Геометрична оптика презентация

Спектральна чутливість ока людини

Оптика це наука про світло та його взаємодію з речовиною. Оптика вивчає не тільки видиму частину спектра електромагнітних хвиль (від 380 нм до 76о нм ), але й більш короткі ЕМ хвилі – ультрафіолетове випромінювання (від 10нм до 380 нм) та більш довгі ЕМ хвилі – інфрачервоне випромінювання (від 760 нм до 2 мм).
Геометрична оптика – розділ оптики, в якому вивчаються закони поширення світла з урахуванням відбивання, заломлення світлових променів на межах різних середовищ, пояснює умови формування оптичних зображень не враховуючи при цьому їх хвильової природи.

Джерела світла,
походження
Природні:
Сонце, зірки, полярні сяяння, блискавка, комахи, що світяться
Штучні: лампи, свічки, екрани телевізорів тощо

Процеси в основі випромінювання
Люмінесцентні
Теплові

Закони розповсюдження світла
1.Закон прямолінійного розповсюдження світла
2.Закон відбиття світла
3.Закон заломлення світла

Прямолінійне розповсюдження світла
В однорідному, прозорому для світла середовищі, світло розповсюджується прямолінійно
(Евклід, ІІІ ст. до н е.)

Принцип Ферма
n – показник заломлення;
c =3⋅108 м/с – швидкість світла;
v – швидкість світла у даному середовищі,[м/с];
Промінь світла розповсюджується завжди у просторі між двома точками А і В за таким шляхом, для проходження якого йому необхідно мінімальний час, порівняно з будь-яким іншим шляхом між тими самими точками.
Абсолютний показник заломлення
пропорційний оптичній довжині шляху
v

Закон відбиття
Нормаль, падаючий і відбитий промені завжди знаходяться в одній площині.
Кут падіння дорівнює куту відбиття.
α = β
О
А
В
NO – нормаль;
АО – падаючий промінь;
ОВ – відбитий промінь;
α – кут падіння;
β – кут відбиття.
N

Закон заломлення
Нормаль, падаючий і заломлений промені завжди знаходяться в одній площині.
NO – нормаль;
АО – падаючий промінь;
ОС – заломлений промінь;
α – кут падіння;
γ – кут заломлення.
О
А
С
N
Закон Снеліуса
Відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величина стала, що залежить тільки від співвідношення абсолютних показників заломлення обох середовищ.

γ < α
γ > α
оптично менш щільне
оптично більш щільне
Закон повного внутрішнього відбиття
n1> n2
n1
n2
αпр
γ=900
αгр – граничний кут падіння, чи граничний кут повного внутрішнього відбиття
n1< n2
n1>n2

Волоконна оптика
Повне внутрішнє відбиття у блоці з органічного скла
Волоконна оптика – це розділ оптики, який розглядає передачу світла і зображення по світловодам. Методи волоконної оптики використовуються в атомній фізиці, оптичному зв’язку, фототелеграфії та медицині. Сучасна медицина використовує волоконну оптику для вирішування одразу двох завдань: освітлення світлом внутрішніх порожнин і передачі зображення. Волоконна оптика широко застосовується в медицині, в медичних інструментах. Світлопроводи при введенні в тіло пацієнта передають зображення органа або ураженої ділянки на зовнішню телекамеру, що виключає необхідність хірургічного втручання.

