Темы кодификатора ЕГЭ: оптические приборы.
Как мы знаем из , для более подробного разглядывания объекта нужно увеличить угол зрения. Тогда изображение объекта на сетчатке будет крупнее, и это приведёт к раздражению большего числа нервных окончаний зрительного нерва; в мозг направится большее количество визуальной информации, и мы сможем увидеть новые детали рассматриваемого объекта.
Неоптические средства - это простые функции, которые могут увеличить визуальное разрешение. Эти функции не связаны с использованием увеличительной линзы для улучшения визуальной функции, но они могут использоваться в дополнение к оптическим устройствам или, возможно, заменяют их в некоторых случаях.
Язык - это способ общения и выражения чувств, идей и действий. Это подчеркивает важность использования оптических и неоптических средств для помощи людям с низким зрением при выполнении операций чтения и записи. Это исследование предназначалось для проверки использования оптических и неоптических средств для оказания помощи в выполнении операций чтения и записи лицами с низким зрением.
Почему угол зрения бывает малым? На то есть две причины: 1) объект сам по себе имеет малый размер; 2) объект, хотя и достаточно велик по размерам, но расположен далеко.
Оптические приборы - это приспособления для увеличения угла зрения. Для рассматривания малых объектов используются лупа и микроскоп. Для рассматривания далёких объектов применяются зрительные трубы (а также бинокли, телескопы и т. д.)
Это было описательное и кросс-секционное исследование. Население включало 30 субъектов с приобретенным низким зрением, которые посещали программу реабилитации для подростков и взрослых с нарушением зрения, проводимую Центром исследований и исследований в области реабилитации, Колледж медицинских наук, Университет Кампинаса, Бразилия.
Выбранными переменными были персональные характеристики, использование оптических и неоптических средств и участие в мероприятиях, требующих использования оптических и неоптических средств. Инструмент сбора данных был создан с использованием структурированных вопросов, разработанных в ходе исследовательского исследования, предыдущего теста на основе интервью и чтения и записи, связанных с использованием оптических и неоптических средств.
Невооружённый глаз.
Начинаем с рассматривания мелких объектов невооружённым глазом. Здесь и далее глаз считается нормальным. Напомним, что нормальный глаз в ненапряжённом состоянии фокусирует на сетчатке параллельный пучок света, а расстояние наилучшего зрения для нормального глаза равно см.
Пусть небольшой предмет размером находится на расстоянии наилучшего зрения от глаза (рис. 1 ). На сетчатке возникает перевёрнутое изображение предмета, но, как вы помните, это изображение затем вторично переворачивается в коре головного мозга, и в результате мы видим предмет нормально - не вверх ногами.
На этапе планирования это исследование предоставило данные, отражающие знания и мнения людей с приобретенным низким зрением в отношении чтения и письма. Таким образом, можно было настроить восприятие исследователя в соответствии с восприятием испытуемых.
На первом этапе поискового исследования были проведены индивидуальные интервью с 3 субъектами с приобретенным низким зрением, в том числе открытые вопросы, основанные на вышеуказанных переменных, а также чтение и письмо. На основе результатов, полученных на первом исследовательском этапе, вторая фаза включала в себя построение полуструктурированного измерительного прибора. Вопросы были организованы так, чтобы уважать порядок содержания и группироваться в соответствии с переменными исследования, сохраняя верность языку, используемому субъектами.
Ввиду малости предмета угол зрения также является малым. Напомним, что малый угол (в радианах) почти не отличается от своего тангенса: . Поэтому:
. (1)
Если r расстояние от оптического центра глаза до сетчатки, то размер изображения на сетчатке будет равен:
. (2)
Из (1) и (2) имеем также:
. (3)
Как известно, диаметр глаза составляет около 2,5 см, так что . Поэтому из (3) следует, что при рассматривании мелкого предмета невооружённым глазом изображение предмета на сетчатке примерно в 10 раз меньше самого предмета.
С данными, полученными на этом втором этапе, можно было построить инструмент со структурированными вопросами. Предыдущий тест был предназначен для улучшения инструмента и постепенной интеграции пошаговой информации в исследовательское исследование. Предыдущий тест был выполнен путем применения структурированной анкеты к 3 предметам с приобретенным низким зрением, которые не участвовали в предыдущих шагах. В конце этого этапа необходимо было проверить и ответить на вопросы в викторине.
