Учебник - Общий курс физики. Оптика - Сивухин Д.В. (1238764), страница 41
Текст из файла (страница 41)
В 9 16 (пункт 5) было показано, что фокусное расстояние системы из двух тонких линз, изготовленных из стекла одного и того же сорта, будет одним и тем же для всех цветов спектра, если расстояние 1 между линзами равно полусумме ее фокусных расстояний: =- '/, (/, + /,). Составлением окуляров из двух линзодновременно можно достигнуть устранения астигматизма косых пучков, а потому окуляры н конструируются по этому принципу. Линза, обращенная к объективу, называется коллективом, или собирательной линзой, а обращенная к глазу — глазной линзой. Коллектив выполняет ту же роль, что и конденсор проекционного аппарата; он собирает все лучи, участвующие в образовании изображения, направляя нх в зрачок глаза наблюдателя. При отсутствии специальной диафрагмы поля зрения роль этой диафрагмы выполняет оправа коллек.
тнва. Вот почему коллектив часто называют также полевой линзой. Увеличение окуляра определяется главным образом глазной линзой. Простейшими окулярами описанного типа, применяемыми в микроскопах и телескопах, являются окуляр Гюйгенса и окуллр Ражсдена (1735 — 1500). 5. Окуляр Гюйгенса состоит из двух плоско-выпуклых или двоя. ковыпуклых линз, обращенных более выпуклыми поверхностями в сторону падающих лучей о и' у (рис.
91). Для уменьшения сферической аберрации Гюйгенс выбрал фокусные расстояния и взаимное расположение линз так, чтобы б к Р к, к' отклонение луча, первона- чально направленного па- 5 раллельно гпавной оптиче- ской осн, при преломлении // распределялось поровну между обеими линзами. Нетрудно подсчитать (что Рис. 91. рекомендуется сделать чи- тателю), что в паракснальном приближении зто будет достигнуто при условии 1 = ~, — /„где . 1, — фокусное расстояние собирательной, а 1, — глазной линзы~ Комбинируя это уравнение с условием 1 = '/, (1, + /,), находим; /', = 3/„! = 2/,. Таким образом, в окуляре самого Гюйгенса /,: 1: 1, = 1: 2.
3 (в современных конструкциях окуляра Гюйгенса чаще пользуются отношением 2: 3: 4), Оптический интервал 169 э м] оптическив ннстгумянты между линзами окуляра Л = — 2~,. По формулам (12.2), (12.3) и (12А) нетрудно рассчитать положение главных фокусов, главных плоскостей и фокусные расстояния окуляра Гюйгенса. Результаты расчета приведены на рис. 91 (ноложение переднею фокуса Р, коллектива не показано). На рис.
92 приведен ход лучей в окуляре Гюйгенса. Предположим, что глаз аккомодирован на бесконечность, а потому окончательное изображение, даваемое микроскопом, должно получаться в бесконечности. Значит, объектив должен давать перевернутое изображение АВ предмета в передней фокальной плоскости окуляра, Этого можно добиться, перемещая весь микроскоп вверх или вниз Рис. 92.
под предметным столиком. Изображение АВ для коллектива О, играет роль мнимого предмета. Коллектив даст его действительное уменьшенное изображение А'В' в передней фокальной плоскости глазной линзы О„так как окончательное изображение должно 'получиться в бесконечности (в этом можно убедиться и непосредственным расчетом).
Изображение А'В' увеличивается глазной линзой О„ действующей как лупа. Угол А'СВ' определяет поле зрения. Его можно изменить, поместив в фокальной плоскости В, глазной линзы диафрагму поля зрения. Окуляр Гюйгенса мало пригоден для точных измерений. действительно, в этом окуляре шкалу микрометра следовало бы располагать между линзами окуляра. Но тогда шкала микрометра сравнивалась бы с изображением предмета, даваемым объективом микроскопа, которое искажено первой линзой окуляра.
Аберрации этой линзы, и прежде всего ее дисторсия, вносили бы в измерения значительные Ошибки, не поддающиеся точному учету. Окуляр Гюйгенса не может быть использован и в качестве. обыкновенной лупы, предназначенной для непосредственного рассматривания мелких предметов, так как рассматриваемый предмет надо было бы опять помещать между 170 ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ОПТ[!ЧЕСКИХ ИЗОБРАЖБИИИ [ГЛ. [1 линзами окуляра.
Окуляр Гюйгенса применяется в качестве компенсационного окуляра в комбинации с объективами-ахроматамн. В этом случае, однако, глазную линзу изготовляют из двух склеенных сферических стекол различного сорта. 6. Окуляр Рамсдена состоит из двух плоско-выпуклых линз с одинаковыми фокусными расстояниями ()т = ~,), обращенных г .т [ Рис. 93. выпуклыми поверхностями одна к другой (рис. 93). В первоначальном варна([те окуляра расстояние между линзами что обеспег[ивает ахроматизацию фокусного расстояния 1 всего окуляра. Но в таком варианте собирательная линза находится в передней фокальной плоскости глазной линзы.
