1) Визуальное исследование внутренних полых органов – гастроскопы, эндоскопы.
2) С помощью световодов осуществляется передача лазерного излучения во внутренние ткани и органы с целью лечебного воздействия.
6. Линза. Оптическая сила линзы. Построение изображений в линзах. Формула тонкой линзы. Аберрации линз: сферическая, хроматическая, астигматизм.
Линза – прозрачное тело, ограниченное обычно двумя сферическими поверхностями, каждая из которых может быть выпухлой или вогнутой. Прямая, проходящая через центры этих сфер, называется главной оптической осью. Проходя через линзу, световой луч изменяет направление – отклоняется. Если отклонение происходит в сторону оптической оси – линза собирающая, в противном случае – рассеивающая.
Оптическая сила D = 1/f – величина, обратная фокусному расстоянию. 1 дптр – оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1м.
Тонкая линза – линза, максимальная толщина которой значительно меньше радиусов обеих сферических поверхностей.
Формула тонкой линзы – ± 1/F = ± 1/d + ± 1/f, где d — расстояние предмета от линзы, f — расстояние от линзы до изображения, F — фокусное расстояние.
Аберрации – общее название для погрешностей изображения, возникающих для при использовании линз.
Хроматические аберрации – такие аберрации, которые проявляются только в немонохроматическом свете. Все остальные аберрации являются монохроматическими, то есть не зависят от сложного спектра света. Наблюдается явление дисперсии.
Сферическая аберрация – монохроматическая аберрация, обусловленная тем, что крайние части линзы сильнее отклоняют лучи, идущие от точки на оси, чем ее центральная часть. В результате этого изображение точки на экране получается в виде белого пятна. Устраняется при использовании систем, состоящих из вогнутой и выпуклой линз.
Астигматизм – монохроматическая аберрация, состоящая в том, что изображение точки имеет вид пятна эллиптической формы, которое при некоторых положениях плоскости изображения вырождается в отрезок.
7. Оптическая система глаза: светопроводящий и световоспринимающий аппарат. Главная оптическая и зрительная оси глаза. Единая узловая точка. Аккомодация. Расстояние наилучшего зрения. Ближняя точка зрения.
Глаз как оптическая система состоит из следующих элементов:
1) Склера – защищает глаз и придает постоянную форму
2) Роговица – действует как собирающая линза, у которой оптическая сила около 40дптр.
Сосудистая оболочка
4) Радужная оболочка – выполняет роль диафграмы
5) Зрачок – выполняет роль диафрагмы
6) Хрусталик – прозрачная двояковыпуклая линза. Оптическая сила – 20-30дптр.
7) Передняя камера – находится водянистая влага. Оптическая сила – 2-4дптр.
8) Сетчатка – светочувствительный слой, представляет собой разветвление зрительного нерва с нервными окончаниями в виде палочек и колбочек, из них колбочки служат для различения мелких деталей предмета и восприятия цветов (10млн.), а палочки не дают возможность различать мелкие предметы и цвета, но высокочувствительны к слабому свету (120млн.)
9) Стекловидное тело – объем части глаза, заполненный прозрачным стекловидным веществом. Оптическая сила – до 6дптр.
10) Желтое пятно - самое чувствительное место на сетчатке, то есть человек видит ясно те предметы, изображение которых проектируется на желтое пятно.
11) Слепое пятно – место, где зрительный нерв входит в глаз, нет ни палочек, ни колбочек, следовательно лучи, попадающие в данную область ощущений не вызывают.
Светопроводящая часть – образована роговицей, жидкостью передней камеры, хрусталиком, стекловидным телом. Спереди она ограничена воздухом, сзади – стекловидным телом.
Световоспринимающая часть – сетчатка, в которой находятся светочувствительные зрительные клетки.
Главная оптическая ось глаза проходит через центры роговицы, зрачка, хрусталика.
Зрительная ось – определяет направление наибольшей чувствительности глаза, которая проходит через центры роговицы и желтого пятна. Угол между оптической и зрительной осью составляет 5°.
