Landsberg-1985-T3

под которым виден предыет 5152 из оптического центра глаза

О, называется углом зрения.

Сетчатая обо.l0чка иыеет сложное строение и COCTO!IТ IIЗ

О Т Д е л ь н ы х светочувствительных элементов. Поэтому

две точки объекта, расположенные настолько близко друг

к другу, что их изображения на сетчатке попадают на один и тот же элемент, воспринимаются глазом как одна точка. Минимальный угол зрения, под которым две светящиеся

точки или две черные точки на белом фоне воспринимаются глазом еще раздельно, составляет приблизительно одну ми­

нуту. Глаз плохо расnозн.аеm детали npea/ltema, которые

:и2~~

(1)

~~::~j

В)

Рис. 218. а) Угол зрения qJ=S~S;lh=SlS2ID; б) при увеличении угла

зрения увеличивается изображение рассматриваемого предмета на сет-

чатке; N=b' /Ь=ЧJ'/ЧJ

он видит под углом /lleflee 1'. Это - угол, под которым виден

отрезок, длина которого 1 см на расстоянии 34 м от глаза.

При плохом освещении (в сумерках) минимальный угол раз­ решения повышается и может дойти до 10.

Приближая предмет к глазу, мы увеличиваем угол зре­

ния и, следовательно, ПО,71учаем возможность лучше разли­

чать мелкие детали. Однако очень близко к глазу приб.l11зить предмет мы не можем, так как способность глаза к ак­ комодации ограничена. для нормального глаза наиболее благоприятным для рассыатривания предмета оказывается

расстояние около ·25см, при котором глаз достаточно хорошо

различает детал!! без чрезыерного утомления. Это расстояние называется расстОЯfluеЛI наилучшего зрения. Для близору­ Кого глаза это расстояние несколько меньше. Поэтому б.1ИЗО­

рукие люди, помещая рассматриваемый предмет ближе к

глазу, чем люди с нормаЛЬНЫ1l1 зрением или дальнозоркие,

видят его под большим УГЛО~I зрения и могут лучше раз­

личать мелкие детали.

294

Значительное у в е л и ч е н и е у г ,1 а з р е н и я до­

стигается с ПОl\IOЩЬЮ оптических приборов. По своему наз­

начению оптические приборы, вооружающие глаз, можно

разбить на следующие две большие группы.

боры как бы «увеличивают» рассматриваемые предМеты. 2. Приборы, предназначенные для рассматривания

у Д а л е н н ы х о б ъ е к т о в (зрительная труба, би­

нокль, телескоп и т. п.). Эти приборы как бы «приближают»

расо.lатривае:\lые преД:\lеты.

Благодаря увеличению угла зрения при использовании

оптического прибора размер изображения преД:\lета на

сетчатке увеличивается по сравнению с изображение:\! в не­

вооруженном глазе и, следовательно, возрастает способ­

ность распознавания деталей. Отношение длины изображе­ ния на сетчатке в случае вооруженного глаза Ь' к длине

изображения для невооруженного глаза Ь (рис. 248, б)

называется увеличением оптического прибора.

С по:\ющью рис. 248, б легко видеть, что увеличение N

равно также отношению угла зрения ЧJ' при расс:\!атривании

преД:\lета через !ШСТРУ:'lент к углу зрения qJ для невооружен­

ного глаза, ибо ЧJ' и qJ невеЛ!lКИ. Итак,

§ 114. Лупа. Простейшим прибором для вооружения глаза является лупа. В качестве лупы применяются собирающие

линзы с фокусным расстоянием от 10 до 100 мм. Лупа по­ мещается перед глазом, по возможности ближе к нему,

а рассматриваемый предмет - на расстоянии, немного

меньшем фокусного расстояния лупы. Построение изо(5рз­

жения в этом случае было рассмотрено в § 97 гл. Х. На-

Рис. 249. Ход .1учеЙ при рассматривании неБО,1ЬШОГО предмет а через

Л:,'JJУ

295

помним, что в этих условиях получается м н и м о е, п р я­

м о е, у в е .л и ч е н н о е изображение.

