3.2.5. Лупа (окуляр)

бражение — в бесконечности, и глаз без напряжения рассматри­ вает предмет.

Во всех случаях увеличенное изображение предмета рассмат­ ривается глазом, расположенным за лупой. Но глаз сам является оптической системой, которая строит действительное изображе­ ние на сетчатке.

Ограничение пучков лучей следует рассматривать в системе "лупа+глаз", так как зрачок глаза выполняет роль диафрагмы. Апертурной диафрагмой этой системы является зрачок глаза, по­ скольку его диаметр значительно меньше диаметра оправы лупы (рис.3.18, а). Одновременно он является выходным зрачком сис­ темы.

Основная характеристика лупы — видимое увеличение, опреде­ ляемое отношением Гл = tgco /tgco, где со — угол, под которым глаз видит предмет (рис.3.18, б), со' — угол, под которым глаз видит изображение предмета через лупу (рис.3.18, а).

Видимое увеличение лупы непостоянно и зависит как от поло­ жения предмета относительно лупы, так и от положения глаза. Соответствующие формулы увеличения можно получить, записав выражения для tgco и tgco1, определяемые из рис.3.18, и выполнив преобразования. Если предмет расположен в передней фокальной плоскости лупы, то изображение лежит в бесконечности, и види­ мое увеличение равно

г = —£ =

1Л r г ■

Такая же формула получается в том случае, если изображение, построенное лупой, находится на расстоянии 250 мм от глаза, а зрачок глаза находится в заднем фокусе (здесь z'= L’ = —250 мм).

В остальных случаях, например, как на рис.3.18, увеличение лупы возрастает на единицу, т. е.

Г = Гл+ 1.

Фокусное расстояние лупы меняется примерно от 125 мм для отдельной линзы и до 8... 10 мм для системы из нескольких линз. Эти значения фокусного расстояния соответствуют пределу уве­

личений 2...30 крат.

Полевая диафрагма отсутствует, так как изображение — мни­

мое (рис.3.18), а предмет может менять свое положение. Поле лу­ пы ограничено ее оправой (являющейся виньетирующей диа­ фрагмой) и меняется в зависимости от положения глаза, посколь­ ку зрачок глаза играет роль выходного зрачка системы "лупа + глаз".

В приведенных оптических системах (например, в телескопи­ ческой системе Кеплера) лупа применяется как окуляр (лат. осиlus — глазной) (рис.3.9, в). Плоскость действительного изображе­ ния после объектива одновременно является предметной плоско­ стью окуляра. В этой плоскости установлена полевая диафрагма объектива, играющая роль полевой диафрагмы окуляра. Ее диа­ метр определяет линейное поле окуляра 2уок. Глаз видит беско­ нечно удаленный предмет, изображение которого он строит на сетчатке.

Окуляр может давать мнимое изображение на расстоянии 250 мм от глаза наблюдателя (рис.3.18, а). Видимое увеличение оку­ ляра, как и лупы, определяется по формуле:

3.2.6. Микроскоп

Микроскоп (от греч. mikros — малый и scopeo — смотрю) — оптический прибор для получения увеличенных изображений близкорасположенных объектов (или деталей их структуры), не­ различимых глазом. Микроскопы применяются для получения больших увеличений, значительно превышающих увеличение лу­ пы. Различные типы микроскопов больших увеличений (биологи­ ческие, металлографические и др.) предназначены для обнаруже­ ния и изучения бактерий, органических клеток, мелких кристал­ лов, структуры сплавов и других объектов. С помощью микроско­ па определяются форма, размеры, структура и другие характери­ стики микрообъектов. Микроскоп дает возможность различать структуры с расстоянием между элементами до 0,20 мкм. Широко применяется в медицине, микробиологии, ботанике, химии и других областях.

Для точных измерений изготавливаемых изделий в машино­ строении и приборостроении применяются измерительные мик­ роскопы. Здесь рассматриваются микроскопы малых и средних увеличений (-20... 100х), которые используются в измерительных

Рис. 3.19. Оптическая схема визирного микроскопа. Определение поло­ жения и размера выходного зрачка.

устройствах геодезических и контрольно-измерительных прибо­ ров.

Оптическая схема микроскопа состоит из двух компонентов: объектива (off) и окуляра (ок) (рис.3.19). Задний фокус (т.Р'об) объектива не совпадает с передним фокусом (т,F„K) окуляра, по­ этому оптический интервал не равен нулю (Д ф 0). Чтобы глаз наблюдателя увидел через окуляр изображение предмета, объек­ тив микроскопа должен построить изображение объекта в пе­ редней фокальной плоскости окуляра (т,Рдк). В этом случае оп­ тический интервал Д равен расстоянию z от заднего фокуса объектива до изображения через объектив. Линейное увеличе­ ние объектива

Роб = ~ z / f ' об = -Д//'ов-

Оптический интервал много больше фокусного расстояния объектива, поэтому изображение после объектива — увеличенное, перевернутое и действительное. Увеличение роб объектива и число­ вая апертура А = sinaA (п, — \) являются основными характери­ стиками объектива микроскопа и указаны на его оправе. Окуляр (лупа) строит увеличенное прямое изображение. Видимое увели­ чение окуляра

Оптические схемы этих микроскопов отличаются лишь огра­ ничением пучков лучей — расположением апертурной диафрагмы (АД) и зрачков. Полевая диафрагма (ПД) расположена в плоско­ сти действительного изображения объектива, т. е. в передней фо­ кальной плоскости окуляра.

Диаметр полевой диафрагмы Dm = 2уок — это размер линейно­ го поля окуляра. Полевая диафрагма в рассматривавмых микро­ скопах представляет собой оправу визирной или измерительной сетки. Сетка — это плоскопараллельная пластина с нанесенным на нее перекрестием, или биссектором (две вертикальные близко­ расположенные прямые линии), или шкалой. Изображение поле­ вой диафрагмы в обратном ходе лучей через объектив определяет линейное поле 2у микроскопа. Размер линейного поля определя­ ет главный луч. Угол со' наклона главного луча относительно оп­ тической оси в пространстве изображений определяет половину углового поля микроскопа в пространстве изображений, или по­ ловину углового поля юок окуляра.

В геодезических и контрольно-измерительных приборах мик­ роскоп используется в качестве измерительного устройства — это отсчетный микроскоп (рис.3.20). К особенностям микроскопа этого типа относится наличие между объективом и окуляром из­ мерительной части. В предметной плоскости такого микроскопа расположен предмет (шкала). Измерения состоят в том, что изо­ бражение предмета сравнивается со шкалой с определенными де­ лениями, расположенной в плоскости полевой диафрагмы (шка­ лой окуляра). При недостаточно точном наведении микроскопа на предмет имеет место параллакс (от гр. parallaxis — уклонение)

— видимое (кажущееся) смещение предмета вследствие переме­ щения глаза наблюдателя, смотрящего в окуляр. В этом случае плоскость изображения не совпадает с плоскостью полевой диа­ фрагмы, где находится измерительная шкала. Это может привес­ ти к ошибке при измерении.

Если для измерений используется визирный микроскоп, где апертурной диафрагмой является оправа объектива, то при каж­ дом наведении на предмет главный луч меняет свое положение

(рис.3.21, а). Это приводит к ошибке в отсчете по шкале окуляра, так как одной и той же величине предмета у соответствуют раз­ ные величины изображений — у'2>у', у ) (см. рис. 3.21, а).

Чтобы ослабить влияние параллакса на результат измерений, следует сделать ход главного луча в пространстве предметов не зависящим от положения плоскости наведения. Это достигается