通过应用光学高斯知识分析显微镜的成像原理以及推出放大率公式

通过应用光学高斯知识分析显微镜的成像原理以及推出放大率公式,第1张

体现显微镜成像原理:

体视显微镜是一种具有正像立体感的目视仪器。体视显微镜的光学结构原理是由一个共用的初级物镜,对物体成像后的两个光束被两组中间物镜亦称变焦镜分开,并组成一定的角度称为体视角一般为12度--15度,再经各自的目镜成像,体视显微镜的倍率变化是由改变中间镜组之间的距离而获得,利用双通道光路,双目镜筒中的左右两光束不是平行,而是具有一定的夹角,为左右两眼提供一个具有立体感的图像。它实质上是两个单镜筒显微镜并列放置,两个镜筒的光轴构成相当于人们用双目观察一个物体时所形成的视角,以此形成三维空间的立体视觉图像。

大学哦。

只有对称性分布的电场问题往往容易利用高斯成像定理解决,而这个大学物理电磁学才学到。

从高斯公式到高斯定理。

数学中的高斯公式是曲面积分的一个重要公式,物理电磁学中的高斯定理同样是求场强的一个重要定理。两者之间,形式上看起来有很大差别,但是我们可以通过高斯公式来推出高斯定理。

透镜成像公式一般指成像公式。成像公式,即透镜成像公式、高斯成像公式,其形式为:1/f=1/u+1/v。中f为焦距,趾负;u为物距;v为像距,实实负。

一、透镜分为凸透镜和凹透镜。凸透镜成像规律就是:物体放在焦点之外,在凸透镜另一侧成倒立的实像,实像有缩小、等大、放大三种。物距越小,像距越大,实像越大。物体放在焦点之内,在凸透镜同一侧成正立放大的虚像。物距越大,像距越大,虚像越大。凹透镜对光线起发散作用,它的成像规律则要复杂得多。

二、成像应用:

1、人眼:

人类的眼睛所成的像,是实像还是虚像?眼的结构相当于一个凸透镜,那外界物体在视网膜上所呈的像,一定是实像。根据上面的经验规律,视网膜上的物像似乎是倒立的。可是我们平常看见的任何物体,明明是正立的啊?这个与经验与规律发生冲突的问题,实际上涉及到大脑皮层的调整作用以及生活经验的影响。由于视觉错误,人眼认为光是由物体发出并直射入人眼。

2、照相机:

照相机的镜头就是一个 凸透镜,要照的景物就是物体,胶片就是屏幕。照射在物体上的光经过 漫反射通过凸透镜将物体的像成在最后的胶片上;胶片上涂有一层对光敏感的物质,它在曝光后发生化学变化,物体的像就被记录在胶卷上。

3、其他:

放映机,幻灯机,投影机,放大镜, 探照灯,摄像机和摄像头都应用了凸透镜,凸透镜完善了我们的生活,时时刻刻都应用在生活中。远视眼镜就是凸透镜,近视眼镜就是 凹透镜。

1、人眼成像原理

人眼相当于一架照相机,晶状体相当于照相机镜头,视网膜相当于照相机的胶片,人眼看物体和凸透镜成像的原理是一样的,如图是眼睛的构造,就是一个凸透镜。根据成像条件可知,物体在视网膜上成的倒立、缩小的实像,来自物体的光线通过瞳孔,经过晶状体成像在视网膜上,再经过神经系统传到大脑,经过大脑处理,我们就看到物体而产生视觉了。

人眼是一个共轴光学系统,观察物体时,物体上的光线先经过角膜、前房水、瞳孔、晶状体、后房液,最后到达眼底视网膜上,成清晰的像。在成像过程中,眼睛如同一只自动变焦和自动改变光圈大小的照相机,它是把外界物体成像在眼底视网膜上,再结合人的大脑的生物作用,形成对外界客观事物的感观认识。从光学角度看,眼睛的角膜晶状体对应照相机中的镜头、虹膜与瞳孔相当于孔径光阑、视网膜如同底片或成像接收器。

人眼视轴,是黄斑中心与眼睛光学系统像方节点的连线。眼球的转动,使视轴对准观察物体并成像于黄斑为中心的一个区域上,视细胞受到光的刺激而产生视觉信息,通过视神经传递到大脑,从而产生最清晰视觉。眼睛对物体的成像是是实物成实像,所以视网膜上的像始终是倒像,在神经系统和大脑的作用下,人的感觉像是像是正立的。

人观察物体时,有一定的视场(角)范围,其视场角度在水平方向上可以达到150°,在垂直视场角可以达到高水平130°,左右可达70°左右,最清晰的视场范围是在视轴周围6°~8°。

