Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Обычно испытание разрешающей способности глаза производится с помощью тест-объекта, имеющего вид, показанный на рис. 14.11 а (кружок Ландольта). Углом раза б решения считается тот угол под которым виден разрыв, еще отчетливо устанавливаемый испытуемым. За единицу остроты зреРис. 14.11. Тест-объекты ния принимают остроту зрения, которой для исследования остро- соответствует угол разрепгения в 1'. Остроты зрения: а — кружок та зрения раВна. 1/2, если минимальный Ландольта, б — объект для испытания повьппен- разрешаемый угол равен 2', и т.д.
Завиной разрешающей силы симость угла разре1пения от освещенности глаза тест-объекта для нормального глаза приведена в табл. 14.1. Из нее видно, что при хорошей освещенности (свыше 100 лк) острота зрения нормального глаза несколько больше единицы. Т а б л и ц а 14.1 Зависимость угла разрешения от освещенности для нормального глаза Таким образом при малых освещенностях разрешающая способность глаза может быть гораздо хуже 1' и доходить до 1'.
Приближая предмет к глазу, мы уменыпаем ту часть предмета, которая вырезается предельным физиологическим углом, и, следовательно, получаем возможность различать более мелкие детали. Однако приближение объекта ограничено способностью к аккомодации, гл. хю. оптичвскив инсп уминты и для нормального глаза наиболее удобным оказывается расстояние 25 см (расспюлние паилуч2иего зрения).
Делая усилие, нормальный молодой глаз может рассматривать предмет и с расстояния до 10 см. Близорукий глаз допускает уменьшение этого расстояния и поэтому может различать более мелкие детали. Дальнозоркий глаз, в частности глаз пожилых людей, затрудняется в различении деталей (например, чтение). Дальнейшее улучшение распознавания деталей возможно с помощью оптических приборов, дающих совместно с глазом изображение на сетчатке. Отношение длин этого изображения на сетчатке в случае вооруженного и невооруженного глаза и называется видимым увеличением оптического инструмента.
Согласно рис. 14.10 оно равно отношению Фдд'/Сдр, где р' и р соответственно углы зрения, под которыми предмет виден через инструмент и без него. й 92. Оптические инструменты, вооружающие глаз а. Л у п а простая система (одна или несколько линз) с небольшим фокусным расстоянием (примерно от 100 до 10 мм), располагаемая между рассматриваемым предметом и глазом. Мнимое увеличенное изображение предмета получается на расстоянии наилучшего зрения (250 мм для нормального глаза) или в бесконечности, т.е. рассматривается глазом без усилия аккомодации.
При обоих способах применения лупы видимое увеличение, ею даваемое, практически одно и то же и равно ИФ Х) (92.1) 1КФ (см. упражнение 115), где Π— расстояние наилучшего зрения и ~-- фокусное расстояние лупы. Так как О = 250 мм, то обычно применяемые лупы дают увеличение от 2,5 до 25 раз. Для близорукого глаза 2'.2 меньше и, следовательно, лупа оказывает меньшую помощь в распознавании деталей. б. М и к р о с к о п. Для получения больших увеличений применяют микроскоп, представляющий в принципе комбинацию двух оптических систем — об'ьектива и окуляра, — разделенных значительным расстоянием.
Если фокусные расстояния объектива и окуляра соответственно ~1 и ~2, то фокусное расстояние всей системы есть 1 = 1112/Ь, где Ь --- расстояние между фокусами обеих систем (см. упражнение 107). Увеличение, даваемое микроскопом Л= — = 2 1.~2 (92.2) может быть сделано очень значительным. Так, например, при Д = = 2 мм, ~2 = 15 мм, Ь = 160 мм имеем ~ = 0,19 мм и,Х= 1330. Впрочем, полезному увеличению, даваемому микроскопом, кладут предел дифракционные явления (см. гл. Ху), и поэтому приведенный расчет имеет лишь ориентировочное значение. Схема оптической системы микроскопа показана на рис.
14.12. Малый объект ЛВ помещается вблизи главного фокуса Г~ объектива Я1, 302 ГЕОМИТВИЧВСКАЯ ОИТИКА дающего его увеличенное действительное изображение А'В', которое рассматривают через окуляр Я2 так, чтобы увеличенное мнимое изображение А" В" получалось на расстоянии наилучшего зрения от глаза или в бесконечности (наблюдение спокойным глазом). Оба способа наблюдения одинаково пригодны. В" г Рис.
14.12. Схематическое изображение хода лучей в микроскопе: Я~— объектив: 52 — окуляр; А — предмет; А'В' — дейсвительное изображение, даваемое объективом; А" В" — мнимое изображение, видимое в окуляр От предмета к объективу свет поступает широкими пучками, что важно для использования больших световых потоков и улучшения разрешающей способности микроскопа (см. гл. ХУ). Так как обычно в микроскопе наблюдаются несветящиеся объекты, то для обеспечения широких пучков важно иметь специальное осветительное устройство (копденсор).
Объектив микроскопа, работающий с широкими пучками, должен удовлетворять условию апланатизма для точки вблизи фокуса; требуется также высокая ахроматизация (ахроматы и апохроматы). Хороший объектив состоит из многих линз (иногда свьппе 10). Рисунок 14.13 показывает разрез конденсора и сравпиРис.
