Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат

План.

Введение

Глава 1. Оптические инструменты, вооружающие глаз.

1.1. Оптические приборы для зрительных 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 Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат способность телескопа;

2.4.2. Разрешающая способность глаза;

2.4.3. Предел разрешения микроскопа;

2.4.4. Замечание о обычном увеличении оптических инструментов.

Введение

Оптика - раздел физики, в каком изучается природа оптического излучения (света), его распространение и явления, наблюдаемые при содействии света и вещества. Оптическое излучение представляет собой электрические волны, и потому оптика - часть общего учения об Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат электрическом поле.

Оптика - это учение о физических явлениях, связанных с распространением маленьких электрических волн, длина которых составляет примерно 10-5 -10-7 м. Значение конкретно этой области диапазона электрических волн связано с тем, что в ней в узеньком интервале длин волн от 400-760 нм лежит участок видимого света, конкретно воспринимаемого человечьим глазом. Он Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат ограничен с одной стороны рентгеновскими лучами, а с другой - микроволновым спектром радиоизлучения. Исходя из убеждений физики происходящих процессов выделение настолько узенького диапазона электрических волн (видимого света) не имеет особенного смысла, потому в понятие "оптический спектр" включает обычно ещё и инфракрасное и уф-излучение.

Ограничение оптического спектра условно и в значимой степени определяется Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат общностью технических средств и способов исследования явлений в обозначенном спектре. Для этих средств и способов свойственны основанные на волновых свойствах излучения формирование изображений оптических предметов при помощи устройств, линейные размеры которых много больше длины ? излучения, а так же внедрение приёмников света, действие которых основано на его Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат 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 употребляет представление о световых лучах, преломляющихся и отражающихся на границах сред с различными оптическими качествами и прямолинейных в оптически однородной среде. Её задачка - математически Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат изучить ход световых лучей в среде с известной зависимостью показателя преломления n от координат или, напротив, отыскать оптические характеристики и форму прозрачных и отражающих сред, при которых лучи происходят по данному пути. Наибольшее значение геометрической оптики имеет для расчёта и конструирования оптических устройств - от очковых линз до сложных объективов и большущих Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат астрономических инструментов.

Физическая оптика рассматривает препядствия, связанные с природой света и световых явлений. Утверждение, что свет есть поперечные электрические волны, основано на результатах большущего числа экспериментальных исследовательских работ дифракции света, интерференции, поляризации света и распространения в анизотропных средах.

Одна из важных обычных задач оптики - получение изображений Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат, соответственных оригиналам как по геометрической форме, так и по рассредотачиванию яркости решается приемущественно геометрической оптикой с привлечением физической оптики. Геометрическая оптика дает ответ на вопрос, как надо строить оптическую систему для того, чтоб любая точка объекта изображалась бы также в виде точки при сохранении геометрического подобия изображения объекту. Она показывает на Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат источники искажений изображения и их уровень в реальных оптических системах. Для построения оптических систем существенна разработка производства оптических материалов с требуемыми качествами, также технологию обработки оптических частей. Из технологических суждений в большинстве случаев используют линзы и зеркала со сферическими поверхностями, но для упрощения оптических систем и увеличения Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат свойства изображений при высочайшей светосиле употребляют оптические элементы.


Глава 1. Оптические инструменты, вооружающие глаз.

1.1. Оптические приборы для зрительных наблюдений

Для невооруженного глаза меньший угол зрения примерно равен 1'. Этот угол определяется мозаичным строением сетчатки, также волновыми качествами света. Существует ряд устройств, созданных для роста угла зрения – лупа, микроскоп, зрительная труба. При зрительных наблюдениях глаз Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат является неотъемлемой частью оптической системы, потому ход лучей в устройствах, вооружающих глаз, находится в зависимости от аккомодации глаза. При анализе работы оптических устройств для зрительных наблюдений удобнее всего считать, что глаз наблюдающего аккомодирован на бесконечность. Это значит, что лучи от каждой точки предмета, пройдя через прибор Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат, попадают в глаз в виде параллельного пучка. В этих критериях понятие линейного роста теряет смысл. Отношение угла зрения φ при наблюдении предмета через оптический прибор к углу зрения ψ при наблюдении невооруженным глазом именуется угловым повышением:

Угловое повышение является принципиальной чертой оптических устройств для зрительных наблюдений.

