Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка): Скачать (прямая ссылка):
Для безиммерсионного микроскопа его увеличение, согласно формуле (24.2), будет
^ = I=-AA * (24.4)
(при наличии иммерсии с показателем преломления п это выражение надо умножить на п). Величину N можно представить в виде N = = N1N2, где N1 = Llf1 — увеличение объектива как лупы, N2 = г= AIf2 — добавочное увеличение, обусловленное окуляром. При заданном общем увеличении N для устранения ошибок в изображении осевых точек выгоднее делать большим N1, а для уменьшения ошибок всего поля зрения выгоднее применять большие N2. По этой причине, а также по соображениям, указанным в пункте 1, требуемое общее увеличение N 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 А, а также фокусные расстояния /х и /2 положительны. Фокусное расстояние f всей системы, а с ним и увеличение N отрицательны. Это значит, что изображение, получаемое в микроскопе, обратное. Говоря в дальнейшем об увеличении микроскопа, мы обычно будем иметь в виду абсолютное значение N.
Величина А обычно лежит в пределах 150—200 мм. Фокусное расстояние Z1 объектива при самых больших увеличениях его (100— 120) не меньше 1,5 мм, а окуляра — не меньше 8—10 мм. При достаточно больших значениях А можно получить увеличение до 2500—3000 раз без чрезмерного уменьшения Z1 и /2. (Впрочем, столь большие увеличения бесполезны, как это будет подробно разобрано в § 56.)
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 велики 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 предъявляются различные требования.
3. Основные требования, 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 ИЗОБРАЖЕНИй '
[ГЛ. II
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 апохроматы, 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
кусное расстояние апохромата Аббе / = 2 мм, числовая апертура п sin б = 1,4, а геометро-оптические качества таковы, что можно считать фактически достигнутыми границы разрешающей способности микроскопа, определяемые волновой природой света (см. § 56). Апохроматы применяются во всех наиболее ответственных микроскопических и микрофотографических исследованиях.
Менее совершенными, но более распространенными являются ахроматы, т. е. объективы, ахроматизованные для двух цветов спектра. Если удовлетвориться частичной ахроматизацией объектива, то надо совместить положения 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-
С
Рис. 90.
1
вдвое). Роль нижней (полусферической) линзы была выяснена в § 18 (пункт 4). Поверхность этой линзы погружена в масло, в котором помещен и предмет. Эта линза обладает весьма сильной хроматической аберрацией, уничтожаемой остальными линзами. Из этих остальных линз рассеивающие изготовлены из различных сортов флинта, собирающие — из крона. Аббе нашел, что, перемещая слегка некоторые из этих линз относительно других, можно достигнуть почти полного уничтожения хроматической аберрации. Апохромат ахроматизован для трех и удовлетворяет условию синусов для двух цветов спектра. Фо- ОПТИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ
167
ваемых компенсационными. 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 ахрома-тизованы в смысле совмещения задних фокальных точек для лучей разного цвета.
Свет от объекта попадает в объектив, проходя через покровное стекло. В сухих объективах толщина покровного стекла влияет на 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 свабжепъгкоррекционной 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, иммерсионной 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.
