Ограничение пучков лучей в оптическом приборе: зрачки входа и выхода, числовая апертура и апертурная диафрагма, полевая диафрагма.
Числовая апертура — равна произведению показателя преломления среды между предметом и объективом на синус апертурного угла. Именно эта величина наиболее полно определяет одновременно светосилу, разрешающую способность объектива микроскопа.
Апертура (лат. – отверстие) – это понятие, которое в геометрической оптике определяет размер пучка лучей.
Апертурная диафрагма – это диафрагма, которая ограничивает размер осевого пучка (идущего из осевой точки предмета).
Луч, идущий из осевой точки предмета и проходящий через край апертурной диафрагмы называется апертурным лучом.
Рассмотрим апертурную диафрагму и предшествующую ей часть оптической системы: Параксиальное изображение апертурной диафрагмы в пространстве предметов, сформированное предшествующей частью оптической системы в обратном ходе лучей, называется входным зрачком оптической системы. Если апертурная диафрагма находится в пространстве предметов, то входным зрачком является сама апертурная диафрагма. Выходной зрачок – это параксиальное изображение апертурной диафрагмы в пространстве изображений, сформированное последующей частью оптической системы в прямом ходе лучей. Если апертурная диафрагма находится в пространстве изображений, то выходным зрачком является сама апертурная диафрагма.
Входной зрачок, выходной зрачок и апертурная диафрагма сопряжены. Апертурный луч внутри системы проходит через край апертурной диафрагмы, в пространстве предметов – через край входного зрачка, а в пространстве изображений – через край выходного зрачка.
Полевая диафрагма, диафрагма поля зрения — непрозрачная преграда, ограничивающая линейное поле оптической системы в пространстве предметов или в пространстве изображений. Располагается в непосредственной близости от одного из фокусов оптической системы (в системах с оборачивающими элементами может располагаться в одном из промежуточных фокусов). Может иметь форму круга (в микроскопах, телескопах). В спектральных приборах имеет форму щели. Определяет, какая часть пространства может быть изображена оптической системой. Из центра входного зрачка диафрагма поля зрения видна под наименьшим углом.
Относительное отверстие и светосила оптического прибора. Видимое увеличение микроскопа (лупы) и телескопической системы.
Относительное отверстие объектива — отношение диаметра входного зрачка (изображения апертурной диафрагмы, построенного стоящими перед ней линзами в обратном ходе лучей (обычно совпадающего с первой линзой объектива)) объектива D к его заднему фокусному расстоянию f’. Его величину выражают в виде дроби: D/f’=1/k, когда числитель приведён к единице. Знаменатель относительного отверстия k называют "диафрагменным числом" или "числом диафрагмы".
Светоси́ла объекти́ва — величина, характеризующая степень ослабления объективом светового потока.
Геометрическая светосила J пропорциональна площади действующего отверстия объектива πd2/4 (где d — диаметр действующего отверстия), делённой на квадрат фокусного расстояния, то есть π/4*(d/f)2. Следовательно, светосила объектива тем выше, чем больше его максимальное относительное отверстие.
Выразив d/f через 1/K, где K — диафрагменное число, получим: J=π/(4K2)
Из формулы следует, что чем больше диафрагменное число, тем меньше освещённость кадра. Таким образом, диафрагмирование уменьшает освещённость кадра.
Видимое увеличение лупы равно отношению расстояния наилучшего зрения (250 мм) к её фокусному расстоянию.
Увеличение микроскопа общее является произведением увеличений объектива и окуляра. Если между объективом и окуляром есть дополнительная увеличивающая система, то общее увеличение микроскопа равно произведению значений увеличений всех оптических систем, включая промежуточные: объектива, окуляра, бинокулярной насадки, оптовара или проекционных систем.
Гм = βоб * Гок * q1 * q2 * ...,
где Гм — общее увеличение микроскопа, βоб — увеличение объектива, Гок — увеличение окуляра, q1, q2... — увеличение дополнительных систем.
В телескопческих системах видимое увеличение равно отношению фокусных расстояний объектива и окуляра, а при наличии оборачивающей системы это отношение следует дополнительно умножить на линейное увеличение оборачивающей системы.