Необходимо подчеркнуть, что в неких учебниках полагается Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат, что глаз наблюдающего аккомодирован на расстояние лучшего зрения обычного глаза d0 . В данном случае ход лучей в устройствах несколько усложняется, но угловое повышение прибора приближенно остается таким же, как и при аккомодации на бесконечность.

Лупа. Простым прибором для зрительных наблюдений является лупа. Лупой именуют собирающую линзу с малым фокусным Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат 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 лучшего зрения обычного глаза. Предмет будет виден под углом

Отсюда Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат следует, что угловое повышение лупы равно

Линза с фокусным расстоянием 10 см дает повышение в 2,5 раза. Работу лупы иллюстрирует рис. 3.5.1.

Микроскоп. Микроскоп используют для получения огромных увеличений при наблюдении маленьких предметов. Увеличенное изображение предмета в микроскопе выходит при помощи оптической системы, состоящей из 2-ух короткофокусных линз – объектива O1 и окуляра O2 (рис Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат. 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, чтоб промежуточное изображение находилось в его фокальной плоскости; в данном случае лучи от каждой точки предмета распространяются после окуляра параллельным пучком.

Набросок 3.5.1.

Действие лупы: а – предмет рассматривается Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат невооруженным глазом с расстояния лучшего зрения d0 = 25 см; б – предмет рассматривается через лупу с фокусным расстоянием F.

Набросок 3.5.2.

Ход лучей в микроскопе.

Надуманное изображение предмета, рассматриваемое через окуляр, всегда перевернуто. Если же это оказывается неловким (к примеру, при прочтении маленького шрифта), можно перевернуть сам предмет перед объективом Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат. Потому угловое повышение микроскопа принято считать положительной величиной.

Как надо из рис. 3.5.2, угол зрения φ предмета, рассматриваемого через окуляр в приближении малых углов,

Приближенно можно положить d ≈ F1 и f ≈ l, где l – расстояние меж объективом и окуляром микроскопа («длина тубуса»). При рассматривании такого же предмета невооруженным глазом

В итоге формула Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат для углового роста γ микроскопа приобретает вид

Неплохой микроскоп может давать повышение в несколько сотен раз. При огромных повышениях начинают проявляться дифракционные явления.

У реальных микроскопов объектив и окуляр представляют собой сложные оптические системы, в каких устранены разные аберрации.

Телескоп. Телескопы ( зрительные трубы) созданы для наблюдения удаленных объектов. Они состоят из Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат 2-ух линз – обращенной к предмету собирающей линзы с огромным фокусным расстоянием (объектив) и линзы с малым фокусным расстоянием (окуляр), обращенной к наблюдающему. Зрительные трубы бывают 2-ух типов:

· Зрительная труба Кеплера, созданная для астрономических наблюдений. Одна дает увеличенные перевернутые изображения удаленных предметов и потому неудобна для земных наблюдений.

· Зрительная труба Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат Галилея, созданная 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. Подразумевается, что глаз наблюдающего аккомодирован на бесконечность, потому лучи от каждой точки удаленного предмета выходят из окуляра параллельным пучком. Таковой ход лучей именуется телескопическим. В Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат астрономической трубе телескопический ход лучей достигается при условии, что расстояние меж объективом и окуляром равно сумме их фокусных расстояний l = F1 + F2 .

Зрительная труба (телескоп) принято охарактеризовывать угловым повышением γ. В отличие от микроскопа, предметы, наблюдаемые в телескоп, всегда удалены от наблюдающего. Если удаленный предмет виден невооруженным глазом под углом ψ, а при наблюдении Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат через телескоп под углом φ, то угловым повышением именуют отношение

Угловому повышению γ, как и линейному повышению Γ, можно приписать знаки плюс либо минус зависимо от того, является изображение прямым либо перевернутым. Угловое повышение астрономической трубы Кеплера негативно, а земной трубы Галилея положительно.

Угловое повышение зрительных труб выражается через фокусные расстояния:

Набросок Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат 3.5.3.

Телескопический ход лучей.

