Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. - Теория оптических систем (1060803), страница 36
Текст из файла (страница 36)
150. Ахроматический коидеисор Рис. 149. Лвухлииаовый коидеисор 188 заданном линейном увеличении имеют линзы Френеля (см. п. 32). Для увеличения степени использования светового потока от источника излучения применяют, как и в прожекторах (см. рнс. 144), добавочное контрзеркало. В конденсорах микроскопов с большим углом сходимости необ.
ходима еще и ахроматизацня, что усложняет систему (рис. 150), Иногда в осветительную систему микроскопа вводят так называемый коллектор, назначением которого является передача изображения источника света в плоскость апертурной диафрагмы конденсора, что позволяет удалить источник света от конденсора н тем самым исключить тепловое воздействие на объект наблюдения. К коллектору предъявляют такие же требования, как и к конденсору.
По существу, осветительная система, состоящая из коллектора и конденсора, является каскадной схемой. Глава ХП/ ЛУПА И МИКРОСКОП 65. Лупа и ее характеристики 1я в = у/250, (3! О) Следовательно, видимое увеличение лупы при отсутствии аккомодации глаза Г = 1я о>'/1д в = 250//'. (311) В общем случае рассматриваемый через лупу предмет может располагаться на некотором расстоянии г от передней фокальной плоскости (для нормального глаза г )~ О). Получаемое после лупы изображение предмета у' рассматривается глазом, аккомодированным на конечное расстояние р' (рис. !52).
Угловая величина изображения будет 1д ы' = — у/р. (312) Из рис. 152 с учетом формул идеальной оптической системы получим р' = г' — гр, у' = — уг'//'. Согласно (312) 1яы .= у(1+2р./(а — 2р )Ц . (313) Лупой назынается оптическая система, состоящая из линзы или системы из нескольких линз, предназначенная для наблюдения предметов, расположенных на конечном расстоянии. Основными характеристиками лупы являются видимое увеличение Г, линейное поле 2у в пространстве предметов и диаметр выходного зрачка 0'. Если рассматриваемый предмет расположен в передней фокальной плоскости лупы, то от любой точки предмета в глаз наблюдателя поступают пучки параллельных лучей. В этом случае наблюдатель рассматривает предмет без аккомодации.
Видимым увеличением лупы называется отношение тангенса угла, под которым виден предмет через лупу, к тангенсу угла, под которым наблюдается предмет невооруженным глазом. Из рис. 151, а следует, что при расположении предмета в передней фокальной плоскости лупы его угловая величина составляет 1я а' = у//', а при наблюдении невооруженным глазом (рис. 151, б) с расстояния наилучшего видения (250 мм) угловая величина предмета будет равна: а) Рис. 151.
Схема для вывода фор- мулы видимого увеличения лупы при отсутствии аккомодапии и и' нн' Рис. 153. С~ема для определенна ли. Рнс. 154. Угловое поле лупм при раа. неавого поля лупы личном виньетнроваиии 191 Рис. 152. Схема для вывода формулы вндямого увеличения лу. пы при аккомодапии Следовательно, в соответствии с (3(0) и (3!3) видимое увеличение лупы при аккомодапии глаза определяется формулой Гаа = 250 (! + кл /(г' — гр')'у! . (314) При а' = со (г = О) получаем формулУ (31!).
Из (3!4) следует, что при расположении глаза в задней фокальной плоскости лупы (гр — — О) Г,„= Г. Вопрос об ограничении световых пучков и об апертурных и полевых характеристиках лупы следует рассматривать в системе лупа — глаз. Глаз считается неподвижным и аккомоднрованйым на бесконечность.
На рис. !53 представлена лупа в виде простой тонкой линзы диаметром 0 . Зрачок глаза наблюдателя диаметром хг„„расположен на расстоянии зр от лупы. Обычно х), ) > Юг„, поэтому выходным зрачком системы лупа — глаз является зрачок глаза ()У' = )3г„). В большинстве случаев в передней фокальной плоскости лупы нет полевой диафрагмы и поле лупы резко не ограничивается. Оправа лупы является виньетирующей диафрагмой и выходным окном. Угловое поле 2сп' лупы в пространстве изображений при отсутствии Ю б) виньетирования определяется Рис.
1ЗЗ. Виды лупы лучом, идущим через верхний край выходного окна и верхний край выходного зрачка (рис. 153): 1ц сп' = (О, — В„)!(2зр ), а соответствующее ему линейное поле в пространстве предметов будет равно: 2у = 2~' 1ясп' = ~'(17, — 17„)!зр ° . Из последней формулы следует, что при данных фокусном расстоянии и диаметре лупы для увеличения линейного поля лупы глаз следует располагать как можно ближе к лупе. За пределами круга диаметром 2у (рис.
153) имеет место виньетирование наклонных пучков лучей. Угловое поле 2сз( (рис. 154), соответствующее 50п4-ному виньетированию, составляет 1п сп( = 17,7(2зр ), а полному виньетироваиию 1К спй = (В~ + 1)с )/(2зр ). Характеристики лупы зависят от конструкции ее оптической схемы. При видимых увеличениях до 5 ... 7и лупа выполняется в виде одиночной линзы. Диаметр линейного поля 2д с удовлетворительным качеством изображения для одиночной.
линзы не превышает 0,2г'. В качестве лупы можно использовать две одиночные линзы, расположенные почти вплотную друг к другу. Наблюдение осуществляется либо через одну из линз, либо через обе сразу. Такая лупа имеет три сменных увеличения: Г„Г, и Г, = Г, + Г„ где Г, и Г, — видимое увеличение первой и второй отдельной линзы. Повышение характеристик лупы возможно за счет усложнения ее оптической схемы, что создает более широкие возможности для лучшего исправления аберраций.
