Разрешающая способность глаза

Теоретические сведения

Глаз человека – это оптическая система. Как оптический прибор глаз обладает большой чувствительностью, особенно к перепаду освещенности (контрастности). Одной из главных характеристик глаза, как оптического прибора, является разрешающая способность. Две точки изображения воспринимаются раздельно, если попадают на две разные светочувствительные клетки глаза.

Разрешающей способностью глаза или оптического прибора называется величина обратная минимальному углу между направлениями на две точки, при котором получаются их раздельные изображения. Она определяется дифракцией света на входном зрачке глаза или объективе оптического прибора.

Дифракция Фраунгофера от круглого отверстия имеет вид центрального светлого пятна (кружок Эйри), окруженного чередующимися темными и светлыми кольцами. Соответствующий расчет дает, что первый дифракционный минимум находится на угловом расстоянии от центра дифракционной картины, равном

формула1(1)

где D – диаметр зрачка или входного отверстия объектива, λ – длина световой волны. На практике (для телескопа, глаза) мы имеем D>>λ, и формула (1) принимает более простой вид

 формула2 (2)

Лабораторная работа
Определение разрешающей способности человеческого глаза

Цель: научиться определять угловую разрешающую способность человеческого глаза
Оборудование: линейка с делениями
Порядок выполнения работы:
1) Определите цену деления линейки С.
2) Поместите линейку перед глазами. Линейка должны быть хорошо освещена. Наблюдая одним глазом и отдаляясь от линейки, определите расстояние ℓ, на котором два соседних деления перестают быть видимыми по отдельности.
3) Искомый минимальный угол определите по формулеформула3Так как величина угла получена в радианах, переведите ее в минуты дуги по формуле

формула44) Проведите теоретический расчет φmin, используя данные, приведенные в приложении к работе. При расчетах по формуле (2) длина волны света берется равной 550 нм.
5) Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

таблица

Контрольные вопросы:

1. Назовите основные составляющие оптической системы глаза.
2. Что называется разрешающей способностью оптического прибора?
3. Меняется ли разрешающая способность глаза в зависимости от внешней освещенности? Если меняется, то как и почему
4. Какие дефекты зрения вам известны?
5. Почему человек может достаточно точно оценить расстояние «на глаз»?
6. Почему близорукие люди, рассматривая отдалённые предметы, прищуривают глаза?
7. Какой человек лучше видит под водой: с нормальным зрением, близорукий или дальнозоркий? Почему?
8. Имея в виду предыдущий вопрос, объясните тот факт, что человек в маске с плоским стеклом довольно хорошо видит под водой.

Приложение  (справочное)

Оптические характеристики глаза человека

Наименьшая световая энергия, которую способен воспринимать привыкший к темноте (адаптированный) глаз  ≈ 10–17 Дж
Наименьший световой поток, воспринимаемый адаптированным глазом (соответствует энергии нескольких десятков фотонов в секунду) ≈ 2·10–5 Вт
Высота полета самолета, с которой летчик в ясную безлунную звездную ночь может увидеть свет свечи ≈ 4…9 км
Наименьшая освещенность, при которой адаптированный глаз отличает белую поверхность от черной ≈ 10–6 лк
Диаметр зрачка при освещении
сильном до 2 мм
слабом до 7 мм
Диаметр хрусталика около 10 мм
Фокусное расстояние полной системы глаза:
переднее 17,055 мм
заднее 22,78 мм
Фокусное расстояние хрусталика 69,9 мм
Преломляющая сила:
полной системы глаза 58,64 мм
хрусталика 19,11 мм

Залишити відповідь