Материал: Uchebnoe_posobie_Optika

Так как лучи 8 и 9 проходят различные оптические среды (исследуемый предмет, покровное стекло, линза объектива и т.д.) по несколько отличающимся путям, сдвиг фазы между этими лучами подбирается опытным путем с помощью последовательной смены фазовых пластинок, находящихся на турели б, которая может вращаться вокруг своей оси

10.

Метод тёмного поля

Наблюдение слабоконтрастных объектов проводится также методом темного поля. В методе темного поля используется специальный конденсор темного поля К, одна из возможных конструкций которого показана на рисунке.

Лучи 1 падают на конденсор темного поля, в состав которого входит параболическое зеркало 3, в фокусе которого находится исследуемый предмет 4, находящийся на предметном столике микроскопа. Диафрагма 2 препятствует прямому попаданию света на предмет. Лучи, отразившиеся от зеркал, могут пройти через предмет (лучи 5) и не попасть в линзу объектива 7, но могут дифрагировать на слабоконтрастных включениях в предмете 6, изменить свое направление (лучи 8) и попасть в объектив микроскопа.

Следовательно, на темном фоне будут наблюдаться слабоконтрастные компоненты исследуемого предмета.

Ультрамикроскопия

Ультрамикроскопия была предложена в 1903 г. немецкими оптиками Зидентопфом и Зигмонди. С помощью ульрамикроскопии можно наблюдать предметы, размеры которых меньше предела разрешения микроскопа ~ 2–3 нм. Ультрамикроскопия является разновидностью метода темного поля.

Принцип ультамикроскопии показан на рисунке. Световой поток 1 проходит через линзу 2, которая направляет лучи на исследуемую среду, на-

ходящуюся в кювете К.

Лучи света 3 рассеиваются на включениях (частицах) 5. В данном случае под рассеянием понимается изменение траектории квантов света при их соударении с частицами вещества. Рассеянный свет попадает в объектив микроскопа 4, который расположен перпенди-

кулярно лучам, освещающим исследуемую среду.

21

Ввиду малости частиц их структуру увидеть нельзя. Обнаруживается только их наличие в виде светлых точек на темном фоне. Наиболее сильно удлиненные частицы рассеивают свет, если они располагаются перпендикулярно падающему световому потоку. При этом происходит как бы вспышка яркости. Поэтому при движении несферические частицы мерцают. Для сферических частиц мерцание не наблюдается.

Ультрамикроскопия используется для исследования любых дисперсных систем, независимо от агрегатного состояния фаз. В частности, для оценки чистоты воздуха в санитарной гигиене.

3. Зрительный анализатор и коррекция зрения

Зрительный анализатор или глаз – это орган, воспринимающий электромагнитные волны видимого диапазона, излучаемые и отражаемые предметами, и на основе этого дающий мозгу 98% всего объема информации об окружающем мире.

Глаз человека является своеобразным оптическим прибором, занимающим в разделе геометрической оптики особое место. Это объясняется тем, что многие оптические инструменты рассчитаны на зрительное восприятие их показаний. С другой стороны глаз человека (и животных) как усовершенствованная в процессе эволюции биологическая система, даёт некоторые идеи по конструированию и улучшению оптических систем.

Механизм генерации зрительного ощущения является фотобиологическим процессом. Поэтому изучение светопреобразующей системы глаза требует привлечения законов взаимодействия света с веществом, а также аппаратов квантовой механики и квантовой биофизики.

Фармацевтам и медикам необходимо понимание этих вопросов, так как при лечении целого ряда глазных болезней используют не только хирургические, но и медикаментозные методы, применение которых, особенно на ранних стадиях заболеваний, позволяет исключить необходимость хирургического вмешательства.

3.1. Элементы строения глаза

Рассмотрим строение глаза. Глазное яблоко состоит из трех оболочек. Наружная – белочная оболочка Б или склера, которая в передней части переходит в прозрачную роговицу Р. Средняя – сосудистая оболочка С, которая впереди переходит в радужку (или радужную оболочку) В, представляющую собой апертурную диафрагму глаза. Радужка за счет пигмента имеет индивидуальные различия в окраске. Она образует отверстие – зрачок, диаметр которого может меняться в пределах d = 2–8 мм, что необходимо во избежание повреждения сетчатки при слишком ярком свете. При этом световой поток изменяется в 16 раз.

Зрительный анализатор или глаз включает в себя светопреломляющий и световоспринимающий аппараты. Световоспринимающий аппарат глаза,

22

представляет собой внутреннюю – сетчатую оболочку (сетчатку) Н или

ретину.

Максимальной чувствительностью к свету обладает область сетчатки, назы-

ваемая желтым пятном Ж. Рядом с желтым пятном находится место входа

зрительного нерва ЗН в глазное яблоко.

Эта область сетчатки совершенно не чувствительна для света – слепое пятно СП.

Светопреломляющий аппарат гла-

за состоит из роговицы Р, передней камеры П, заполненной прозрачной влагой, хрусталика X и стекловидного тела СТ,

по консистенции представляющего желеобразную массу (гель).

Хрусталик – это прозрачное, бесцветное, эластичное тело в виде двояковыпуклой линзы в прозрачной сумке. Хрусталик может изменять свою выпуклость, т.е. оптическую силу D за счет баланса двух воздействий: силы, создаваемой ресничной мышцей, которая, сжимая хрусталик, делает его более выпуклым, увеличивая оптическую силу и внутриглазного давления, уплощающего хрусталик. В норме внутриглазное давление имеет величину примерно на 18–20 ммpm. cm. выше атмосферного. Оно позволяет глазному яблоку сохранять шаровую форму.