Поэтому глазная линза отчетливо изображает каждую пылинку, грязь и царапину на поверхности собирательной линзы, что, конечно, портит изображение предмета. Чтобы это устранить, расстояние между линзами Рис. 94. уменьшают, выбирая обычно 1 = '/, 1,. Это, конечно,,нарушает ахроматизацию окуляра. Однако возникающие хроматические явления мало заметны.
Их можно устранить, применяя ахроматическую глазную линзу, склеенную из собирателыюй (крон) и рассеивающей (флинт) линз. Это делается в Окуляра типа Кельнера. Рассеивающая линза должна быть обращена к глазу. Желательно также ахроматизовать и коллектив окуляра, но этого почти никогда не делают. Положение фокальных точек и главных плоскостей в окуляре Рамсдена показано на рис, 93, а на рис, 94 приведен ход лучей 171 з м] ОПТИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ в этом окуляре. Сравнивая их с рис, 91 и 92, видим невыгоду окуляра Рамсдена: он удлиняет всю систему микроскопа, так как передняя фокальная плоскость окуляра, в которой объектив должен давать действительное изображение АВ, лежит перед передней линзой окуляра на расстоянии 4/4)'„(а не между линзами окуляра, как в случае окуляра Гюйгенса).
Но в этой особенности окуляра Рамсдена есть и его преимущество. В фокальной плоскости г можно поместить микрометр (шкалу на стеклянной пластинке или нити, перемещаемые микрометрическим винтом) и таким путем измерить размеры действительного изображения, даваемого объективом микроскоГ4а.
При этом микрометр н действительное изображение, даваемое объективом, оба находятся перед окуляром, и аберрации полевой линзы окуляра искажают их одинаково. Тем самым в окуляре Рамсдена устраняется основной недостаток окуляра Гюйгенса как измерительного прибора. Знал линейное увеличение объектива микроскопа, легко вычислить п размеры самого предмета. Поэтому в микроскопах, служащих для измерения длин и углов, применяются окуляры Рамсдена с окуляр- ными микрометрами. В зависимости от назначения применяются и более сложные окуляры, состоящие пе из двух, а из большего количества линз. л" У-~ ее Рис, 95. 7, На рис. 95 изображен ход лучей в микроскопе с окуляром Гюйгенса.
Главные лучи, исходящие из крайних точек предмета АВ, начерчены толстыми, крайние лучи, исходящие'из тех же точек, — тонкими линиями. Если увеличение меньше нормального, 1ТЗ ГеОметРическАя теОРия Оптических иэОБРАжений ~гл !г то зрачок глаза наблюдателя служит апертурной диафрагмой, а его изображение, даваемое всем микроскопом, — входным зрачком этою прибора. Если же увеличение больше нормального, то апертурной диафрагмой и входным зрачком является диафрагма или края полушаровой линзы Сй. Ее изображение С'Р' будет выходным зрачком микроскопа. Диафрагма поля зрения должна быть помещена в том месте, где получается изображение А'В', даваемое объективом и собирательной линзой окуляра.
Изображение А "В", которое видит наблюдатель, можно получить на любом расстоянии, что достигается небольшим поднятием или опусканием всего микроскопа. Обычно его получают на расстоянии ясного зрения (25 см для нормального глаза) или в бесконечности. Перемещая окуляр, можно менять оптическую длину тубуса, а с ней и увеличение микроскопа. Из рисунка видно главное преимущество микроскопа перед лупой. Оно состоит в том, что в микроскопе задача получения изображения распадается на две части, из которых одна решается объективом, другая окуляром.
Объектив дает изобрамсение предмета прн максимально возможной числовой апертуре. Окуляр, как и лупа, при большом поле зрения дает изображение точек предмета с помощью узких пучков лучей, так как эти пучки ограничены выходным зрачком микроскопа. Объекты, рассматриваемые в микроскоп, обычно не самосветящиеся, а освещаются посторонним источником. Для этой цели употребляется конденсор, состоящий из одной или нескольких короткофокусных линз, помещаемый под предметным столиком микроскопа. Чтобы полностью использовать высокую числовую апертуру объектива микроскопа, наклон освещающих лучей к оптической оси должен быть большим.
Вот почему для конденсора берут короткофокусные линзы. Конечно, конденсор не может повысить поверхностную яркость источника света, его действие эквивалентно приближению источника к освещаемому объекту. 8. Зрительнь~е трубы и телескопы. Главными частями зрительной трубы являются объектив и Окуляр. Объектив дает в задней фокальной плоскости обратное уменьшенное изображение АВ удаленного предмета, рассматриваемое в окуляр как в лупу (рис. 96). Для нормального глаза, аккомодированного на бесконечность, задний фокус объектива должен быть совмещен с передним фокусом окуляра. Это совмещение нарушается, но незначительно, для близорукого и дальнозоркого глаза. Таким образом, параллельный пучок лучей после прохождения через трубу, установленную на бесконечность, остается параллельным, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
