32. Телескопические системы. Основные виды и характеристики.
Телескопические системы широко используются при визуальном контроле далеко расположенных поверхностей.
Эти системы параллельный пучок излучения, поступающий в их входной зрачок, преобразуют в параллельный, более узкий пучок излучения, выходящий через выходной зрачок системы.
Такие системы называются афокальными.
Сложная телескопическая система, кроме двух составляющих основных оптических частей положительных объектива и окуляра (труба Кеплера) и положительного объектива и отрицательного окуляра (труба Галилея) (рисунок 2.9), может иметь ряд других оптических деталей: защитные стекла, сетки, призмы, оборачивающие и фокусирующие системы, светофильтры и т. п. Конструктивно эти детали могут быть отнесены как к объективной, так и к окулярной части.
а) б)
а – Каплера; б – Галилея
Рисунок 2.9 – Схемы телескопических систем
Для телескопической системы в воздухе видимое увеличение
;
Продольное увеличение
,
где f1 и f2 – соответственно фокусные расстояния объектива и окуляра;
D и D'– диаметры входного и выходного зрачков.
Из последнего соотношения видно, что в телескопических системах все предметы кажутся приближенными к наблюдателю, а само пространство изображений – сжатым в направлении линии наблюдения. Видимое, угловое, поперечное и продольное увеличения телескопической системы не зависят от расстояния до предмета.
Основные преимущества трубы Галилея: прямое изображение; простота конструкции; длина этой трубы короче на два фокусных расстояния окуляра по сравнению с подобной трубкой Кеплера; имеют малые потери яркости (10-15 %), что позволяет применять ее при плохом освещении.
Труба Галилея имеет и ряд недостатков: небольшое поле и увеличение, отсутствие действительного изображения и поэтому невозможность визирования и измерений.
Стереоскопические и бинокулярные телескопические системы. Наблюдение в бинокулярные телескопические трубы уменьшает утомление глаз и облегчает глубинное восприятие. Для невооруженного глаза глубинное восприятие возможно на расстоянии не более 1350 м. При наблюдении в бинокулярную зрительную трубу радиус стереоскопического зрения увеличивается во столько раз, во сколько база В трубы, т. е. расстояние между осями объективов, больше базы b глаз. Отношение В к b называется удельной пластикой. Восприятие глубины также возрастает, а параллактический угол уменьшается пропорционально увеличению бинокулярной трубы. Произведение удельной пластики на увеличение называется полной пластикой.
На рисунке 2.8 показаны стереоскопические лупы, предназначенные для выполнения достаточно тонких зрительных работ.
Лупы дают стереоскопическое изображение предмета: увеличение – 2Х, расстояние до рассматриваемого предмета – 182 мм, диаметр поля зрения – 30 мм.
Стереоскопические приборы всегда бинокулярные, однако, бинокулярные приборы могут быть и не стереоскопическими.
33. Микроскопы. Основные виды и характеристики
Микроскоп, как и лупа, предназначен для наблюдения близко расположенных предметов. На рисунке 2.10 приведена упрощенная схема оптической системы микроскопа, состоящая из объектива 1 и окуляра 2, с указанием расположения главных плоскостей, фокусов и фокусных расстояний, а также расстояния между ее компонентами.
К основным
характеристикам микроскопа относят
видимое увеличение Гм,
линейное поле в пространстве предметов
2l
и диаметр выходного зрачка
.
По отношению ко всему микроскопу рассматриваемый предмет расположен в передней фокальной плоскости и видимое увеличение микроскопа можно определить так же, как и у лупы отношением
,
где f' – заднее фокусное расстояние микроскопа, мм.
С достаточной степенью приближенности диаметр выходного зрачка микроскопа можно вычислить по формуле
.
Чтобы определить величину поля зрения всего микроскопа в пространстве, необходимо линейное поле зрения окуляра 2lок разделить на увеличение объектива βоб
.
Глубина изображения в микроскопе.
Для лупы и микроскопа аккомодационная глубина в пространстве предметов, сопряженная с границами области аккомодации невооруженного глаза, может быть вычислена по формуле
.
Разрешающая способность микроскопа.
.
Нижний предел разрешаемости объектов, наблюдаемых в микроскоп, равен 0,18 мкм. Чтобы полностью использовать разрешающую способность микроскопа, определяемую последней формулой, необходимо иметь увеличение всей системы микроскопа в видимой области спектра в пределах:
.
Оптическая и механическая длина тубуса. В микроскопе различают оптическую и механическую длину тубуса. Оптическая длина тубуса Δ – это расстояние от заднего фокуса объектива микроскопа до переднего фокуса окуляра. Для различных объективов эта величина различна. Чем длиннофокуснее объектив, тем меньше его оптическая длина и наоборот. Механическая длина тубуса – расстояние от опорной плоскости объектива до верхнего среза тубуса стандартизована и принимается равной 160 мм для микроскопов, применяемых для наблюдения в проходящем свете, и – 190 мм в микроскопах для наблюдения в отраженном свете.
Объективы и окуляры микроскопов. Оптическая схема микрообъектива тем сложнее, чем выше его апертура и увеличение и совершеннее коррекция остаточных аберраций.
По степени коррекции объективы классифицируют на монохроматы, ахроматы и апохроматы. У первых аберрации направлены для одной длины волны или узкой спектральной области. Если ахроматизация выполнена для двух длин волн – это ахроматы. У апохроматических объективов спектральная область расширена для трех длин волн.