больших увеличений при наблюдении мелких предметов. Увеличенное изображение предмета в микроскопе получается с помощью оптической системы, состоящей из двух короткофокусных линз – объектива O1 и окуляра O2 (рис. 3.5.2). Объектив даст действительное перевернутое увеличенное изображение предмета. Это промежуточное изображение рассматривается глазом через окуляр, действие которого аналогично действию лупы. Окуляр располагают так, чтобы промежуточное изображение находилось в его фокальной плоскости; в этом случае лучи от каждой точки предмета распространяются после окуляра параллельным пучком. Рисунок 3.5.1. Действие лупы: а – предмет рассматривается невооруженным глазом с расстояния наилучшего зрения d0 = 25 см; б – предмет рассматривается через лупу с фокусным расстоянием F. Рисунок 3.5.2. Ход лучей в микроскопе. Мнимое изображение предмета, рассматриваемое через окуляр, всегда перевернуто. Если же это оказывается неудобным (например, при прочтении мелкого шрифта), можно перевернуть сам предмет перед объективом. Поэтому угловое увеличение микроскопа принято считать положительной величиной. Как следует из рис. 3.5.2, угол зрения ? предмета, рассматриваемого через окуляр в приближении малых углов, Приближенно можно положить d ? F1 и f ? l, где l – расстояние между объективом и окуляром микроскопа («длина тубуса»). При рассматривании того же предмета невооруженным глазом В результате формула для углового увеличения ? микроскопа приобретает вид Хороший микроскоп может давать увеличение в несколько сотен раз. При больших увеличениях начинают проявляться дифракционные явления. У реальных микроскопов объектив и окуляр представляют собой сложные оптические системы, в которых устранены различные аберрации. Телескоп. Телескопы (зрительные трубы) предназначены для наблюдения удаленных объектов. Они состоят из двух линз – обращенной к предмету собирающей линзы с большим фокусным расстоянием (объектив) и линзы с малым фокусным расстоянием (окуляр), обращенной к наблюдателю. Зрительные трубы бывают двух типов: Зрительная труба Кеплера, предназначенная для астрономических наблюдений. Одна дает увеличенные перевернутые изображения удаленных предметов и поэтому неудобна для земных наблюдений. Зрительная труба Галилея, предназначенная для земных наблюдений, дающая увеличенные прямые изображения. Окуляром в трубе Галилея служит рассеивающая линза. На рис. 3.5.3 изображен ход лучей в астрономическом телескопе. Предполагается, что глаз наблюдателя аккомодирован на бесконечность, поэтому лучи от каждой точки удаленного предмета выходят из окуляра параллельным пучком. Такой ход лучей называется телескопическим. В астрономической трубе телескопический ход лучей достигается при условии, что расстояние между объективом и окуляром равно сумме их фокусных расстояний l = F1 F2. Зрительная труба (телескоп) принято характеризовать угловым увеличением ?. В отличие от микроскопа, предметы, наблюдаемые в телескоп, всегда удалены от наблюдателя. Если удаленный предмет виден невооруженным глазом под углом ?, а при наблюдении через телескоп под углом ?, то угловым увеличением называют отношение Угловому увеличению ?, как и линейному увеличению ?, можно приписать знаки плюс или минус в зависимости от того, является изображение прямым или перевернутым.
