Визометрия – исследование остроты зрения

3.1. Законы, лежащие в основе оптических измерений углов.

В основе измерения
углов оптическими методами лежат законы
геометрической оптики: закон прямолинейного
распространения света и закон отражения
света.

Закон
прямолинейного распространения света
состоит в том, что свет между двумя
точками в однородной среде распространяется
по прямой,
соединяющей
эти точки.

Законы отражения
света:

  1. Отражённый луч
    лежит в плоскости, проходящей через
    падающий луч и нормаль (перпендикуляр)
    к отражающей поверхности, восстановленный
    из точки падения луча на поверхность.
    (Рис. 4).

  2. Угол отражения
    равен углу падения, причём, углы
    отсчитываются от нормали к поверхности.

5.1. Измерение углов призмы автоколлимационньм методом

5.1.1. Застопорите
зрительную трубу в произвольном положении
винтом 23. Верхний столик застопорите
винтом 31. Отпустите винт 29 (рис.9). При
этом предметный столик вместе с лимбом
должен свободно вращаться относительно
алидады.

5.1.2. Установите в
центр столика исследуемую призму. Столик
с призмой поверните так, чтобы одна из
граней призмы стала перпендикулярна
оси зрительной трубы.

5.1.3. Медленно вращая
столик, найдите автоколлимационное
изображение перекрестия и совместите
его с вертикальной нитью отсчётного
креста окуляра. Снимите отсчёт
A1 В
случае, если столик гониометра был ранее
отгоризонтирован относительно визирной
оси зрительной трубы, то смещение
изображения автоколлимационного креста
по высоте свидетельствует о наличии
пирамидальности призмы.

5.1.4. Проделайте п.
5.1.3. для второй и третьей грани призмы
и снимите отсчёты
А2 и A3
соответственно.

5.1.5. Проделайте
измерение углов призмы три раза, каждый
раз предварительно переставляя призму
на столике. Сохраняйте соответствие
отсчётов
А1.А2,АЗ
отражающим граням призмы.

5.1.6. Вычислите по
формулам (2) и (3) углы призмы. Найдите
сумму (∑)
углов призмы. Оцените точность ваших
измерений. Отклонение от номинального
значения не должно превышать точности
прибора равную 5″.

5.2. Измерение углов призмы методом отражения.

Из аналитической
геометрии известно, что ориентация
любой плоскости в пространстве задаётся
однозначно нормалью к этой плоскости.
Это позволяет, зная направления двух
световых лучей (падающего на плоскость
и отражённого от неё), определить нормаль
к отражающей поверхности как биссектрису,
образованного этими лучами угла.

На практике нет
необходимости находить биссектрису
угла между падающим и отражённым лучами.
Достаточно того, что эта биссектриса
всегда существует и единственна, т. е.
знание направлений падающего и
отражённого лучей эквивалентно знанию
направления нормали к данной плоскости.

При измерении
углов на гониометре вместо отдельного
луча используется параллельный пучок
лучей, выходящей из коллиматора
параллельно его оси (см. рис. 6).

Фиксация
отражающей плоскости в пространстве
с помощью коллиматора и зрительной
трубы

1-коллиматор,
2-зрительная
труба, ,
– углы падения и отражения параллельного
пучка света на поверхность
Р, N – нормаль
к поверхности
Р, -
угол
отклонения поверхности Р
от первоначальной положения.

Отражённый
от плоской поверхности пучок лучей
наблюдают через зрительную трубу. При
любом угле между коллиматором и
зрительной трубой существует только
одно положение отражающей плоскости
Р,
при котором изображение щели коллиматора
будет наблюдаться в перекрестии
зрительной трубы.

Предлагаем ознакомиться:  Зрительной гимнастики При дальнозоркости

Это будет тогда, когда
отражённый от плоскости Р
пучок лучей будет идти параллельно оси
трубы. При отклонении плоскости Р
от такого положения на некоторый угол
, отражённый от плоскости Р
луч повернётся на угол
2,
а благодаря угловому увеличению
зрительной трубы равному γ,
получим, что изображение щели сместится
на угол2γ.

Известно, что
невооружённым глазом человек в состоянии
различить две точки, наблюдаемые под
углом 1′.
При помощи зрительной трубы при
увеличении γ=30
можно зафиксировать отклонение плоскости
от первоначального положения на угол
равный 1″.

К тому же это легко сделать, т.к.
перекрестие окуляра является репером,
т.е. задаёт первоначальное положение,
относительно которого наблюдается
смещение изображения щели. Для того
чтобы измерить угол между двумя
плоскостями, например, между гранями
призм, гониометре имеется лимб
(проградуированная круговая шкала)
жёстко связанный с поворотным столиком,
на который помещается призма.

Схема измерения
углов призмы методом отражения

1
– зрительная труба, 2 – коллиматор, 3 –
лимб, 4 – предметный столик, 5 – призма,
N1,
N2,
N3-
нормали к граням призмы,
12,
23,
13-
углы призмы,12,23,31-
углы между нормалями к граням призмы.

12
=
/ А1
– А2
/ .
(2)

где
12-
угол поворота столика, А1,А2
– отсчёты по лимбу соответственно.