В качестве объектива в огромных астрономических телескопах используются не линзы, а сферические зеркала. Такие телескопы именуются рефлекторами. Не плохое зеркало проще сделать, не считая того, зеркала в отличие от линз не владеют хроматической аберрацией.

В Рф построен наибольший в мире телескоп с поперечником Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат зеркала 6 м. Следует подразумевать, что огромные астрономические телескопы предусмотрены не только лишь для того, чтоб наращивать угловые расстояния меж наблюдаемыми галлактическими объектами, да и для роста потока световой энергии от слабосветящихся объектов.


1.2. Оптические инструменты.

1.2.1. Лупа

Одним из простых оптических устройств является лупа – собирающая линза, созданная для рассматривания увеличенных изображений Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат малых объектов. Линзу подносят к самому глазу, а предмет помещают меж линзой и основным фокусом. Глаз увидит надуманное и увеличенное изображение предмета . Удобнее всего рассматривать предмет через лупу совсем ненапряженным глазом , аккомодированным на бесконечность. Для этого предмет помещают в главной фокальной плоскости линзы так , что лучи, выходящие из каждой точки предмета , образуют Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат за линзой параллельные пучки. На рисунке изображено два таких пучка , идущих от краев предмета. Попадая в аккомодированный на бесконечность глаз, пучки параллельных лучей фокусируются на ретине и дают тут ясное изображение предмета.

Угловое повышение. Глаз находится очень близко к линзе , потому за угол зрения можно принять Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат угол 2Y , образованный лучами, идущими от краев предмета через оптический центр линзы. Если б лупы не было , нам пришлось бы поставить предмет на расстоянии лучшего зрения (25 см) от глаза и угол зрения был бы равен 2Y. Рассматривая прямоугольные треугольники с катетами 25 см и F см и обозначая половину предмета Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат Z, можем написать :

где 2B – угол зрения, при наблюдении через лупу;

2Y - угол зрения, при наблюдении невооруженным глазом;

F – расстояние от предмета до лупы;

Z – половина длины рассматриваемого предмета.

Принимая во внимание , что через лупу рассматривают обычно маленькие детали и потому углы Y и B малы, можно тангенсы поменять углами. Таким Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат макаром получится cледующее выражение для роста лупы

Как следует, повышение лупы пропорционально 1 / F , другими словами её оптической силе.

1.2.2. Микроскоп

Прибор, позволяющий получить огромное повышение при рассматривании малых предметов, именуется микроскопом.

Простой микроскоп состоит из 2-ух собирающих линз.

Очень короткофокусный объектив L1 даёт очень увеличенное действительное изображение предмета P'Q Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат' , которое рассматривается окуляром, как лупой.

Обозначим линейное повышение , даваемое объективом, через n1 , а окуляром через n2 , это означает , что = n1 и = n2 ,

где P'Q' – увеличенное действительное изображение предмета;

PQ – размер предмета;

P''Q'' - увеличенное надуманное изображение предмета;

n1 – линейное повышение объектива;

n2 – линейное повышение окуляра.

Перемножив эти выражения , получим Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат = n1 n2 ,

где PQ – размер предмета;

P''Q'' - увеличенное надуманное изображение предмета;

n1 – линейное повышение объектива;

n2 – линейное повышение окуляра.

Отсюда видно , что повышение микроскопа равно произведению увеличений, даваемых объективом и окуляром в отдельности. Потому может быть выстроить инструменты, дающие очень огромные роста – до 1000 и даже больше Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат. В добротных микроскопах объектив и окуляр - сложные.

Окуляр обычно состоит из 2-ух линз объектив же еще труднее. Желание получить огромные роста принуждают употреблять короткофокусные линзы с очень большой оптической силой. Рассматриваемый объект ставится очень близко от объектива и дает широкий пучок лучей, заполняющий всю поверхность первой линзы. Таким макаром , создаются очень Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат нерентабельные условия для получения резкого изображения: толстые линзы и нецентральные лучи. Потому для исправления различных недочетов приходится прибегать к композициям из многих линз разных видов стекла.

В современных микроскопах теоретический предел уже практически достигнут. Созидать в микроскоп можно и очень малые объекты , но их изображения представляются в виде малеханьких пятнышек Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат, не имеющих никакого сходства с объектом.