На рис. 249 показан ход лучей при рассматривании не­ большого предмета через лупу. Лучи, исходящие из точки S предмета [, преломляются сначала в лупе, затем в пре­

ломляющих средах глаза и собираются в точке S" на сетчат­ ке. В той же точке S" собрались бы лучи, если бы лупы не было, а источник находился бы в точке S', Т. е. если бы глаз

непосредственно рассматривал предмет у в е л и ч е н н ы х

размеров ['. находящийся на соответственном расстоянии

от глаза.

Лучи, вычерченные на рис. 249 штриховыми линиями, пересечение

которых в точке S' дает МНИМое изображение точки S, в действительно·

сти не существуют. Мы можем ПОМестить сразу за предметом непро­ зрачный экран, и ничто от этого не изменится. Однако мы «видим» пред­ мет [', так как rлаз автоматически «восстанавливает» ход попавших в

него лучей, а лучи после преломления в лупе падают на г.~аз так, как

если бы [' было реальным предметом.

Найдем увеличение лупы. Предположим, что предмет, имеющий длину [ (рис. 250, а), находится от глаза на рас­ стоянии наилучшего видения D. Тогда угол зрения равен

1

(Р=1)·

Поместим тот же предмет (рис. 250, б) вблизи фокуса F

Z~f============~Х,j==~ЕЕЭ

z'~---~E9

Рис. 250. Рассматривание небольшого предмета невооруженным гла­

зом (а) и через лупу (6)

лупы и будем рассматривать его через лупу. Мы увидим

изображение предмета длины [' под углом зрения ер', причем

1 ['

СР=/Т'

296

где а'- расстояние от лупы до изображения (р а с с т о я­

ннем от лупы до оптического центра

г л а за п р е н е б р е г а е м).

ПО формуле увеличения линзы имеем следующее соотно­

где f должно быть выражено в миллиметрах; например, при

1=50 мм лупа имеет пятикратное увеличение.

предмета из лупы исходит пар а л л е л ь н ы й п у ч о к лучей, который сводится глазом в точку: на сетчатке глаза

получается резкое изображение предмета. Отметим, что

этот случай особо благоприятен д л я н а б л ю д е н и я: нормальный глаз сводит в точку параллельный пучок, на­ ходясь в состоянии покоя; таким образом, усилия акко­ модации не требуется, и в этих условиях наблюдения глаз

менее утомляется. Именно при таком способе наблюдения

увеличение лупы имеет точно значение, даваемое формулой

(114.1).

Лупы различного вида широко применяются при мелкой

и точной работе, при измерениях н т. п.

Казалось бы, что с помощью лупы можно получать очень

большие увеличення,- надо только уменьшать ее фокусное расстояние. Например, при фокусном расстоянии 0,25 ММ увеличение лупы равно 1000. Однако пользование лупами с очень АtаЛbl.М фокусным расстоянием, а следовательно, и С малым диаметром, практически невозможно. Поэnwму

лупы с увеличением более 40 не применяются.

297

§ 115. Микроскоп. д"1Я получеЮIЯ больших увеличении

применяется микроскоп. Оптическая СIIсте~!а ~lИкроскопа со­

стоит из дву х частей более илп менее сложной конструкциr[:

объектива (обращенного к объекту) и окуляра (обращенного

к глазу). Ход лучей в микроскопе показан на рис. 251. при­ чем объектив и окуляр заменены на рисунке простыми лин­

зами.