Легко
показать, что угол между гранями призмы
12
связан
с углом поворота столика
12
формулой

12=
/
1800
-12
/ (3)

Для
определения углов призмы 23
и 13
необходимо пользоваться формулами
аналогичными (2) и (3), при соответствующих
значениях индексов.

Высокая точность
измерения углов на гониометре обусловлена
не только большим угловым увеличением
зрительной трубы, но также качеством
поворотной системы гониометра и
возможностью снимать отсчёты по лимбу
с такой же точностью, с которой можно
регистрировать отклонения плоскости
от фиксированного положения (1″).

5.2.1. Перед измерением
углов призмы данным методом установите
или проверьте установку коллиматора
по пункту 4.3. данной инструкции.

5.2.2. Поворачивая
алидаду подведите зрительную трубу
близко к коллиматору, образуя между их
осями острый угол (см. рис.7), и оставьте
алидаду неподвижной в процессе измерений.
Для этого застопорите винт 23.

5.2.3. Установите на
столике исследуемую призму (рис.7).
Зажмите винт 31 и отпустите винт 29 (рис.9).
При этом столик должен вращаться
свободно. Поворачивая столик с призмой
и наблюдая в зрительную трубу, найдите
изображение щели коллиматора, полученное
отражением от грани призмы.

5.2.4. Снимите отсчёт
А1 по отсчётному
микроскопу 17 и занесите показания в
таблицу.

5.2.5. Поворачивая
столик с призмой, найдите изображение
щели коллиматора, отражённое от второй
грани призмы. Совместите его с перекрестием
окуляра. Снимите отсчёт
А2 и занесите
его в таблицу. Проделайте тоже самое
для третьей грани призмы и запишите в
таблицу отсчёт
A3.

5.2.6. Проделайте
измерения углов призмы три раза, каждый
раз переставляя призму на столике.
Сохраняйте соответствие отсчётов
А1, А2,АЗ
отражающим граням.

5.2.7. Вычислите по
формулам (2) и (3) утлы призмы. Найдите
сумму

Предлагаем ознакомиться:  Зрительная нагрузка при проблемах с сетчаткой

( ∑
)
углов призмы. Отклонение от номинального
значения не должно превышать точность
прибора равную 5″.

5.2.8. Закончив
измерения, выключите прибор, поставив
тумблер 25 в положение ” Выкл.”

Выключать ртутную
лампу можно только после окончания
работ на соседних установках, связанных
с лампой световодами.

Таблица
1.

призмы

Метод
измерений

номер

опыта

Измеряемые величины

Результаты
вычислений

А1

А2

А3

α12

α23

α31

Σ

отражение

1

2

3

автоколлима-ционный

1

2

3

Среднее
значение:

Назначение и принцип действия коллиматора.

4.3.1. Включите
ртутную лампу и соедините ее с помощью
световода со щелью коллиматора.

4.3.2.
Поворачивая алидаду направьте зрительную
трубу на коллиматор и,
вращая
маховичок 4 (рис.9), добейтесь наиболее
четкого изображения щели.

4.3.3. Винтом 2
(рис.9) установите ширину щели равную
ширине биштриха отсчетного креста
окуляра.

4.3.4. Вращая винт б
(рис.9), наклоняйте коллиматор до тех
пор,
пока
изображение щели не расположится
симметрично относительно отсчетного
креста. При этом оптическая ось коллиматора
установится перпендикулярно оси прибора.

Приложение измерение ошибки прямого угла призмы

При установке
призмы на предметном столике гониометра
гипотенуз-ной гранью нормально к визирной
оси трубы в поле зрения появляются три
(или пять) автоколлимационных изображения
перекрестия сетки окуляра (рис.

Ход
лучей при нормальном падении света
на гипотенузную грань

Поле зрения
автоколлимационного окуляра

При прохождении
лучей через призму с показателем
преломления nлучи 2 и 3
отклоняются от нормали или от луча 1 на
угол 2φn
, здесьφ
– ошибка прямого угла, т.е. угол равный
отклонению угла призмы от 90° Отклонение
лучей 2 и 3 друг от друга равно
β = 4φn.
При n
= 1.5 получимβ=6φ.

Врашая столик с
призмой, можно видеть, что автоколлимационное
изображение, полученное от гипотенузной
грани, перемещается, в то время как
изображения, построенные лучами 2 и 3,
остаются неподвижными.

О наличии
пирамидальности призмы свидетельствует
тот факт, что все автоколлимационные
изображения смещены по высоте относительно
друг друга.

Для того, чтобы
измерить уголβ
необходимо, поворачивая столик,
последовательно совместить
автоколлимационное изображение 1 с
неподвижными изображениями 2 и 3 и взять
разность соответствующих отсчётов по
лимбу.

Ход лучей в зрительной трубе Кеплера

1-объектив,
2-сетка, 3-окуляр, 4-глаз наблюдателя, f1и f2
– фокусные расстояния объектива и
окуляра,
– угол, под
которым виден объект без зрительной
трубы, ω΄-
угол, под которым наблюдается изображение
объекта в трубе.

