Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка): Скачать (прямая ссылка):
4. Основные требования, предъявляемые к окуляру: 1) устранение астигматизма в косых пучках; 2) устранение дисторсии; 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 не 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$ 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 плоскостей окуляра не ахроматизованы. Если же изображение, даваемое объективом, не свободно от хроматической аберрации, то ее можно компенсировать хроматической аберрацией противоположного знака, 168
геометрическая ТЕОРИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИй '
[ГЛ. II
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.
В § 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 I между линзами равно полусумме- ее фокусных расстояний: / =* = 1As (fi + /г)- Составлением окуляров из двух линз одновременно можно достигнуть устранения астигматизма косых пучков, а потому окуляры и 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 их в зрачок глаза наблюдателя. При отсутствии специальной диафрагмы поля зрения роль этой Диафрагмы выполняет оправа коллектива. 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 окуляр Рамсдена (1735—1800).
5. Окуляр Гюйгенса состоит из двух плоско-выпуклых или двояковыпуклых линз, обращенных более выпуклыми поверхностями
в сторону падающих лучей (рис. 91). Для уменьшений сферической аберрации Гюйгенс выбрал фокусные расстояния и взаимное расположение линз так, чтобы
F,', Fj отклонение луча, первона-чально направленного па-^ раллельно главной оптической оси, при преломлении распределялось поровну между обеими < линзами. Нетрудно подсчитать (что рекомендуется сделать чи-» тателю), что в параксиаль-
ном приближении это будет достигнуто при условии / = Z1 — /2, где ¦ Z1 — (}юкусное расстояние собирательной, а /2 — глазной линзы^ Комбинируя это уравнение с условием I = V2 (/і + /2), находим; /і — 3/2, I = 2/2. Таким образом, в окуляре самого Гюйгенса h ' I : fx = 1:2:3 (в современных конструкциях окуляра Гюйгенса чаще пользуются отношением 2:3:4), Оптический интервал §24] ОПТИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ
169
между линзами окуляра Д = —2/2. По формулам (12.2), (12.3) и (12.4) нетрудно рассчитать положение главных фокусов, главных плоскостей и фокусные расстояния окуляра Гюйгенса. Результаты расчета приведены на рис. 91 (положение переднего фокуса F1 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 AB предмета в передней фокальной плоскости окуляра. Этого можно добиться, перемещая весь микроскоп вверх или вниз
под предметным столиком. Изображение AB для коллектива O1 играет роль мнимого предмета. Коллектив даст его действительное уменьшенное изображение А'В' в передней фокальной плоскости глазной линзы O2, так как окончательное изображение должно получиться в бесконечности (в этом можно убедиться и непосредственным расчетом). Изображение А'В' увеличивается глазной линзой O2, действующей как лупа. Угол A'CB' определяет поле зрения. Его можно изменить, поместив в фокальной плоскости г2 глазной линзы диафрагму поля зрения.
Окуляр Гюйгенса мало пригоден для точных измерений. Действительно, в этом окуляре шкалу микрометра следовало бы располагать между линзами окуляру. 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 бшибки, не поддающиеся точному учету. Окуляр Гюйгенса не может быть использован и в качествеобыкновенной лупы, предназначенной для непосредственного рассматривания мелких предметов, так как рассматриваемый предмет надо было бы опять помещать между 170