При рассматривании таких малеханьких частиц пользуются так именуемым ультрамикроскопом, который представляет собой обыденный микроскоп с конденсором, дающим возможность активно освещать рассматриваемый объект с боковой стороны, перпендикулярно оси микроскопа.

При помощи ультрамикроскопа удаётся найти частички , размер которых не превосходит миллимикронов.

1.2.3. Зрительная труба

Простая Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат зрительная труба состоит из 2-ух собирающих линз. Одна линза, обращенная к рассматриваемому предмету, именуется объективом , а другая , обращенная к глазу наблюдающего - окуляром.

Ход лучей в зрительной трубе показан на рисунке.

Объектив L1 дает действительное оборотное и очень уменьшенное изображение предмета P1 Q1 , лежащее около головного фокуса объектива Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат. Окуляр помещают так, чтоб изображение предмета находилось в его главном фокусе. В этом положении окуляр играет роль лупы, с помощью которой рассматривается действительное изображение предмета. Действие трубы, так же как и лупы, сводится к повышению угла зрения. С помощью трубы обычно рассматривают предметы, находящиеся на расстояниях, во много раз превосходящих её Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат длину.

Потому угол зрения, под которым предмет виден без трубы, можно принять угол 2B, образованный лучами, идущими от краев предмета через оптический центр объектива.

Изображение видно под углом 2Y и лежит практически в самом фокусе F объектива и в фокусе F1 окуляра.

Рассматривая два прямоугольных треугольника с Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат общим катетом Z' , можем написать:

где 2Y - угол под которым видно изображение предмета;

2B - угол зрения, под которым виден предмет невооруженным глазом;

F - фокус объектива;

F1 - фокус окуляра;

Z' - половина длины рассматриваемого предмета.

Углы Y и B - не значительны, потому можно с достаточным приближением поменять tgY и tgB углами тогда и повышение Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат трубы

где 2Y - угол под которым видно изображение предмета;

2B - угол зрения, под которым виден предмет невооруженным глазом;

F - фокус объектива;

F1 - фокус окуляра.

Угловое повышение трубы определяется отношением фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра. Чтоб получить огромное повышение, нужно брать длиннофокусный объектив и короткофокусный Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат окуляр.

1.2.4. Проекционные аппараты.

Для показа зрителям на дисплее увеличенного изображения рисунков, фотоснимков либо чертежей используют проекционный аппарат. Набросок на стекле либо на прозрачной пленке именуют диапозитивом, а сам аппарат , созданный для показа таких рисунков, - диаскопом. Если аппарат предназначен для показа непрозрачных картин и чертежей , то его именуют эпископом. Аппарат , созданный Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат для обоих случаев именуется эпидиаскопом.

Линзу , которая делает изображение находящегося перед ней предмета, именуют объективом. Обычно объектив представляет собой оптическую систему, у которой устранены важные недочеты, характерные отдельным линзам. Чтоб изображение предмета на было отлично видно зрителям, сам предмет должен быть ярко освещен.

Источник света S помещается в центре вогнутого Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат зеркала (рефлектора) Р. свет идущий конкретно от источника S и отраженный от рефлектора Р, попадает на конденсор К, который состоит из 2-ух плосковыпуклых линз. Конденсор собирает эти световые лучи на объективе О, который уже направляет их на экран Э, где выходит изображение диапозитива Д.

Сам диапозитив помещается меж основным Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат фокусом объектива и точкой, находящейся на расстоянии 2F от объектива. Резкость изображения на дисплее достигается перемещением объектива, которое нередко именуется наводкой на фокус.

1.2.5. Спектроскоп

Для наблюдения спектров пользуются спектроскопом.

Более всераспространенный призматический спектроскоп состоит из 2-ух труб, меж которыми помещают трехгранную призму.

В трубе А , именуемой коллиматором Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат имеется узенькая щель, ширину которой можно регулировать поворотом винта. Перед щелью помещается источник света, диапазон которого нужно изучить. Щель размещается в фокальной плоскости коллиматора, и потому световые лучи из коллиматора выходят в виде параллельного пучка. Пройдя через призму , световые лучи направляются в трубу В , через которую наблюдают диапазон. Если Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат спектроскоп предназначен для измерений , то на изображение диапазона при помощи специального устройства накладывается изображение шкалы с делениями , что позволяет точно установить положение цветовых линий в диапазоне.