Как и лупа, ш[кроскоп дает ВОЗ:'южность раСОlатривать изображение предмета под с6ЛЬШIIМ углом, чем это возможно

87

для невооруженного глаза. Небольшой предмет SlS 2 по­

мещается перед объективом 1 микроскопа на расстоянии, немного большем фокусного раССТОЯНIlЯ объектива; его дей­ ствительное изображение S~S~ находится вблизи передне­ го фокуса F 2 окуляра 2 - между окуляром п его передним фокусом. Это изображение рассыатривается глазо:,! через

окуляр, как через лупу; на сетчатке глаза образуется изоб­

ражение S~"S;", которое ВОСПРИНJI\lается глазом как исхо­

дящее от мнимого увеличенного IIзображения S~S;. il -

расстояние между заднп:-л фокуса:'>! объектива и передним

фокусом окуляра -- называется оптической длщюй тубуса

МIIкроскопа; от НСС зависит увеличение микроскопа. S~s~

находится в псрс,'\[]rii фокальной плоскости окуляра, т. е.

изображение S~s; леж:п в бесконечности; при этом глаз

находится в ненапряженном состоянии.

J1велuченuе,tt ЛlUкроскоnа, как и в случае лупы, называ­ ется отношение длины изображения какого-либо отрезка,

298

получаемого на сетчатой оболочке глаза при помощи микро­

скопа, к длине изображения того же отрезка на сетчатке

при рассматриваНШI его невооруженныи глазом.

нию BC~ГO микроскопа. Поль­

зуясь формулой (114.1), для

увеличения микроскопа на­ ходи:\!

N = 250/t.

Фокусное расстояние ~1Икро­

скопа как системы из двух

линз ~roжет быть сделано зна­

чительно меньше, че",! фокус­ ное расстояние объектива или

окуляра в отдельности. В со­

отвеТСТВIIИ с этим у в е л и­

чение микроскопа

з н а ч и т е л ь н О б о л ь­

ш е у в е л и ч е н И я, Д а­

ваемого объеКТИВО~1

и л и о к у л я ром. Как

показывает расчет, увеличение

.микроскопа равно произведе­

нию увеличения Объектива и

кой системы микроскопа-

объектив 1 и ОКУJlЯР 2 - размещаются па !{онцах цилиндри­

ческой трубки, укрепленной в штативе (рис. 252). Объект 3

помещается на предмеТНО~1 столике 4 1\ освещается снизу с

помощью зеркала 5 и конденсора 6. Оправы объектива

и окуляра устанавливаются n металлической трубке­

тубусе 7. Наводка на резкое изобр;]женис осущеСТВJIяется

с помощью винт;] кремальеры 8 (грубая наводка) или

микрометрического винта 9 (точная н;]вол.к;]). Окуляры и объективы микроскопа делаются сменными, благодаря чему

можно быстро менять увеJIичение СIIстемы. Быстрая смена

объективов с разным увеличением ПРОИЗВОj])IТСЯ С помощью

револьвера 10. Тубус и СТО,lИК укреплены на массивном штативе 11.

299

§ 117. ЗритеЛЬНblе трубbl. Зрительная труба представляет собой оптический прибор , предназначенный для рассма­

тривания глазом весьма удаленных предметов. Как и ми­

кроскоп, она состоит из объектива и окуляра; !l тот и дру­ ГОЙ являются более или менее сложны,,1П оптическими систе­

мами, хотя и не столь сложными, как в случае микроскопа;

однако мы их будем схематически представлять тонкими линзами. В зрительных трубах объектив и окуляр распо­

лагаются так, что задний фокус объектива почти СОВ­

падает с передним фокусом окуляра (рис. 253). Объектив

F,'

1

Рис. 253. Расположение объектива и окуляра в зрительной трубе:

задний фокус объектива F~ совпадает с передним фокусом окуляра Fj

дает действительное уменьшенное обратное изображение бесконечно удаленного предмета в своей задней фокальной

плоскости; это изображение рассматривается в окуляр, как в лупу. Если передний фокус окуляра совпадает с задним фокусом объектива, то при рассматривании у Д а л е н н о г о

предмета из окуляра выходят пучки пар а л л е л ь н ы х

(ср. § 114). Но если зрение наблюдателя несколько отлича­

ется от нормалыIго,' то окуляр передвигают, устанавливая

его «по глазам». Путем передвижения окуляра производит­ ся также «наводка» зрительной трубы при рассматривании

предметов, расположенных на различных не очень больших

расстояниях от наблюдателя.