Узловая точка - совпадает с оптическим центром глаза - это кардинальная точка, через которую лучи, идущие от предмета к сетчатке, проходят без преломления.
Аккомодация – приспособление глаза к четкому видению различных удаленных предметов (“Наводка на резкость”, “Фокусировка”). Можно осуществить 2-мя способами:
1) Изменяя расстояние от хрусталика до сетчатки
2) Изменяя кривизну хрусталика и, следовательно, меняя фокусное расстояние глаза. Для глаза используется этот способ.
Область аккомодации глаза можно определить положением двух точек:
1) дальняя точка аккомодации определяется положением предмета, изображение которого получается на сетчатке при расслабленной глазной мышце. У нормального глаза дальняя точка аккомодации находится в бесконечности.
2) ближняя точка аккомодации – расстояние от рассматриваемого предмета до глаза при максимальном напряжении глазной мышцы. Ближняя точка нормального глаза располагается на расстоянии 10–20 см от глаза. С возрастом это расстояние увеличивается.
8. Недостатки оптической системы глаза и способы их компенсации. Наименький угол зрения как характеристика разрешающей способности глаза. Острота зрения.
Астигматизм – может быть из-за ассиметрии оптической системы глаза. Это обусловлено несферической формой роговицы, хрусталика. При этом глаз не способен видеть одинаково резко взаимно перпендикулярные линии. Компенсация – использование очков с цилиндрическими линзами.
Близорукость – невозможность четко видеть дальнорасположенные объекты. В спокойном состоянии задний фокус лежит внутри глаза перед сетчаткой. Диаметр глазного яблока больше фокусного расстояния хрусталика (глаз вытянут). Для такого глаза расстояние наилучшего зрения меньше 25см. Компенсация – нужно уменьшить оптическую силу преломляющей системы глаза, использовав очки с рассеивающими линзами.
Дальнозоркость – невозможность четко видеть близкорасположенные объекты. В спокойном состоянии задний фокус лежит за сетчаткой. Диаметр глазного яблока так мал, что лучи фокусируются за сетчаткой. Для такого глаза расстояние наилучшего зрения больше 25см. Компенсация – нужно усилить оптическую силу преломляющей системы глаза, использовав очки с собирающими линзами.
Угол зрения b’ – это угол между лучами, идущими от крайних точек предмета через узловую точку (оптический центр глаза).
Разрешающая способность – способность глаза различить две близкие точки предмета раздельно.
Наименьший угол зрения b – такой угол зрения, при котором человеческий глаз еще различает две точки предмета по раздельности.
Предел разрешения Z = a0b - наименьшее расстояние между двумя точками предмета, рассматриваемого с расстояния наилучшего зрения, при котором они различимы как отдельные объекты.
Острота зрения V = 1/b – величина, обратная наименьшему углу зрения (в угловых минутах). Для нормального глаза острота зрения равна единице.
9. Оптическая микроскопия. Лупа, ход лучей в лупе, ее увеличение. Ход лучей в микроскопе, формула для увеличения.
Лупа – оптическая система (одна или несколько линз) с небольшим фокусным расстоянием (от 1см до 10см), располагаемая между объектом и глазом. Рассматриваемый предмет помещают между лупой и ее передним фокусом с таким расчетом, чтобы его мнимое изображение находилось в бесконечности, для этого предмет помещают в фокальной плоскости лупы.
Увеличение лупы Г = b’/b = a0/f – отношение угла зрения b', под которым видно изображение предмета в лупе, к углу зрения b, под которым предмет виден невооруженным глазом с расстояния наилучшего зрения. Увеличение лупы для близорукого и дальнозоркого глаза разные, так как у них различны расстояния наилучшего зрения. Увеличение можно сделать очень большим, применяя короткофокусные линзы, но в таком случае появляются значительные аберрации. Для их устранения лупы с большим увелиением делают из 2-3 линз.