Рис.
2.

С помощью объектива
получают оптическое изображение
удалённого объекта наблюдения, а с
помощью окуляра рассматривают это
изображение под увеличенным углом
зрения. Изображения предметов, удалённых
на бесконечность, будут лежать в задней
фокальной плоскости объектива, совпадающей
с передней фокальной плоскостью окуляра.

Поэтому пучки параллельных лучей,
вошедшие в трубу, выходят из неё также
в виде системы параллельных лучей. Такие
оптические системы называются
телескопическими или афокальными, т.
е. не имеющими фокусов.

* Объектив – это
обращённая к объекту часть оптической
системы, формирующая действительное
изображение объекта.

* Окуляр
– это обращённая к глазу наблюдателя
часть оптической системы, которая служит
для визуального рассмотрения
действительного изображения,
сформированного объективом.

Телескопическая
система без глаза изображения не даёт,
однако, она изменяет наклон пучков, что
обеспечивает увеличение углов поля
зрения. Поэтому такие системы
характеризуются обычно угловым
увеличением.

Угловое увеличие
зрительной трубы можно определить с
помощью рис.2. Удалённый объект наблюдения
виден невооружённым глазом под углом
ω
, а его
оптическое изображение – под углом ω΄.
Отношение этих углов или их тангенсов
(что безразлично, вследствии малости
углов) можно найти из треугольников с
вершинами в точках 01
и 02
и общим основанием
h.

Предлагаем ознакомиться:  Факторы риска глаукомы — Все о проблемах с глазами

γ
= tgf1/tgf2
= f1/f2
(1)

здесь γ
– угловое увеличение зрительной трубы.

f1f2

фокусные расстояния объектива и окуляра.

В общей фокальной
плоскости объектива и окуляра установлена
сетка с перекрестием, которая и
обеспечивает возможность не только
наблюдать удалённые объекты, но и
определять направления на них. Так,
изображение удалённого объекта, получится
в центре перекрестия лишь в том случае,
если направление на объект совпадает
с главной оптической осью зрительной
трубы.

Фокусировка на
резкость различно удалённых объектов
наблюдения осуществляется при помощи
дополнительной рассеивающей линзы,
установленной между объективом и
окуляром. Перемещением этой линзы
удаётся приводить в переднюю фокальную
плоскость окуляра изображения объектов
различно удалённых от наблюдателя при
неизменной длине трубы.

Если направить
пучок света коллиматора на зрительную
трубу (рис.3), то в поле зрения окуляра
будет видно изображение освещаемой
щели коллиматора, причём резкость
изображения не зависит от расстояния
между трубой и коллиматорам.

Работа коллиматора
совместно со зрительной трубой

Изображение
щели остаётся неподвижным при любом
смещении коллиматора не изменяющим
ориентацию в пространстве. Но поворот
оси

коллиматора
относительно оси зрительной трубы
вызывает сдвиг этого изображения.

4.1.1. Включите
гониометр тумблером “сеть”
25 (рис.9).

4.1.2. Вращением
оправы окуляра 16 (рис.11) добейтесь резкого
изображения отсчётного креста в поле
зрения окуляра (рис. 4, вид Б).

4.1.3. Установите
зрительную трубу маховичком 13 по
фокусировочной шкале 5 на отметку∞.
Затем приложите к оправе объектива
плоскопараллельную стеклянную пластинку.
Медленно вращая маховичок 13 влево-вправо,
добейтесь максимальной резкости
изображения светящегося креста
автоколлимационной сетки (см. рис. 4,
вид А).

4.2.1. На столик
гониометра установите торцевой гранью
контрольную плоскопараллельную
стеклянную пластинку так, чтобы её
плоскость была перпендикулярна оси
одного из винтов 9 (рис.9,11).

4.2.2. Застопорите
зрительную трубу винтом 23 и, отключив
зажимной винт 29,поверните предметный
столик так, чтобы ось зрительной трубы
была перпендикулярна плоскости пластинки.
Медленно поворачивая столик вправо и
влево относительно выбранного положения,
найдите светящийся автоколлимационный
крест.

4.2.3. Совместите
светящийся автоколлимационный крест
с отсчётным крестом окуляра (винт 9
смещает этот крест вверх-вниз, поворот
столика смещает крест вправо-влево).
Снимите отсчёт по отсчётному микроскопу
17 (смотри пункт 3.5).

4.2.4. Поверните
столик на 1800
. Контролируйте поворот по отсчётному
микроскопу. Показания должны измениться
на 180°

4.2.5. Проверьте
совпадение по вертикали перекрестия
сетки окуляра с автоколлимационным
изображением, полученным от другой
поверхности пластинки.
Несовпадение перекрестия исправьте
так: половину
интервала выберите наклоном трубы 11, а
другую половину наклоном столика (винт
9, перпендикулярный плоскости пластинки,
см. рис. 11).

4.2.б. Повторите
п.п. 4.2.4….4.2.5. до точного совмещения
автоколлимационных крестов, получаемых
от обеих поверхностей пластинки с
горизонтальной нитью перекрестия.

Загрузка ...
Adblock detector