Лінза
1 - двоопукла
2 - опукло-плоска
3 - опукло-вгнута (позитивний (опуклий) меніск)
✍ Лінза – прозоре середовище, обмежене сферичними чи іншими кривими поверхнями (одна з яких може бути плоскою)
Збиральна
(позитивна)
Розсіювальна
(негативна)
середина товще за їх боки
боки товще середини
4 – двовгнута
5 - плоско-вгнута
6 - опукло-вгнута (негативний (вгнутий) меніск)

Тонкі лінзи
Тонкі лінзи – це лінзи, відстань між обмежуючими поверхнями яких мала у порівнянні з відстанню від предмета чи зображення. Товщина лінзи не враховується.
С1С2 - оптична вісь - пряма лінія, що проходить через центри сферичних поверхонь, що обмежують лінзу;
т.O - оптичний центр - точка, яка у двоопуклих чи двовгнутих (з однаковими радіусами поверхнями) лінз знаходиться на оптичній вісі всередині лінзи (у її центрі).
Фокус лінзи (т. F) - точка на головній оптичній вісі, в якій перетинаються після заломлення промені (чи їх продовження), падаючі на лінзу паралельно головній оптичній вісі. У будь-якої лінзи - два фокуси.
Фокусна відстань (f) – відстань від оптичного центру (т. О) до фокусу.
у збиральної лінзи f > 0, у розсіювальної f < 0.
Оптична сила (F =1/f) – це величина обернена до фокусної відстані. збиральної лінзи F > 0, у розсіювальної F < 0. Одиниці виміру діоптрії (дптр)

Формула лінзи
p – відстань від предмету до лінзи, [м];
q – відстань від лінзи до зображення, [м];
f – фокусна відстань, [м].
Лінійне збільшення лінзи
відношення висоти зображення предмета Н до дійсної висоти самого предмета h.

Побудова зображень у збиральній лінзі

Побудова зображень у розсіювальній лінзі

Оптична система ока

Оптична сила ока
У стані спокою
У стані напруження

Оптична сила рогівки

Оптична сила кришталика

Зв'язок між лінійними розмірами предмета та розмірами його зображення на сітківці

Акомодація
✍ Акомодація – налаштування ока до чіткого бачення різновіддалених предметів.

Акомодація
зміна відстані від кришталика до сітківки
зміна кривизни кришталика, тобто зміна фокусної відстані ока
Ближня межа акомодації пов'язана з максимальним напруженням кільцевого м'яза
Відстань найкращого зору – відстань, коли акомодація виконується без суттєвого напруження
25 см
Світлочутливість ока змінюється у широких межах завдяки зоровій адаптації – здатності ока налаштовуватися до будь-якої яскравості

Оптичні дефекти зору
короткозорість (міопія)
Люди погано бачать далекі предмети
Головний фокус оптичної системи ока лежить перед сітківкою
Окуляри з розсіювальними лінзами, які добирають так, щоб головний фокус системи розмістився на сітківці ока

Розрахунок корегувальних лінз
для короткозорого ока

далекозорість (гіперметропія)
Люди погано бачать близькі предмети
Головний фокус оптичної системи ока лежить за сітківкою
Окуляри зі збиральними лінзами, які добирають так, щоб головний фокус системи розмістився на сітківці ока
Оптичні дефекти зору

Розрахунок корегувальних лінз
для далекозорого ока

✍ Астигматизм - дефект зору, пов’язаний з несферичністю рогівки, тобто з її різною кривизною у різних площинах.
Людина чітко бачить горизонтальні лінії, але нечітко вертикальні лінії, чи навпаки

Кут зору
Розмір зображення на сітківці залежить від розміру предмета та його відстані від ока, тобто від кута, під яким можна бачити предмет.
✍ Кут зору – це кут між променями, що йдуть від крайніх точок предмета через вузлову точку (оптичний центр).
Найменший кут зору – такий кут зору, при якому людське око ще відрізняє дві точки предмета окремо.

Роздільна здатність

Гострота зору

Лупа
✍ Лупа – збиральна лінза, призначена для розгляду збільшених зображень малих предметів.
✍ Збільшення лупи – відношення кута зору, під яким видно зображення предмета у лупі, до кута зору, під яким предмет можна бачити «неозброєним оком» з відстані найкращого зору:
L – відстань найкращого зору, L ≈ 0,25 м;
F – фокусна відстань лінзи, м.