На рисунке отмечены также зрительная ось глаза ЗО, соответствующая направлению наилучшего зрения и оптическая ось ОО глаза, как оптической системы.

3.2. Оптическая система глаза

Через геометрический центр роговицы и хрусталика проходит главная оптическая ось ОО, а через центр хрусталика и желтое пятно – зрительная ось ОО. Зрительная ось совпадает с направлением наилучшей светочувствительности. Угол между главной оптической и зрительной осями составляет при-

мерно 5°.

Показатели преломления воздуха и внутренней среды глаза не равны. Из этого вытекает следующее:

1. Фокусные расстояния f1 и f2 не равны. Для сферической поверхности фокусные расстояния как со стороны предметов, так и со стороны изображения могут быть вычислены по формуле:

23

дят параллельные лучи); n2 – показатель преломления второй среды; R – радиус кривизны поверхности раздела двух сред. На рисунке: F1 и F2 – фокусы; f1 и f2 – фокусные расстояния; Н1 и Н2 – главные точки; N1 и N2 – узловые точки. Соответственно оптическая сила сферической поверхности равна:

Оптическая сила линзы с двумя преломляющими поверхностями:

d

D = D1 + D2 – n D1 D2, где D1 и D2 – оптическая сила передней и задней по-

верхностей линзы соответственно; d– расстояние между ними; n – показатель преломления заключенной между ними среды.

Элементы светопреломляющего аппарата глаза имеют оптическую си-

лу:

1. Роговица D = 42–43 дптр; 2. Влага передней камеры D = 2–4 дптр; 3. Стекловидное тело D = –5– (–6) дптр, рассеивает свет; 4. Хрусталик D = 19– 33 дптр. Общая оптическая сила всего глаза D = 63–74 дптр.

2. Главные плоскости оптической системы глаза, перпендикулярные главной оптической оси и проходящие через главные точки Н1 и Н2, не совпадают. Н1 и Н2 – это точки, для которых линейное увеличение:

линзы до изображения.

3. С главными плоскостями не совпадают плоскости, перпендикулярные главной оптической оси и проходящие через узловые точки N1 и N2. Для

этих точек угловое увеличение:Z tg 2 1, где 1 – угол раскрытия пучка tg 1

лучей точки предмета; 2 – угол раскрытия пучка лучей для сопряженной точки изображения.

Глаз имеет четыре преломляющие поверхности, образованные роговицей, водянистой влагой и хрусталиком. Снаружи эта оптическая система ограничена возду-

хом, изнутри – стекловидным телом. Часто для упрощения вычислений всю оптическую систему глаза представляют линзой, которая со стороны пространства предметов окружена воздухом, а со стороны пространства изображений – жидкостью с показателем преломления 1,336, главные Н1 и Н2 и ловые N1, N2 точки совмещают. Оптическая сила такой системы составляет

58,6 дптр, а сама система называется приведенным редуцированным глазом.

24

Чем дальше предмет удален от глаза, тем меньше его изображение на сетчатке. Проведем через крайние точки предмета АВ, имеющего размер Н, и совмещенную узловую точку N лучи. Пересечение их с сетчаткой даст действительное, обратное, уменьшенное изображение предмета размером h, величина которого h = l tg , где l – расстояние между совпадающей узло-

вой точкой N и сетчаткой. Если угол зрения между лучами мал, то tg = . Получаем h = l . Размер предмета Н = L , где L – расстояние от предмета

lH

до глаза. Таким образом, h L . Из известного расстояния до предмета

можно определить размер последнего, и, наоборот, из известного размера предмета можно определить расстояние до него.

Наименьший угол зрения , при котором человек еще способен видеть отдельно две различные точки предмета (угловая разрешающая способность), составляет примерно одну минуту. При расположении предмета на расстоянии 25 см линейная разрешающая способность человеческого глаза составляет 70 мкм, а размер изображения этих точек на сетчатке – 5 мкм, что, в свою очередь, равно среднему расстоянию между колбочками.

Из геометрической оптики известно, что при равных показателях пре-

Поэтому для получения четкого изображения различно удаленных предметов должно изменяться либо расстояние а2, либо фокусное расстояние f2. В глазе человека реализуется последний способ. Возможность фокусирования на сетчатке изображений различно удаленных предметов за счет изменения кривизны хрусталика, особенно его передней поверхности, называется аккомодацией. Чем ближе расположен предмет, тем больше должна быть кривизна хрусталика и его оптическая сила.

3.3. Виды действия очковых линз

Очки – это простейшие оптические устройства, служащие для коррекции недостатков зрения и защиты глаз от вредных внешних оптических и механических воздействий. Очки состоят из очковых стекол и оправы. Оправа устанавливает нужное положение стекол относительно глаз.

Для глаз характерны следующие недостатки, которые могут возникнуть в результате заболеваний либо при неправильном использовании органов зрения, а также как возрастные явления. Это прежде всего близору-

кость (миопия), дальнозоркость (гиперметропия), астигматизм, косогла-

зие и др., которые не компенсируются аккомодацией. Недостатки глаз исправляются с помощью очковых линз, которые обладают рядом действий.

25