Это население было похоже на население, которое участвовало в исследовании, которое было исключено из конечной популяции. Четвертый и заключительный этап исследовательского исследования был завершен путем повторного применения анкеты к двум другим предметам с приобретенным низким зрением. Никаких изменений не требовалось; поэтому инструмент для сбора данных был завершен.
Лупа.
Укрупнить изображение объекта на сетчатке можно с помощью лупы (увеличительного стекла).
Лупа - это просто собирающая линза (или система линз); фокусное расстояние лупы обычно находится в диапазоне от 5 до 125 мм. Предмет, разглядываемый через лупу, помещается в её фокальной плоскости (рис. 2 ). В таком случае лучи, исходящие из каждой точки предмета, после прохождения лупы становятся параллельными, и глаз фокусирует их на сетчатке, не испытывая напряжения.
Сбор данных осуществлялся с использованием структурированного вопросника, который был введен субъектам, которые согласились принять участие в исследовании, подписав заявление на информированное согласие. После сбора данных открытые вопросы были разбиты на категории и сгруппированы, а закрытые вопросы были количественно и сведены в таблицу.
У всех испытуемых отмечались серьезные нарушения зрения, а у 60% мужчин. Что касается образовательной квалификации, 5% испытуемых прошли начальное образование, 3% закончили начальную школу, 0% закончили среднюю школу, 6% закончили среднюю школу, а 6% получили высшее образование.
Теперь, как видим, угол зрения равен . Он также мал и приблизительно равен своему тангенсу:
. (4)
Размер l изображения на сетчатке теперь равен:
. (5)
или, с учётом (4) :
. (6)
Как и на рис. 1, красная стрелочка на сетчатке также направлена вниз. Это означает, что (с учётом вторичного переворачивания изображения нашим сознанием) в лупу мы видим неперевёрнутое изображение предмета.
Возраст возникновения проблем с глазами составлял от 10 до 69 лет, а средний возраст начала заболевания составлял 29 лет. Это исследование подтвердило, что распространенность низкого зрения у мужчин выше, чем среди женщин. Другие авторы также обнаружили более широкие популяции людей с низким зрением.
Возраст начала нарушения зрения варьировался от 10 до 69 лет в этом исследовании, при этом средний возраст начала составляет 29 лет. Большинство испытуемых сообщили об использовании некоторых оптических средств для проведения ближней и дальней деятельности, а также о наиболее часто цитируемых действиях: чтении, уборке, приготовлении пищи и шоппинге. Эти пациенты достигли значительного улучшения остроты зрения, когда использовали рецепты для ближнего зрения в соответствии с их визуальными потребностями.
Увеличение лупы - это отношение размера изображения при использовании лупы к размеру изображения при рассматривании предмета невооружённым глазом:
. (7)
Подставляя сюда выражения (6) и (3) , получим:
. (8)
Например, если фокусное расстояние лупы равно 5 см, то её увеличение . При рассматривании через такую лупу объект кажется в пять раз больше, чем при рассматривании его невооружённым глазом.
Подставим также в формулу (7)
соотношения (5)
и (2)
:
Очки обеспечивают лучшее зрение во время ближних задач, обеспечивая более высокое визуальное поле, что облегчает работу повседневной жизни и визуальную визуализацию. Системы телескопов могут помочь в дистанционных задачах, таких как просмотр телевидения, ориентация, мобильность и шоппинг, поиск мест в магазинах и магазинах, а также поиск ящиков. Ручные лупы предназначены для того, чтобы помочь пациентам с низким зрением выполнять близкие, краткосрочные задачи.
Выбор таких вспомогательных средств основывается на визуальном статусе пациента и визуальных и жизненных потребностях человека с низким зрением. После выбора оптических средств адаптация очень важна. Для очистки и приготовления пищи ручное увеличительное стекло можно использовать для идентификации продукта или пищи; однако субъект должен быть осторожным при приближении к плите для обеспечения безопасности.
Таким образом, увеличение лупы есть угловое увеличение: оно равно отношению угла зрения при рассматривании объекта через лупу к углу зрения при рассматривании этого объекта невооружённым глазом.
Отметим, что увеличение лупы есть величина субъективная - ведь величина в формуле (8) есть расстояние наилучшего зрения для нормального глаза. В случае близорукого или дальнозоркого глаза расстояние наилучшего зрения будет соответственно меньше или больше.