При исследовании диапазона нередко бывает целесообразней сфотографировать его , а потом учить при помощи микроскопа.

Прибор для фотографирования спектров именуется спектрографом.

Схема спектрографа показана Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат на рисунке.

Диапазон излучения при помощи линзы Л2 фокусируется на матовое стекло АВ, которое при фотографировании подменяют фотопластинкой.


Глава 2. Дифракционные явления в оптических инструментах

Дифракционные явления играют важную роль при работе оптических инструментов, созданных для получения изображений объектов (глаз, объектив телескопа, микроскоп и т.д.). Дифракция определяет волновой предел разрешения Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат инструментов, другими словами малый размер деталей объекта, которые могут быть разрешены в изображении.

Оптические изображения, приобретенные при помощи линз либо зеркал, никогда не воспроизводят объект с безупречной точностью. Они бывают искажены вследствие всякого рода несовершенств оптических систем (аберрации). Но даже безупречная линза, свободная от аберраций, не может дать Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат безупречного изображения из-за волновой природы света. Дифракция световой волны, возникающая из-за конечного размера линз и зеркал, приводит к нарушению стигматичности изображений. Это значит, что изображения точечных объектов не могут быть точечными; они изображаются дифракционными пятнами конечного размера. Вследствие перекрытия дифракционных изображений две близкие точки объекта возможно окажутся неразрешимыми в Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат изображении. Таким макаром, появляется принципиальная задачка о дифракционном пределе разрешения оптических инструментов.

2.1. Дифракция Фраунгофера в геометрически сопряженных плоскостях.


Изображения, получаемые с помощью линз либо зеркал, размещаются в геометрически сопряженных плоскостях. В данном случае для пучка лучей, распространяющегося от каждой точки объекта, производится условие дифракции Фраунгофера. Пусть, к Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат примеру, параллельный пучок света от дальнего точечного объекта, сходится в фокальной плоскости линзы (рис. 2.1).

Набросок 2.1.

Дифракция Фраунгофера в фокальной плоскости линзы.

Любая точка фокальной плоскости соответствует нескончаемо удаленной точке; как следует, в фокальной плоскости производится условие дифракции Фраунгофера. Роль препятствия, на котором свет испытывает дифракцию, играет диафрагма D, ограничивающаяся световой пучок Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат. Таковой диафрагмой, а именно, может являться оправа самой линзы. Принято гласить, что дифракция происходит на входной апертуре оптической системы.

Аналогичным образом можно проиллюстрировать случай, когда точечный источник находится на конечном расстоянии a от линзы, а изображение появляется на расстоянии b за линзой. При всем этом расстояния а Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат и b подчиняются формуле линзы

(2.1)

Для простоты мы ограничиваемся тут случаем узкой линзы.

Для того, чтоб объяснить, почему и в данном случае производится условие наблюдения дифракции Фраунгофера, заменим одиночную линзу с фокусным расстоянием F 2-мя впритирку расположенными линзами с фокусными расстояниями и (рис. 2.2). Тогда источник оказываются расположенными в фронтальном фокусе первой Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат линзы, а плоскость изображения совпадает с задней фокальной плоскостью 2-ой линзы. При всем этом автоматом производится соотношение (2.1), потому что оно равносильно правилу сложения оптических сил (другими словами оборотных фокусных расстояний) 2-ух близко расположенных линз. В промежутке меж линзами лучи идут параллельным пучком. Сравнивая рис. 2.1 и 2.2, можно заключить, что во 2-м Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат случае дифракция Фраунгофера


происходит на общей оправе линз и наблюдается в задней фокальной плоскости 2-ой линзы.

Набросок 2.2.

Дифракция Фраунгофера в плоскости, геометрически сопряженной источнику.

Рис. 2.1 соответствует картине дифракции света в объективе телескопа (либо глаза), рис. 2.2 – дифракции в объективе микроскопа.

2.2. Дифракция Фраунгофера на щели и круглом отверстии.

