Учебник - Общий курс физики. Оптика - Сивухин Д.В. (1238764), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Предмет помещается на малом расстоянии перед передним фокусом объектива. Объектив дает его действительное обратное увеличенное изображение, которое рассматривается через окуляр, действующий как лупа. Пусть|, и)( — главныефокусные расстояния объектива, ~, и Д вЂ” окуляра. Тогда фокусные расстояния Г и ~' всей оптической системы микроскопа определятся формулами (12.3), т.
е. 165 З м1 ОПТИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ где Л вЂ” оптический интервал между объективом и окуляром. В применении к микроскопу величину Л называют оптической длиной тубуса. Ее следует отличать от механической длины тубуса Т. Последняя обычно составляет 150 или 190 мм; величина Л зависит от объектива и окуляра и, как правило, больше Т. Для безнммерсионного микроскопа его увеличение, согласно формуле (24.2), будет Ь Ь й 14 (24.4) (при наличии иммерсии с показателем преломления а это выражение надо умножить на л).
Величину )т' можно представить в виде 1У = = )У,!у'„где 31, = Е/1, — увеличение объектива как лупы, 4у', = = Л)1, — добавочное увеличение, обусловленное окуляром. При заданном общем увеличении 34 для устранения ошибок в изображении осевых точек выгоднее делать большим )уо а для уменьшения ошибок всего поля зрения выгоднее применять ббльшие )У,. По этой причине, а также по соображениям, указанным в пункте 1, требуемое общее увеличение !У не получают с помощью одних только сильных объективов или одних только сильных окуляров, а идут на компромисс, комбинируя и те и другие, В микроскопе величина Л, а также фокусные расстояния 1, и ~, положительны.
Фокусное расстояние г всей системы, а с ним и увеличение !У отрицательны. Это значит, что изображение, получаемое в микроскопе, обратное. Говоря в дальнейшем об увеличении микроскопа, мы обычно будем иметь в виду абсолютное значение !у'. Величина Л обычно лежит в пределах 150 — 200 мм.
Фокусное расстояние 1, объектива при самых больших увеличениях его (100— 120) не меньше 1,5 мм, а окуляра — не меньше 8 — !О мм. При достаточно больших значениях Л можно получить увеличение до 2500 — 3000 раз без чрезмерного уменьшения 1, и 1,. (Впрочем, столь большие увеличения бесполезны, как это будет подробно разобрано в 356,) Штатив микроскопа обычно имеет револьверное приспособление для смены объективов.
Такое же приспособление может применяться для смены окуляров. Это позволяет варьировать увеличение микроскопа в широких пределах, Со стороны предмета в микроскопе велнии углы раскрытия, а со стороны изображения — углы наклона лучей. Вследствие этого у объектива особенно велики сферическая аберрация и кома, а у окуляра — астигматизм. Поэтому к объективу и окуляру предьявляются различные требования. 3. Основные требопання, предъявляемые к объективу микроскопа: 1) высокая числовая апертура; 2) исправление сферической аберрации для всего очень широкого пучка лучей; 3) выполнение условия синусов для того же пучка; 4) ахроматизация, Ахроматиза- 166 ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИИ 1ГЛ Гв ция состоит в выполнении условия синусов по меньшей мере для двух цветов, а также в получении через объектив ахроматических действительных изображений предмета.
Всем этим требованиям в той или иной мере удается удовлетворить применением довольно сложных конструкций объективов, особенно при больших увеличениях. Наиболее совершенными объективами до настоящего времени являются алохролаты, разработанные и рассчитанные Аббе. Впервые апохромат Аббе был. выпущен фирмой Цейсса в 1886 г. Это — иммерсионный объектив, состоящий из 10 линз. Он изображен на рис. 90 в увеличенном виде (примерно вдвое). Роль нижней (полусферической) линзы была выяснена в ,:РЛ й 18 (пункт 4).
Поверхность этой линзы погружена в масло, в котором помещен и предмет. Зта линза обладает весьма сильной хроматической аберрацией, уничтожаемой остальными линзами. Из этих остальных линз рассеивающие изготовлены нз различных сортов флинта, собирающие — из крона. Аббе нашел, что, перемещая слегка некото...'.;, Я ' ' рые из этих линз относительно других, можно достигнуть почти полного уничтожения хроматической аберрации. Апохромат ахроматизован для трех и Ряс. 96. удовлетворяет условию синусов для двух цветов спектра.