Назначение оптических средств зависит от визуального состояния субъекта и может в целом улучшить визуальную работоспособность в зависимости от заболевания глаз, уровня остроты зрения и убеждений субъекта в отношении здоровья глаз. Исследование, проведенное в Англии, показало следующее - из 168 пациентов, которым были назначены оптические средства для слабого зрения, получили ориентацию на использование неоптических средств и соблюдали 6 месяцев подряд.
Большинство испытуемых в этом исследовании сообщили об использовании неоптических средств. Наиболее часто используемыми неоптическими средствами были увеличение буквы, а затем приближение объектов к глазам. Деятельность по чтению была наиболее часто упоминаемой деятельностью, в ходе которой использовались неоптические средства, а затем выполнялись письменные действия.
Из формулы (8) следует, что увеличение лупы тем больше, чем меньше её фокусное расстояние. Уменьшение фокусного расстояния собирающей линзы достигается за счёт увеличения кривизны преломляющих поверхностей: линзу надо делать более выпуклой и тем самым уменьшать её размеры. Когда увеличение достигает 40–50, размер лупы становится равным нескольким миллиметрам. При ещё меньших размерах лупы пользоваться ей станет невозможно, поэтому считается верхней границей увеличения лупы.
Неоптические средства, упомянутые в этом исследовании, в основном использовались для наиболее часто цитируемых работ по чтению и письму. Неоптические средства просты в использовании; однако некоторые из них могут быть дорогими. Эти средства были доступны для большинства субъектов, участвовавших в этом исследовании.
В мире, построенном по письменному слову, люди, которые могут видеть, могут не думать о трудностях, с которыми сталкиваются люди с нарушениями зрения, которые ежедневно подвергаются чтению и письму. Лица с низким зрением могут писать даже без использования оптических и неоптических средств, хотя чаще всего они не читают то, что они пишут. Эта трудность может быть сведена к минимуму за счет использования неоптических вспомогательных средств, таких как расширение слов и приближение объектов к глазам.
Микроскоп.
Во многих случаях (например, в биологии, медицине и т. д.) нужно наблюдать мелкие объекты с увеличением в несколько сотен. Лупой тут не обойдёшься, и люди прибегают к помощи микроскопа.
Микроскоп содержит две собирающие линзы (или две системы таких линз) - объектив и окуляр. Запомнить это просто: объектив обращён к объекту, а окуляр - к глазу (к оку).
Самый важный способ получить знания, даже в эту эпоху Интернета и в этом виртуальном мире, все еще является письменным языком. Чтение и письмо являются важным требованием для человека эффективно участвовать в обществе, в котором они живут, и быть добросовестным гражданином.
Большинство испытуемых сообщили об использовании оптических и неоптических средств во время чтения и подчеркнули использование очков, увеличительных линз и ручного расширения слов. Для выполнения работ по письменной форме все субъекты сообщили об использовании оптических средств, в то время как большинство из них заявили, что они не использовали неоптические средства во время таких действий.
Идея микроскопа проста. Рассматриваемый объект находится между фокусом и двойным фокусом объектива, так что объектив даёт увеличенное (действительное перевёрнутое) изображение объекта. Это изображение располагается в фокальной плоскости окуляра и затем рассматривается в окуляр как в лупу. В результате удаётся достичь итогового увеличения, гораздо большего 50.
Утилизация рекурсивных средств и визуальных эффектов. Сан-Паулу: Маноле; стр. 169. Начальное исследование показателей чтения и понимания для студентов, получивших оптические устройства. Уход за профессиональной помощью со взрослым с приобретенной слепотой.
Реабилитационное поведение пациентов с низким зрением. Визуальный недостаток: характеристики и ожидания клиники клиники реабилитации. Причины слабого зрения и использования оптических средств у пожилых людей. Увеличение и оптические средства при низком зрении.
Психологические и социальные последствия низкого зрения. Основы низкого зрения: клиническая и функциональная перспектива. Нью-Йорк: Американский фонд слепых журналистов; стр. 26. Помогая слепым и частично зрячим людям читать: эффективность слабовидящих средств.
Ход лучей в микроскопе показан на рис. 3 .
Обозначения на рисунке понятны: - фокусное расстояние объектива - фокусное расстояние окуляра - размер объекта; - размер изображения объекта, даваемого объективом. Расстояние между фокальными плоскостями объектива и окуляра называется оптической длиной тубуса микроскопа.
Обратите внимание, что красная стрелочка на сетчатке направлена вверх. Мозг вторично перевернёт её, и в результате объект при рассмотрении в микроскоп будет казаться перевёрнутым. Чтобы этого не происходило, в микроскопе используются промежуточные линзы, дополнительно переворачивающие изображение.