Если перед линзой Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат размещена диафрагма в виде узенькой щели ширины D, то расчет для дифракционной картины Фраунгофера не представляет труда. В данном случае для рассредотачивания интенсивности в дифракционной картине выходит выражение


(2.2)

Тут q – угловая координата плоскости наблюдения. При наблюдении дифракции в геометрически сопряженной плоскости линейная координата r связана (в случае малых Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат углов) с угловой координатой соотношением: r = F*q. (либо r = F2 *q для варианта рисунка 2.2).

Рассредотачивание l( q ) имеет главный максимум при q = 0 и эквидистантно расположенные нули при sinq = ml/D, где m – целое число. Значимая часть энергии света, прошедшего через щель, локализуется в основном дифракционном максимуме, угловая полуширина Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат которого равна l/D. Интенсивность примыкающего максимума составляет примерно 5 % от интенсивности в центре дифракционной картины. Этот случай представляет для дифракционной теории оптических инструментов чисто методический энтузиазм, так как, обычно, входные апертуры имеют вид круглых отверстий. Расчет фраунгоферовой дифракции на круглом отверстии оказывается довольно массивным и приводит к бесселевым функциям первого Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат порядка I1 .

Рассредотачивание интенсивности света при дифракции Фраунгофера на круглом отверстии поперечника D выражается формулой


(2.3)


Рассредотачивания (2.2) и (2.3) очень похожи друг на друга. Картина дифракции на круглом отверстии имеет вид концентрических колец. Центральное светлое пятно носит заглавие пятна Эйри. Интенсивность в максимуме первого светлого кольца составляет примерно 2 % от интенсивности в центре пятна Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат Эйри. Рассредотачивание (2.3) показано на рис. 2.3.

Набросок 2.3.

Дифракция Фраунгофера на круглом отверстии.

При оценке разрешающей возможности оптических инструментов принципиально знать размер центрального дифракционного максимума. Угловой радиус пятна Эйри выражается соотношением


(2.4)

2.3. Интенсивность света в фокусе линзы.

Как надо из формулы (2.4), линейный размер дифракционного пятна пропорционален 1/D , а его площадь в фокальной Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат плоскости ~ 1/D2 . При всем этом полный поток световой энергии, проходящий через линзу, меняется пропорционально ее площади (~ D2 ). Таким макаром, интенсивность света в фокусе (в центре пятна Эйри) меняется прямо пропорционально D4 . Этот итог можно строго получить способом зон Френеля. Линзу следует рассматривать, как зонную пластинку, которая компенсирует Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат фазовые сдвиги световых колебаний в фокусе как от разных зон Френеля так и от различных частей одной и той же зоны. На языке векторных диаграмм это значит, что линза «выпрямляет» цепочку простых векторов, образующих векторную диаграмму для кольцевых зон Френеля.

Число зон Френеля, укладывающихся на линзе, в случае, когда точка Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат наблюдения совпадает с основным фокусом, равно m = D2 /4lF. Вклад одной зоны равен pA0 , где А0 - амплитуда волны от источника. Пренебрегая закручиванием спирали, другими словами считая вклады всех зон схожими, получим А = mpA0 . Как следует, выигрыш от фокусировки


(2.5)

где S – площадь линзы. Из-за малого значения оптической длины волны Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат отношение I / I0 оказывается очень значимым. К примеру, для линзы поперечником D = 5 см и фокусным расстоянием F = 50 см выигрыш от фокусировки оказывается порядка 108 .

2.4. Дифракционный предел разрешения оптических инструментов

2.4.1. Разрешающая способность телескопа.

Под разрешающей способностью телескопа принято осознавать разрешающую способность его объектива. Телескопы созданы для наблюдения удаленных объектов (звезд Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат). Пусть при помощи телескопа, объектив которого имеет поперечник D, рассматриваются две близкие звезды, находящиеся на угловом расстоянии . Изображение каждой звезды в фокальной плоскости объектива имеет линейный размер (радиус пятна Эйри), равный lF/D. При всем этом центры изображений находятся на расстоянии y*F. Как и в случае спектральных устройств, при определении Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат дифракционного предела разрешения употребляется условный аспект Рэлея (рис. 2.4). Разница заключается в том, что в случае спектральных устройств идет речь о разрешении 2-ух близких спектральных линий по их изображениям, а в случае оптических инструментов – о разрешении 2-ух близких точек объекта.