Большое увеличение можно осуществить, рассматривая при помощи лупы действительное изображение предмета, создаваемое другой линзой или системой линз. Такое оптическое устройство реализовано в микроскопе. Лупу в этом случае называют окуляром, а другую линзу – объектиком.
Предмет B помещается несколько дальше переднего главного фокуса объектива, которое дает его увеличенное действительное изображение B’, рассматриваемое через окуляр.
Окуляр распологается так, чтобы изображение B’ находилось между ним и его передним фокусом, а формируемое мнимое увеличенное изображение B’’ получалось на расстоянии наилучшего зрения или на бесконечности. Это изображение и рассматривается глазом.
Увеличение микроскопа Г = а0 △ /(fокfоб) – отношение угла зрения b’, под которым видно изображение предмета в окуляре, к углу зрения b, под которым предмет виден невооруженным глазом с расстояния наилучшего зрения. Посколько микроскоп состоит из обектива и окуляра, то его увеличение зависит как от фокусного расстояния, так и от взаимного расположения.
Оптическая длина тубуса △ – основная характеристика взаимного положения окуляра. Это расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра.
10. Предел разрешения и полезное увеличение микроскопа. Специальные приемы микроскопии: ультрафиолетовый микроском, иммерсионные среды, ультрамикроскопия, микропроекция и микрофотография, измерение размером малых объектов.
Предел разрешения Z - наименьшее расстояние между двумя точками предмета, рассматриваемого с расстояния наилучшего зрения, при котором они различимы как отдельные объекты.
Величина, обратная пределу разрешения называется разрешающая способность.
Теоритический предел разрешения микроскопа зависит: от длины волны света, используемого для освещения и от апертурного угла, связанного с объективом. Окуляр не влияет на на разрешающую способность микроскопа.
Апертурный угол U – угол между крайними лучами светого пучка, входящего в линзу объектива от предмета.
Формула для предела разрешения в воздушной среде Z = 0,5l/sin(U/2) = l0 /2A, где А = числовая апертура (nsin(U/2)), l - длина волны света, которым освещается предмет, l0 – длина волны в вакууме
Полезное увеличение микроскопа – такое увеличение, при котором предмет, имеющий размер, равный пределу разрешения микроскопа, имеет изображение, размер которого равен пределу разрешения глаза. Увеличения называются полезными, так как при них глаз азличает все элементы структуры объекта, которые разрешимы микроскопом. Это такое увеличение, которое можно считать разумным с учетом разрешающей способности микроскопа и свойств глаза.
Специальные приемы микроскопии используются для увеличения разрешающей способности (уменьшения предела разрешения) микроскопа.
Иммерсия. В некоторых микроскопах для уменьшения предела разрешения пространство между объективом и предметом можно заполнить какой-либо жидкостью. Такая жидкость называется иммерсией, а микроскоп – иммерсионным. Zвоздух=0.30мкм, Zвода=0.22мкм, Zмасло=0.19мкм
Ультрафиолетовая микроскопия. Для уменьшения предела разрешения используют коротковолновое ультрафиолетовое излучение. Микрообъект исследуется в УФ лучах.
Измерение размером микроскопического объекта. Для этого используется окулярный микрометр. Он представляет собой круглую стеклянную пластинку, на которой нанесена шкала с делениями. Микрометр устанавливают в плоскости изображения, получаемого от объектива. При рассмотрении в окуляр изображения объекта и шкалы совмещаются и можно отсчитать, какое расстояние по шкале соответствует измеряемой величине. Предварительно определяют по известному объекту цену деления окулярного микрометра.
Микропроекция и микрофотография. Применяют специальные окуляры, которые проецируют промежуточное изображение А’B’ на пленку или на экран.
Ультрамикроскопия. Микроскоп позволяет обнаружить частицы, размеры которых лежат за пределами его разрешения. Этот метод использует косое освещение, благодаря чему микрочастицы видны как светлые точки на темном фоне, при этом строение частицы увидеть нельзя, можно только установить факт их наличия.