Фокусное расстояние апохромата Аббе (". = 2 мм, числовая апертура и з(п 6 = 1,4, а геометро-оптические качества таковы, что можно считать фактически достигнутыми границы разрешающей способности микроскопа, определяемые волновой природой света (см. 5 56). Апохроматы применяются во всех наиболее ответственных микроскопических и микрофотографических исследованиях. Менее совершеннымн, но более распространенными являются ахроматпы, т.
е. объективы, ахроматизованные для двух цветов спектра. Если удовлетвориться частичной ахроматизацией объектива, то надо совместить пологкения передних фокальных точек для двух цветов (ахроматизация положения). Иначе положение изображения предмета, помещенного вблизи передней фокальной точки объектива, очень сильно менялось бы с изменением цвета. Фокусные расстояния при этом остаются неахроматизованными, т. е. неравными. Поэтому хроматическая разность увеличений остается, Она исправляется применением особых окуляров, назы- ОПТИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ ваемых «омпенеационными. Такие окуляры всегда применяются и в апохроматах, так как у них разность увеличений для лучей различного цвета исправлена не вполне.
Вообще, ахроматизация положения, т. е. совмещение фокусов, или точек схождения лучей различного цвета, должна производиться во всех оптических системах, предназначенных для получения действительных изображений объектов с малыми угловыми размерами, Например, объективы зрительных труб должны быть ахроматизованы в смысле совмещения задних фокальных точек для лучей разного цвета. Свет от объекта попадает в объектив, проходя через локровное стекло, В сухих объективах толщина покровного стекла влияет иа сферическую аберрацию. Поэтому все расчеты объективов производят в предположении, что толщина покровного стекла равна 0,17 мм (0,15 — 0,20 мм).
Все сильные сухие объективы в настоящее время снабженьгкоррекционной оправой, с помощью которой можно немного менять расстояние между верхней и нижней линзами объектива и тем самым уничтожать сферическую аберрацию, вносимую покровным стеклом несоответствующей толщины. В объективах с однородной иммерсией, когда показатели преломления покровного стекла, нммерсионной жидкости и фронтальной линзы объектива одинаковы, толщина покровного стекла не имеет значения, так как ее можно компенсировать слоем иммерсионной жидкости между покровным стеклом и объективом. 4. Основные требования, предъявляемые к окуляру: 1) устранение астигматизма в косых пучках; 2) устранение дисторсип; 3) ахроматизация.
Кривизна поверхности изображения обычно невелика и существенно не мешает визуальным наблюдениям. Если объектив дает изображение, свободное от хроматической аберрации, то достаточна уже частичная ахроматизация окуляра. Однако теперь существенна ие ахроматизация положения, а ахроматизация увеличения, т. е. равенство фокусных расстояний для лучей различного цвета. Действительно, благодаря значительной длине тубуса микроскопа лучи попадают на окуляр под малыми углами наклона к главной оптической оси микроскопа. В этом случае угловое увеличение, даваемое окуляром, определяется формулой (24.2), независимо от того, как аккомодирован глаз: на бесконечность или на расстояние ясного зрения Если фокусные расстояния окуляра ахроматизованы, то угловое увеличение будет одинаковым для все!1 цветов. Поэтому изображения предмета на сетчатке глаза во всех цветах совместятся между собой, т.
е. окончательное изображение получится неокрашенным, даже если положения главных фокусов и главных плоскос. тей окуляра не ахроматизованы. Если же изображение, даваемое объективом, не свободно от хроматической аберрации, то ее можно компенсировать хроматической аберрацией протцрайобожного знака, !68 геомвтэпчвскля твояия оптических изовялжянии 1гл. и которую дает окуляр. Так, апохроматы дают хроматическую разность увеличений: синее изображение увеличивается сильнее красного, Аббе комбинирует их с такими компенсированными окулярами, у которых фокусное расстояние для синих лучей больше, а следовательно, увеличение меньше, чем для красных лучей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