人眼结构参数与光学参数折射率如表6-1所示。

2、人眼的调节和适应

人眼要看清远近的物体,也能明辨明暗环境下的物体,这种自动调节叫眼睛调节,主要靠睫状肌的收缩和晶体的固有弹性来实现的。人眼的调节主要有两种类型:瞳孔调节和视度调节。

1)瞳孔调节

人眼的瞳孔是虹膜的中心圆孔,瞳孔可以自动调节直径大小来控制进入眼睛的光通量,直径变化范围是2~8mm之间。白天光线较强时,光亮度高时,虹膜收缩,瞳孔变小到2mm,光阑拦住部分光进入眼睛;光线暗时,瞳孔变大到8mm,使进入眼睛的光能多。由于瞳孔的调节,人眼能够感受很大范围的光亮度的变化。在设计目视光学仪器时必须考虑和人眼瞳孔大小配合。

若外界光很强,瞳孔缩小到2mm时仍然使人无法适应,就容易使视网膜造成伤害。直视太阳或正视激光束能在视网膜上烧成一盲斑,使人在观看任何景象时,总有一块或数块区域是黑斑。

眼睛能适应不同亮暗环境的能力称为适应。这种适应主要是因为人眼的瞳孔自动增大或缩小完成。适应可分为明适应和暗适应。 明适应 发生在由暗处到亮处时,会产生瞬间眩目现象,瞳孔自动缩小,导致进光量少,明适应适应过程较快,几分钟即可,但敏感度大大降低。 暗适应 发生在由亮处到暗处时,开始眼睛眼前一片漆黑,瞳孔自动增大并伴随着暗适应过程的逐渐完成,进入眼睛的光能量增加,眼睛适应于感受微弱的光能,眼睛的敏感度也相应地提高,眼睛适应了暗环境才能看清周围的环境。人在暗环境里呆的时间越长,眼睛的暗适应就越好,敏感度也就越好,约60分钟后,敏感度达最大。此时视杆细胞在起非常大的作用。眼睛能感受的光亮变化非常大,可达1012:1的范围。    

当人眼适应完成后,人眼瞳孔直径随所处的环境光亮度值有一对应值表6-2表出不同亮度条件下,人眼适应后瞳孔直径的平均取值,设计目视光学系统时要考虑环境与人眼瞳孔之间的大小配合。

2)视度调节

眼睛是一个光学成像系统,当观察物体时,使物体在视网膜上形成一个清晰的像。在眼球内,眼睛主要折射结构晶状体到视网膜的几何距离近似固定,对于眼睛特定的光学系统,在物距不断改变,像距不变的情况下,唯一能改变的是改变晶状体的焦距。睫状肌收缩时,牵拉晶状体的表面曲率半径变小,可观察近处物体;当睫状肌放松时,晶状体曲率半径变大,可看清远处物体。眼睛成像系统对任意距离物体成像时,通过自动改变晶状体曲率达到调焦用以看清不同距离物体的过程,称为眼睛的调节。眼睛长时间用眼可发生 眼疲劳 现象,眼疲劳的症状表现为:眼睛发胀、头疼、眼花,眼睛酸涩、眼睛发干等。

为了描述眼睛看清远近物体的调节能力,引入了视度的概念。假定人眼能看清的物面位置到人眼的距离为l,单位m,则这距离的倒数就是视度,用SD来表示,单位为屈光度,符号为D,具体计算公式为:

正常眼 当肌肉完全放松时眼睛看远处物体,能看清的最远的点叫远点;当肌肉收缩时,眼睛看近处时能看清最近的点叫近点。正常眼所能看到的远点在极远处,近点在距离眼睛约10厘米处。设远点(far point)距离lr,近点(near point)距离 lp,远点视度与近点视度的差就是人眼调节的范围,或者叫人眼的调节能力,用符号表示,其单位为屈光度D。

眼睛是人的重要器官,不同的人眼睛的特点不同,所以近点与远点均会有差异。随着年纪的增长,远点近点都会有所变化,也就是人眼的调节能力会随着年龄的增长会慢慢变差,肌肉收缩的能力也会衰退,所以近点尤其会变化明显,往往会近点变远。年纪增大到一定年纪,会出现老年性远视眼或老花眼,这种现象的程度也会因人而异。表6-3列出了不同年龄段的眼睛的调节能力情况。

年龄近点距(CM)P/屈光度远点距(CM)R/屈光度=R-P/屈光度。通常情况下,人眼有一个近距离工作的习惯距离,称为 明视距离 ,即正常视力的眼睛在正常照明(50lx)下的习惯工作距离,长度为250mm,这个距离人眼看物体最舒服,它有别于近点距离,近点距离是人眼能够看清最近距离物体的极限距离。

例1 :远点为2m的近视眼,所需眼镜的光焦度为-05D,即50度。根据高斯成像公式可得:眼镜的度数等于屈光度数×100=-0 5×100=50度。

(续)

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