И мы видим это в самом деле так. Пространство, обозреваемое глазами вглубь и ширь, далеко превышает собой сферу слышания и обоняния (тем более сферу осязания и вкуса, которые деятельны только на близких расстояниях); и это достигается, с одной стороны, обширностью его поля зрения как оптического инструмента, с другой чрезвычайной чувствительностью к свету сетчатки, благодаря которой (т. е. чувствительности) мы видим предметы, удаленные от нас на несколько десятков верст. Световые влияния членораздельны, потому что их можно представлять себе исходящими из раздельных в пространстве световых фокусов; и в чувствовании они сохраняют членораздельность, благодаря тому, что внешние световые картины рисуются на воспринимающей поверхности глаза (сетчатке) с верностью почти фотографической; притом сетчатка устроена так, что каждая отдельная точка ее, подвергающаяся действию светового луча, воспринимает его единично. Фотографическое сходство между внешними картинами и их образами внутри глаза достигается, как известно, тем, что свет преломляется в глазу совершенно так же, как в чечевицах оптических инструментов, а точечное восприятие световых образов тем, что от каждой точки сетчатки идет к нервным центрам отдельный нервный путь
4. Экономическая сказка-реферат "НДС - вражья морда" или просто "Сказка про НДС"
5. Несколько рефератов по культурологии
9. "Камю", "Сартр", "Шопенгауэр", "Ясперс", "Фромм" (Рефераты, доклады по философии)
10. Реферат по информационным системам управления
11. Семь чудес света - древний мир, средние века и наше время (история цивилизации, реферат)
12. реферат
13. Обзорный реферат по творчеству Ф.И. Тютчева
14. Реферат - Социальная медицина (ЗДРАВООХРАНЕНИЕ КАК СОЦИАЛЬНАЯ СИСТЕМА ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА)
15. Реферат - Физиология (строение и функции гемоглобина)
17. Реферат монографии А.А. Смирнова Проблемы психологии памяти
18. Сборник рефератов о конфликтах
19. Реферат по экскурсоведению
25. Реферат о США
28. Контроль оптических характеристик приборов
29. Оптические системы контрольно-юстировочных и измерительных приборов
30. Как устроен глаз
31. Приборы радиационной и химической разведки
32. Приборы химической разведки и химического контроля
33. Устройство, оптическая схема, неполная разборка и сборка теодолита 2Т2П, ЗТ2КП
34. Ориентирование. Приборы для ориентирования
35. Quien Soy Yo? (Кто это - я?)
36. Кто же Чацкий: победитель или побежденный
37. Кто Гамлет - борец со злом, или борец за власть?
41. Волоконно-оптические линии связи
42. Пластиковое оптическое волокно
44. Эксимерные лазеры в рефракционной хирургии глаза
45. Приборы для регистрации электрических, акустических и тепловых сигналов организма человека
46. Физиологические и психологические характеристики у студентов, различающихся по цвету глаз
47. Глаз
48. Источники излучения в интегрально-оптических схемах
49. Приборы для измерения радиационного загрязнения
50. Кто правит и что правит. Сила власти или власть силы
51. Оптико-электронные приборы и их применение
52. Оптические датчики газового состава
53. Волоконно-оптические гироскопы
57. Приборы выдачи измерительной информации
59. Передающее устройство одноволоконной оптической сети
60. Волоконно-оптические линии связи (Контрольная)
61. Получение тонкопленочных электретов на основе фторопласта - 4 и изготовление приборов на их основе
62. Рубиновый оптический квантовый генератор
63. Технологические измерения и приборы
64. Передающее устройство одноволоконной оптической сети
65. Оптические системы светоизлучающих диодов
66. А все-таки, "Свидетели Иеговы" - кто они на самом деле?
67. Устройство глаза человека (Доклад) (WinWord 98)
69. Оптика глаза
74. Российские экономические реформы глазами западных критиков
75. Трагедия России глазами вождя Белого Движения
76. Русская история глазами иностранцев
77. Средневековье о "чужих ":арабы, монголы и индейцы глазами европейцев VIII - XVI веков
79. История оптического телеграфа
82. Электронны, квантовые приборы и микроэлектроника
83. Глазами клоуна. Белль Генрих
85. Социокультурный портрет провинции глазами будущих культурологов
90. Кто нужен России: Обломов или Штольц
91. "Жизнь учит лишь тех, кто ее изучает". В.О.Ключевский
92. Изнанка послевоенной Германии (По роману Г. Бёлля "Глазами клоуна")
93. Вопросы классической теоретической физики: какие мы и кто мы на самом деле?
94. Тензоэлектрические полупроводниковые приборы
95. Оптические телескопы 21 века
96. Аллергия или кто не любит запахи растений?
97. Демодекоз глаз