Объектив зрительной трубы должен быть всегда собира­

ющей системой, окуляр же может быть как собирающей,

ется трубой Кеплера (рис. 254, а), труба с р а с с е и в а ю- Щ и м (отрицательным) о к у л я р о м - трубой Галилея (рис. 254, б). Объектив 1 зрительной трубы дает действи­

тельное обратное изображение удаленного предмета в

своей фокальной плоскости FS'. Расходящийся пучок лу-

301

чей: IIЗ точки 5' падает на окуляр 2; так как эти лучи идут IIЗ ТОЧЮI 5' в фокальной ПЛОСКОСТ!! окуляра, то из него

выходит пучок, параллеЛЬНЫII побочной оптической 0('11

5'0 окуляра под углом а' к главной ос!!. Попадая Б глаз,

лучи эти сходятся на его сетчатке и дают действитель­ ное изображение источника.

~~~a'~ г~"

8'1

li)

Рис. 254. Ход лучей в зрительной трубе: а) труба Кеплера; б) труба Га­

JlИ.1ея

о)

Рис. 255. Ход лучеii в призменном ПО.1евом БИнок.1е (а) и его внешний

вид (6). Изменение направления стредки указывает на «обращение»

изображения ПОС.1е прохож;rения .'J~'чеЙ через часть системы

(В случае галилеевоii трубы (6) глаз не изображен, чтобы не

загромождать рисунка.) Угол а - угол, который сос­

тавляют с осью лучи, падающие на объектив.

302

Труба Галилея, нередко применяемая в обычном те<. т­ ральном бинокле, дает п р я м о е I!зображение предмет;:;,

труба Кеплера - пер е в е р н у т о е. ВслеДСТВIIе этого, еслИ труба Кеп.'Iера должна С'Iужнть ДЛЯ зе~шых наб.гНОJ.е­ НIIЙ, то ее снабжают оборачuвающсй Сllсt7!с.1IOЙ (дополнитель­

ной линзой или системой ПРIIЗ'll), в результате чего ИЗОбра­ жение становится прямым. ПРl[чеРО~l подобного прибора

может служить призменный бинокль (рис. 255). ПреИ:'vlущест­

вом трубы Кеплера является то, что в ней имеется Д е й с т­

ви т е л ь н о е промежуточное изображение, в плоскость

которого можно поместить измерительную шкалу, фотопла­

стинку для производства CHIIMKOB If т. п. Вследствие этого

вастрономии и во всех случаях, СI3язанных с измерениями,

применяется труба Кеплера.

§ 118. Увеличение зрительной трубы. Пусть <р есть угол,

под которым лучи, исходящие от краев рассматриваемого

предмета, попадают в глаз наблюдателя при отсутствии

трубы (рис. 256, а).

1~tt1"~ ~

Рис. 256. Рассматривание удалеНIIОГО предмета невооруженным гла­ зом (а) и с помощью зрительной трубы (6)

(Вместо оптической систеыы глаза изображена линза L,

дающая изображение на экране в ее фокальной плоскости;

этот экран играет роль сетчатОй оболочки.) Поместив перед

глазом зрительную трубу, мы увеличиваем угол, под кото­

рым виден данный предмет (рис. 256, б). Длина изобра­ жения на сетчатке глаза (или на экране в фокальной плос­ кости ,Т]инзы L) в первом случае

l' = f tg (р ~ f<p,

ВО втором случае

l~ = f tg <р' ~ f<p',

заз