Изучение остроты зрения и скорости чтения при низком зрении. Низкое зрение и слепота: пути к реабилитации, образованию и включению. Говорите на языке речи и речи на языке человека с низким зрением: исследовательское исследование. Дислексия и нарушения обучения.
Оптическое хранилище - это любой метод хранения, который использует лазер для хранения и извлечения данных с оптических носителей. Примерами этих носителей являются компактная дисковая память, цифровая универсальная дисковая память, цифровая универсальная дисковая память произвольного доступа, картриджи с однократным считыванием-считывания, стираемые оптические картриджи и съемные носители для хранения данных, которые являются съемными дисками и вспышками диски.
Увеличение микроскопа определяется точно так же, как и для лупы: . Здесь, как и выше, и - размер изображения на сетчатке и угол зрения при рассматривании объекта в микроскоп, и - те же величины при рассматривании объекта невооружённым глазом.
Имеем по-прежнему , а угол , как видно из рис. 3 , равен:
Деля на , получим для увеличения микроскопа:
Эти функции уникальны для оптической поддержки. Эта информация предназначена для следующих пользователей. Оптическое хранилище в системе обеспечивает экономичный и эффективный способ хранения и получения большого объема информации на высоком уровне производительности. Оптические запоминающие устройства обладают значительными преимуществами по сравнению с другими устройствами хранения большой емкости, такими как лента и микрофильм, с более быстрым временем доступа и организацией файлов иерархического типа.
Даже когда вводятся новые устройства, основные методы доступа к оптической информации остаются неизменными, так как эти новые устройства хранения добавляются под текущие интерфейсы файловой системы, которые программы оптического хранения использовались годами.
. (9)
Это, разумеется, не окончательная формула: в ней присутствуют и (величины, относящиеся к объекту), а хотелось бы видеть характеристики микроскопа. Ненужное нам отношение мы устраним с помощью формулы линзы.
Для начала ещё раз посмотрим на рис. 3
и используем подобие прямоугольных треугольников с красными катетами и :
Здесь - расстояние от изображения до объектива, - a - расстояние от объекта h до объектива. Теперь привлекаем формулу линзы для объектива:
из которой получаем:
и это выражение мы подставляем в (9) :
. (10)
Вот это и есть окончательное выражение для увеличения, даваемого микроскопом. Например, если фокусное расстояние объектива равно см, фокусное расстояние окуляра , а оптическая длина тубуса см, то согласно формуле (10)
Сравните это с увеличением одного только объектива, которое вычисляется по формуле (8) :
Увеличение микроскопа в 10 раз больше!
Теперь мы переходим к объектам, которые достаточно крупны, но находятся слишком далеко от нас. Чтобы рассматривать их получше, применяются зрительные трубы - подзорные трубы, бинокли, телескопы и т. д.
Объективом зрительной трубы служит собирающая линза (или система линз) с достаточно большим фокусным расстоянием. А вот окуляром может быть как собирающая, так и рассеивающая линза. Соответственно имеются два вида зрительных труб:
Труба Кеплера - если окуляр является собирающей линзой;
-труба Галилея - если окуляр является рассеивающей линзой.
Рассмотрим подробнее, как работают эти зрительные трубы.
Труба Кеплера.
Принцип действия трубы Кеплера очень прост: объектив даёт изображение удалённого обекта в своей фокальной плоскости, а затем это изображение рассматривается в окуляр как в лупу. Таким образом, задняя фокальная плоскость объектива совпадает с передней фокальной плоскостью окуляра.
Ход лучей в трубе Кеплера изображён на рис. 4 .
 |
| Рис. 4 |
Объектом служит далеко расположенная стрелка , направленная вертикально вверх; она не показана на рисунке. Луч из точки идёт вдоль главной оптической оси объектива и окуляра. Из точки идут два луча, которые ввиду удалённости объекта можно считать параллельными.
В результате изображение нашего объекта, даваемое объективом, расположено в фокальной плоскости объектива и является действительным, перевёрнутым и уменьшенным. Размер изображения обозначим .
Невооружённым глазом объект виден под углом . Согласно рис. 4 :
, (11)
где - фокусное расстояние объектива.
Изображение объекта мы видим в окуляр под углом , который равен:
, (12)
где - фокусное расстояние окуляра.