Согласно аспекту Рэлея, две близкие точки объекта числятся Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат разрешенными, если расстояние меж центрами дифракционных изображений равно радиусу пятна Эйри.

Набросок 2.4.

Предел разрешения изображений 2-ух близких звезд по Рэлею.

Применение аспекта Рзлея к объективу телескопа дает для дифракционного предела разрешения:


(2.6)

Необходимо подчеркнуть, что в центре кривой суммарного рассредотачивания интенсивности (рис. 2.4) имеется провал порядка 20 % и потому аспект Рэлея только Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат примерно соответствует способностям зрительного наблюдения. Опытнейший наблюдающий уверенно может разрешать две близкие точки объекта, находящиеся на расстоянии в пару раз наименьшем ymin .

Числовая оценка дает для объектива поперечником D = 10 см, ymin = 6,7*10-6 рад = 1,3”, а для D=102 см, ymin = 0,13”.

Этот пример указывает, как важны огромные астрономические инструменты. Наикрупнейший в мире действующий телескоп-рефлектор имеет Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат поперечник зеркала D = 6 м. Теоретическое значение предела разрешения такового телескопа ymin = 0,023”. Для второго по величине телескопа-рефлектора обсерватории Маунт-Паломар с D = 5 м теоретическое значение ymin = 0,028”. Но, нестационарные процессы в атмосфере позволяют приблизиться к теоретическому значению предела разрешения таких циклопических телескопов только в те редчайшие краткосрочные периоды наблюдений Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат. Огромные телескопы строятся приемущественно для роста светового потока, поступающего в объектив от дальних небесных объектов.

2.4.2. Разрешающая способность глаза.


Все произнесенное выше о пределе разрешения объектива телескопа относится и к глазу. На сетчатке глаза при рассмотрении удаленных объектов формируется дифракционное изображение. Потому формула (2.6) применима и к глазу, если под Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат D осознавать поперечник зрачка d3p . Полагая d3p = 3 мм, l = 550 нм, найдем для предельного разрешения людского глаза:

Понятно, что сетчатка глаза состоит из светочувствительных рецепторов конечного размера. Приобретенная выше оценка находится в очень неплохом согласии с физиологической оценкой разрешающей возможности глаза. Оказывается, что размер дифракционного пятна на сетчатке глаза Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат примерно равен размеру светочувствительных рецепторов. В этом можно усмотреть мудрость Природы, которая в процессе эволюции стремится воплотить рациональные характеристики живых организмов.

2.4.3. Предел разрешения микроскопа

В случае микроскопа объект размещается поблизости фронтального фокуса объектива. Энтузиазм представляет линейный размер деталей объекта, разрешаемых при помощи микроскопа. Изображение, даваемое объективом, размещается на Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат довольно большенном расстоянии L>>F. У стандартных микроскопов L = 16 см, а фокусное расстояние объектива – несколько мм. Объект может размещаться в среде, показатель преломления которой n > 1 (иммерсия).

Радиус пятна Эйри в плоскости изображения равен 1.22lL/D, где D – поперечник объектива. Как следует, микроскоп позволяет разрешить две близкие точки объекта, находящиеся на Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат расстоянии l, если центры их дифракционных изображений окажутся на расстоянии l', превосходящим радиус дифракционного пятна (аспект Рэлея).


(2.7)


Тут u’= D/2L – угол, под которым виден радиус объектива из плоскости изображения (рис. 2.5).

Набросок 2.5.

К условию синусов Аббе.

Чтоб перейти к линейным размерам самого объекта, следует пользоваться так именуемым условием синусов Аббе Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат, которое производится для хоть какого объектива микроскопа:


(2.8)

При написании последнего выражения принята во внимание малость угла u'. Отсюда для предела разрешения объектива микроскопа получаем выражение:


(2.9)

Угол 2u именуют аппретурным углом, а произведение n*sinu – числовой апертурой. У не плохих объективов угол u близок к теоретическому лимиту u Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат=p/2. Полагая для примера показатель преломления иммерсионной воды n = 1,5, получим оценку: lmin =0,4l.

2.4.4. Замечание о обычном увеличении оптических инструментов.