Апланатическая лупа Штейнгеля (рис. 155, а) состоит из двояковыпуклой кроновой линзы и двух отрицательных флинтовых менисков. Такая лупа может иметь увеличение 6 ... !5и и угловое поле до 20'. Наиболее совершенными лупами с большим увеличением (10 ... 40") являются четырехлинзовые анастигматические лупы (рис. 155, б), в которых достигается высокая степень коррекции как осевых, так и наклонных пучков лучей.
192 йй. Оптическая схема микроскопа и его основные характеристики Микроскоп, как и лупа, предназначен для наблюдения за близко расположенными предметами. Оптическая схема мякроскопа состоит из двух частей: объектива и окуляра (рис. 156). Основными характеристиками микроскопа являются: видимое увеличение Г, линейное поле в пространстве предметов 2у, диаметр выходного зрачка 11'.
Объектяв микроскопа создает действительное, увеличенное и обратное язображеняя. Действие микрообъектява характеризуют его линейным увеляченнем (),о = — Ь/Г,'о, где Ь вЂ” оптический интервал, илн оптическая длина тубуса; 7,'о — фокусное расстояние мнкрообъектива. Изображение, создаваемое объективом микроскопа, получается в передней фокалъной плоскости окуляра. Эго изображение рассматривается через окуляр, который действует как лупа с видимым увеличением Г =2Щ;„. (315) Таким образом, видимое увеляченне всего мякроскопа Г = 5.,Го„. (315) По отношению ко всему микроскопу рассматриваемый предмет расположен в передней фокальной плоскостя, и видимое увеличение микроскопа можно определйть так же, как и у лупы: Г = 250/)', (317) гДе 1к — заДнее фокУсное РасстоЯние микРоскопа.
Линейное поле микроскопа ограничивается полевой диафрагмой 17Д, расположенной в передней фокальной плоскости оку- 1 Васк «ао Ркс. !56. Оптическая скека кккроскопа 13з н.п. ляоа. Диаметр этой диафрагмы Рпд зависит от углового поля 2э окуляра, в пределах которого получается изображение достаточно хорошего качества. Из риа. 156 следует, что Рпд = 2У' = 210к М ь'. Учитывая (315), получим: 0пд = 500(на'А,. (318) Прн данных диаметре полевой диафрагмы н линейном увеличении микрообъектива линейное поле микроскопа в пространстве предметов будет равно: 2У = РпдФоз. (319) Таким образом, согласно (318) и (319) окончательно получим: 2У = 500 1Я О~'/Ц)аз~'ои) Или, принимая во внимание видимое увеличение микроскопа, определяемое по (316), находим: 2у = 500 1н в'/Г.
Согласно последней формуле при данном угловом поле 2в' окуляра линейное поле 2у микроскопа в пространстве предметов тем меньше, чем больше его видимое увеличение Г. Выходным зрачком микроскопа может быть изображение через окуляр оправы последней линзы микрообьектива, являющейся апертурной диафрагмой, либо апертурной диафрагмы, располагаемой между микрообъективом и его задним фокусом (рис. 156). Иногда апертурная диафрагма помещается в задней фокальной плоскости мнкрообъектива, и тогда входной зрачок микроскопа находится в бесконечности. В этом случае в микроскопе имеет место телецеитрический ход главного луча в пространстве предметов, что рационально для многих измерительных микроскопов. Из рис.
156 следует, что 0,50' = — ~„18 оь, (320) где о„— апертурный угол микроскопа в пространстве предметов. Если рассматриваемый предмет расположен в среде с показателем преломления л ) 1 (иммерсионная жидкость), то согласно 34) переднее фокусное расстояние микроскопа будет 1„= — 1' л. огда с учетом (320) диаметр выходного зрачка микроскопа 0' = 2л1' (п оз. (321) Так как при аберрационном расчете микрообъектива обеспечивается его апланатическая коррекция, то по условию синусов вместо (321) следует иметь в виду 0' = 2/;,л з1п о,ь (322) где л з1п ох = А — числовая апертура микроскопа. 194 Принимая во внимание (317) и (322), окончательно получим: 77' = БООА/Г.
(323) Из рнс. 156 находим удаление выходного зрачка зр от по- следней поверхности окуляра: з,' ° =з~ ° +ал, где з~ — задний фокальный отрезок окуляра, длина которого зависит от конструкцнн оптической схемы окуляра; отрезок ар. определяется по формуле Ньютона — ~ок~ ал. Прн наблюденин в микроскоп зрачок глаза нужно совмещать с выходным зрачком микроскопа. Следует также иметь в виду, что выходной зрачок микроскопа в большинстве случаев меньше диаметра зрачка глаза. 67. Разрешающая способность микроскопа Разрешающая способность микроскопа характеризуется велнчнной, обратной линейному пределу разрешения.
Согласно дифракцнонной теории Аббе линейный предел разрешения микроскопа, т. е. минимальное расстояние между точками предмета, которые изображаются как раздельные, определяется по формуле Ь = Ц(2А), (324) где 6 — линейный предел разрешения; Х вЂ” длина волны света, в котором проводится наблюдение; А — числовая апертура, нлн просто апертура, микроскопа (микрообъектива).
Из формулы (324) следует, что для' повышения разрешающей способности микроскопа нужно уменьшать длину волны света н увеличивать числовую апертуру микроскопа. Первая возможность реализуется путем фотографирования исследуемых предметов в ультрафиолетовом излучении. Апертура микроскопа определяется по формуле А = л з1п ою где зш оа с 1. Значение апертурного угла современных высококачественных мнкрообъектнвов доведено практически до предела. Другая возможность увеличения апертуры — применение иммерснонной жидкости, помещаемой между рассматриваемым предметом и мнкрообъектнвом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
