6. Микроскопы

Для повышения разрешающей способности глаза (наблюдения мелких предметов, не видимых невооруженным глазом), существуют оптические приборы, дающие увеличенное изображение близко расположенного предмета.

6.1. Лупа

Простейший прибор, предназначенный для увеличения мелких объектов, лупа.

Лупа - оптическая система, состоящая из линзы или нескольких линз, предназначенная для наблюдения предметов, расположенных на конечном расстоянии.

Если рассматриваемый предмет расположен в передней фокальной плоскости лупы, то от любой точки предмета в глаз наблюдателя поступают пучки параллельных лучей. В этом случае наблюдатель рассматривает предмет без аккомодации (рис. 6.1). Лупа образует мнимое увеличенное изображение на расстоянии наилучшего видения от глаза - 250 мм. Предмет может располагаться и не в передней фокальной плоскости лупы, но в этом случае для рассматривания этого предмета через лупу глазу придется аккомодироваться.

Рассмотрим основные характеристики лупы.

6.1.1. Видимое увеличение лупы

Согласно определению, видимое увеличение лупы вычисляется как отношение тангенса угла, под которым виден предмет через лупу, к тангенсу угла, под которым наблюдается предмет невооруженным глазом с расстояния наилучшего видения.

Тангенс угла, под которым виден предмет невооруженным глазом, легко можно вычислить по рис. 6.2 а): . Если предмет расположен в передней фокальной плоскости лупы (рис. 6.2 б), то угол наблюдения через лупу можно вычислить как . Тогда видимое увеличение лупы при отсутствии аккомодации глаза будет вычисляться следующим образом:

6.1.2. Диаметр выходного зрачка лупы

Вопрос об ограничении световых пучков следует рассматривать в системе «лупа-глаз». В этой системе пучок ограничивается оправой лупы и зрачком глаза. Обычно диаметр лупы гораздо больше диаметра зрачка глаза, поэтому апертурной диафрагмой и одновременно выходным зрачком системы «лупа-глаз» является зрачок глаза:

6.1.3. Поле зрения лупы

На рис. 6.3 представлена лупа диаметром Dn. Зрачок глаза наблюдателя диаметром Dra расположен на расстоянии S' от лупы.

Размер поля 2а' в пространстве изображений определяется лучом, идущим через верхний край оправы лупы и верхний край выходного зрачка:

Соответствующее ему поле в пространстве предметов составит:

Из выражения (6.4) следует, что для увеличения поля зрения лупы глаз следует располагать как можно ближе к лупе.

Лупы малого увеличения (до 7x ) обычно выполняются в виде двояковыпуклой линзы. Лупы более сильного увеличения (от 7х до ) состоят из двух-трех линз и дают возможность рассматривать предметы размером до 0.01 мм. Поле зрения таких луп может достигать 20°.

6.2. Микроскоп

Микроскоп предназначен для наблюдения мелких объектов с большим увеличением и с большей разрешающей способностью, чем дает лупа. Оптическая система микроскопа состоит из двух частей: объектива и окуляра. Объектив микроскопа образует действительное увеличенное обратное изображение предмета в передней фокальной плоскости окуляра. Окуляр действует как лупа и образует мнимое изображение на расстоянии наилучшего видения (рис. 6.4). По отношению ко всему микроскопу рассматриваемый предмет располагается в передней фокальной плоскости.