Как в телескопе, так и в микроскопе изображение, приобретенное при помощи объектива, рассматривается глазом через окуляр. Для того, чтоб воплотить стопроцентно разрешающую способность объектива система окуляр–глаз не должна Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат заносить дополнительных дифракционных искажений. Это достигается целесообразным выбором роста оптического инструмента (телескопа либо микроскопа). При данном объективе задачка сводится к подбору окуляра. На основании общих суждений волновой теории можно сконструировать последующее условие, при котором будет стопроцентно реализована разрешающая способность объектива: поперечник пучка лучей, выходящих из окуляра не должен превосходить поперечника зрачка Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат глаза d3p . Таким макаром, окуляр оптического инструмента должен быть довольно короткофокусным.


Поясним это утверждение на примере телескопа. На рис. 2.6 изображен телескопический ход лучей.

Набросок 2.6.

Телескопический ход лучей


Две близкие звезды, находящиеся на угловом расстоянии ymin в фокальной плоскости объектива изображаются дифракционными пятнами, центры которых размещаются на расстоянии ymin Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат F1 . Пройдя через окуляр, лучи попадут в глаз под углом ymin F1 /F2 . Этот угол должен быть разрешимым для глаза, зрачок которого имеет поперечник d3p . Таким макаром:

Тут g = F1 /F2 – угловое повышение телескопа. Отношение D/g имеет смысл поперечника пучка, выходящего из окуляра. Символ равенства в Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат (4.10) соответствует случаю обычного величения.


(2.11)

В случае обычного роста поперечник пучка лучей, выходящих из окуляра, равен поперечнику зрачка d3p . При g> gN в системе телескоп–глаз вполне употребляется разрешающая способность объектива. Аналогичным образом решается вопрос об увеличении микроскопа. Под повышением микроскопа понимают отношение углового размера объекта, наблюдаемого через микроскоп, к угловому Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат размеру самого объекта, наблюдаемого невооруженным глазом на расстоянии лучшего зрения d, которое для обычного глаза полагается равным 25 см. Расчет обычного роста микроскопа приводит к выражению:


(2.12)

Вывод формулы (2.12) является полезным упражнением для студентов. Как и в случае телескопа, обычное повышение микроскопа есть меньшее повышение, при котором может быть вполне применена разрешающая Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат способность объектива. Следует выделить, что применение увеличений больше обычного не может выявить новые детали объекта. Но, по причинам физиологического нрава при работе на пределе разрешения инструмента целенаправлено время от времени выбирать повышение, превосходящее обычное в 2–3 раза.

Заключение

Практическое значение оптики и её воздействие на другие отрасли познания только значительны Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат. Изобретение телескопа и спектроскопа открыло перед человеком удивительнейший и богатейший мир явлений , происходящих в обширной Вселенной. Изобретение микроскопа произвело революцию в биологии. Фото посодействовала и продолжает помогать чуть не всем отраслям науки. Одним из важных составляющих научной аппаратуры является линза. Без неё не было бы микроскопа Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат, телескопа, спектроскопа, фотоаппарата, кино , телевидения и т.п. не было бы очков, и многие люди, которым перевалило за 50 лет, могли быть лишены способности читать и делать многие работы , связанные со зрением.

Область явлений, изучаемая физической оптикой, очень пространна. Оптические явления теснейшим образом связаны с явлениями, изучаемыми в других разделах физики, а Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат оптические способы исследования относятся к более узким и четким. Потому логично , что оптике в протяжении долгого времени принадлежала ведущая роль в очень многих базовых исследовательских работах и развитии главных физических мнений. Довольно сказать, что обе главные физические теории прошедшего столетия - теория относительности и теория квантов - зародились и в Оптические инструменты, вооружающие глаз - реферат значимой степени развились на почве оптических исследовательских работ. Изобретение лазеров открыло новые широчайшие способности не только лишь в оптике, да и в её приложениях в разных отраслях науки и техники.

Источники:

http://www.markbook.chat.ru

http://www.college.ru

http://som.fio.ru



optimizaciya-debitorskoj-zadolzhennosti.html
optimizaciya-dostavki-insekticidnogo-sredstva-v-rostove-na-donu-referat.html
optimizaciya-dvizheniya-denezhnih-potokov-v-uchrezhdeniyah-sferi-zdravoohraneniya-na-primere-guz-oblastnoj-kozhno-venerologicheskij-dispanser.html