14.13. Разрез конденсора и неслож- тельно простого объектива ного объектива микроскопа микроскопа. Свет от препа- рата достигает объектива, проходя через покровное стекло. Благодаря явлению полного внутреннего отражения до об'ьектива могут дойти лишь те лучи, которые гл. х1у. Оптические инствуме11ты составляют внутри стекла конус с апертурой около 42 . Этот угол может быть увеличен, а с ~едовательно, увеличен и световой поток, поступающий в объектив, если вместо сухих объективов применять иммерсионные, при которых просвет между покровным стеклом и объективом заполняется жидкостью — водой или маслом.
При сухих системах наличие покровного стекла имеет существенное значение и в другом отношении, ибо толщина стекла. влияет на величину сферической аберрации. Поэтому все расчеты объективов делаются в предположении, что толщина покровного стекла равна 0,17 мм (0,15— 0,20 мм). Во всех сильных сухих объективах применяют в настоящее время коррекционную овраву, позволяющую несколько изменять расстояние между верхними и нижними линзами объектива, что дает возможность уничтожить сферическую аберрацию при покровном стекле несоответствующей толщины. В случае гомогенной иммерсии, когда покровное стекло, иммерсионная жидкость и фронтальная линза объектива имеют одинаковый показатель преломления, толщина покровного стекла не имеет никакого значения, так как ее можно компенсировать изменением толщины иммерсионного слоя между покровным стеклом и объективом.
Иммерсионные системы имеют важное значение также для повышения разрешающей способности микроскопа (см. ~ 97). Окуляр работает с узкими пучками, но при этом приходится иметь дело и с наклонными пучками. Поэтому в окуляре стремятся к исправлению астигматизма, кривизны поля и хроматической аберрации (см. ~ 86). Объектив и окуляр микроскопа делаются сменными, так что можно применять различные их комбинации в зависимости от задачи. Массивный штатив и тщательно выполненные приспособления для передвижения подвижных частей микроскопа составляют существенную часть хороших аппаратов, в.
3 р и т е л ь н ы е т р у б ы. Зрительные трубы (телескопы) вооружают глаз для рассматривания деталей удаленного предмета. А в А в в-- Рис. 14.14. Схематическое изображение хода лучей в зрительной трубе: сплошные линии — лучи, идущие от верхнего края (точка А) удаленного объекта; штриховые — лучи от нижнего его края (точка В); Ос = ~~ -- фокусное расстояние объектива Л~, сО' = ~~ -- фокусное расстояние окуляра Е 2; МХ вЂ” зрачок глаза, аккомолированного на бесконечность Они также состоят (рис.
14.14) из объектива Ь| и окуляра Ег, действительное (уменыпенное и перевернутое) изображение отдаленного предмета, даваемое объективом, рассматривается в окуляр, как в лупу. В зависимости от расстояния предмета до объектива изображение гномвтвичвскАЯ оитикА получается в задней фокальной плоскости объектива или несколько далыпе. В соответствии с этим нужно несколько передвигать окуляр (фокусировка). На рис.
14.14 р есть угол зрения, под которым виден отдаленный предмет; р' — угол зрения, под которым видно изображение. Действительно, в глаз попадают параллельные пучки, и оси пучков, идущих от краев изображения, составляют угол р' = 60'а, ибо а и Ь лежат в фокальной плоскости окуляра.
Увеличение системы, как видно из рис. 14.14, есть ск М'/2) Ь (92.3) ФК(~/2) /г ' т.е. равно отношению фокусных расстояний обьектива и окуляра. Нормальный глаз в спокойном состоянии воспринимает параллельные лучи (визирует бесконечно удаленную точку); поэтому передняя фокальная плоскость окуляра должна быть совмещена с изображением объекта. В частности, если объект бесконечно далек, то задний фокус обьектива приводится в совпадение с передним фокусом окуляра (телескопическая система) (рис.
14.15). Рисунок показывает, что увеличение телескопической системы можно выразить также как отношение диаметров сечения пучков, входящих в объектив и вы- .6 ' /г ходящих из окуляра, т.е. как отпошение диаметров ВхОдного и ВьгходноО1 В2- ГО ЗРаЧКОВ СИСТЕМЫ г 1/.Ог (СМ. таКжЕ упражнение 110). Изображение, даваемое объекти- вом, перевернутое. Окуляр в некоРис 14.15. ~од ЛУчеи В теле- торых случаях оставляет изображескопической системе: увеличе- ние перевернутым (астрономические ние системы,4 = у /у = трубы), в иных переворачивает еще —,~1 /2 2 — 1~1 / ~ ~ 2 раз, давая в конечном счете прямое изображение. Получение прямого изображения, важное для земных наблюдений, достигается разными способами (устройство окуляра, дополнительно переворачивающие призмы --- призматические бинокли).
Для каждой реальной трубы важно установить расположение диафрагм и оправ, определяющих апертурную диафрагму (входной и выходной зрачки) и диафрагму ПОЛЯ ЗРЕНИЯ. Так как зрительные трубы любого типа предназначены, прежде всего, для вооружения глаза, то их выходной зрачок не должен превосходить размеров зрачка глаза. В противном случае часть светового потока, выходящего из трубы, будет задержана радужной оболочкой и не будет участвовать в построении изображения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