Увеличение зрительной трубы - это отношение угла зрения при наблюдении в трубу к углу зрения при наблюдении невооружённым глазом:
Согласно формулам (12) и (11) получаем:
(13)
Например, если фокусное расстояние объектива равно 1 м, а фокусное расстояние окуляра равно 2 см, то увеличение зрительной трубы окажется равным: .
Ход лучей в трубе Кеплера принципиально тот же, что и в микроскопе. Изображением объекта на сетчатке также будет стрелочка, направленная вверх, и поэтому в трубе Кеплера мы увидим объект перевёрнутым. Во избежании этого в пространстве между объективом и окуляром ставят специальные оборачивающие системы линз или призм, которые ещё раз переворачивают изображение.
Труба Галилея.
Галилей изобрёл свой телескоп в 1609 году, и его астрономические открытия потрясли современников. Он обнаружил спутники Юпитера и фазы Венеры, разглядел лунный рельеф (горы, впадины, долины) и пятна на Солнце, а сплошной с виду Млечный Путь оказался скоплением звёзд.
Окуляром трубы Галилея служит рассеивающая линза; задняя фокальная плоскость объектива совпадает с задней фокальной плоскостью окуляра (рис. 5 ).
 |
| Рис. 5. |
Разрешающая способность оптических приборов
Значительное увеличение угла зрения достигается с помощью оптических приборов. По своему назначению оптические приборы, вооружающие глаз, можно разбить на следующие две большие группы.
1. Приборы, служащие для рассматривания очень мелких предметов (лупа, микроскоп). Эти приборы зрительно увеличивают рассматриваемые предметы.
2. Приборы, предназначенные для рассматривания удаленных объектов (зрительная труба, бинокль, телескоп и т.п.). Эти приборы зрительно приближают рассматриваемые предметы.
Благодаря увеличению угла зрения при использовании оптического прибора размер изображения предмета на сетчатке увеличивается по сравнению с изображением в невооруженном глазе и, следовательно, возрастает способность распознавания деталей.
Лупа. В зависимости от угла, под которым виден предмет, мы сможем рассмотреть его более или менее подробно. Например, мелкая монета с расстояния в 30 см кажется вдвое больше, чем с расстояния в 60 см , так как в первом случае она видна под вдвое большим углом, чем во втором. Чтобы лучше разглядеть детали предмета, мы подносим его ближе к глазам, тем самым увеличивая угол зрения (рис. 7.5), Но наши глаза могут аккомодироваться лишь до определенного предела. Минимальное расстояние, на котором глаз может обеспечить четкую фокусировку, это расстояние наилучшего зрения. Максимальное расстояние, на котором глаз может обеспечить отчетливую фокусировку, называется пределом зрения, и соответствует случаю полного расслабления мышц. Для нормального глаза предел зрения очень велик, и его можно считать бесконечным.
Лупа позволяет зрительно приблизить предмет к глазу, и предмет будет виден под большим углом. Лупа представляет собой короткофокусную линзу, которую помещают для рассматривания предмета
так, чтобы предмет был между главным фокусом и линзой. Глаз увидит мнимое и увеличенное изображение предмета, которое должно находиться от глаза на расстоянии не менее 25 см
, чтобы глаз мог сфокусироваться на нем (рис. 7.6). Если мышцы расслаблены, то изображение оказывается бесконечно удаленным, в этом случае объект находится точно в фокусе. Такую наводку на резкость и производят, передвигая лупу и фокусируя ее на объекте.
На рис. 7.6 объект рассматривается с помощью лупы (рис. 7.6а ) и невооруженным глазом с расстояния наилучшего зрения (рис. 7.6б ). Видно, что при использовании лупы объект виден под гораздо большим углом. Угловое увеличение будет равно
Угловое увеличение можно выразить через фокусное расстояние лупы. Будем полагать, что изображение на рис. 7.6а
находится на расстоянии наилучшего зрения, то есть . Тогда расстояние до объекта определится соотношением , или . Пусть высота объекта h
настолько мала, что синусы и тангенсы углов и равны самим углам в радианной мере. Тогда 
, и . Поэтому угловое увеличение лупы для случая, когда глаз сфокусирован в точку на расстоянии наилучшего зрения:
Из сравнения (7.1) и (7.2) видно, что большего увеличения удается достичь, когда глаз фокусируется в точку на расстоянии наилучшего зрения, чем когда мышцы глаз расслаблены. Чем короче фокусное расстояние линзы, тем больше увеличение.