Reklama

Оптические приборы для визуальных наблюдений

Для невооруженного глаза меньший угол зрения примерно равен 1′. Этот угол определяется мозаичным строением сетчатки, также волновыми качествами света (см. § 6.9). Существует ряд устройств, созданных для роста угла зрения – лупа, микроскоп, зрительная труба. При зрительных наблюдениях глаз является неотъемлемой частью оптической системы, потому ход лучей в устройствах, вооружающих глаз, находится в зависимости от аккомодации глаза (см. § 6.4).

При анализе работы оптических устройств для зрительных наблюдений удобнее всего считать, что глаз наблюдающего аккомодирован на бесконечность. Это значит, что лучи от каждой точки предмета, пройдя через прибор, попадают в глаз в виде параллельного пучка. В этих критериях понятие линейного роста теряет смысл. Отношение угла зрения φ при наблюдении предмета через оптический прибор к углу зрения ψ при наблюдении невооруженным глазом именуется угловым повышением:

  Угловое повышение является принципиальной чертой оптических устройств для зрительных наблюдений. Следует отметить, что в неких учебниках полагается, что глаз наблюдающего аккомодирован на расстояние лучшего зрения обычного глаза d0. В данном случае ход лучей в устройствах несколько усложняется, но угловое повышение прибора приближенно остается таким же, как и при аккомодации на бесконечность. Лупа. Простым прибором для зрительных наблюдений является лупа. Лупой именуют собирающую линзу с малым фокусным расстоянием (F ≈ 10 см). Лупу располагают близко к глазу, а рассматриваемый предмет – в ее фокальной плоскости. Предмет виден через лупу под углом

где h – размер предмета. При рассматривании этого же предмета невооруженным глазом его следует расположить на расстоянии d0 = 25 см лучшего зрения обычного глаза. Предмет будет виден под углом

 Оптические приборы для зрительных наблюдений

  Отсюда следует, что угловое повышение лупы равно

  Линза с фокусным расстоянием 10 см дает повышение в 2,5 раза. Работу лупы иллюстрирует рис. 6.5.1.

1
Набросок 6.5.1. Действие лупы: а – предмет рассматривается невооруженным глазом с расстояния лучшего зрения d0 = 25 см; б – предмет рассматривается через лупу с фокусным расстоянием F.

Микроскоп. Микроскоп используют для получения огромных увеличений при наблюдении маленьких предметов. Увеличенное изображение предмета в микроскопе выходит при помощи оптической системы, состоящей из 2-ух короткофокусных линз – объектива O1 и окуляра O2 (рис. 6.5.2). Объектив даст действительное перевернутое увеличенное изображение предмета. Это промежуточное изображение рассматривается глазом через окуляр, действие которого аналогично действию лупы. Окуляр располагают так, чтоб промежуточное изображение находилось в его фокальной плоскости; в данном случае лучи от каждой точки предмета распространяются после окуляра параллельным пучком.

2
Набросок 6.5.2. Ход лучей в микроскопе.

Надуманное изображение предмета, рассматриваемое через окуляр, всегда перевернуто. Если же это оказывается неловким (к примеру, при прочтении маленького шрифта), можно перевернуть сам предмет перед объективом. Потому угловое повышение микроскопа принято считать положительной величиной. Как надо из рис. 6.5.2, угол зрения φ предмета, рассматриваемого через окуляр в приближении малых углов,

  Приближенно можно положить d ≈ F1 и f ≈ l, где l – расстояние меж объективом и окуляром микроскопа («длина тубуса»). При рассматривании такого же предмета невооруженным глазом

  В итоге формула для углового роста γ микроскопа приобретает вид

  Неплохой микроскоп может давать повышение в несколько сотен раз. При огромных повышениях начинают проявляться дифракционные явления (см. § 6.8). У реальных микроскопов объектив и окуляр представляют собой сложные оптические системы, в которых устранены разные аберрации. Телескоп. Телескопы (зрительные трубы) созданы для наблюдения удаленных объектов. Они состоят из 2-ух линз – обращенной к предмету собирающей линзы с огромным фокусным расстоянием (объектив) и линзы с малым фокусным расстоянием (окуляр), обращенной к наблюдающему. Зрительные трубы бывают 2-ух типов:

  • Зрительная труба Кеплера, созданная для астрономических наблюдений. Одна дает увеличенные перевернутые изображения удаленных предметов и потому неудобна для земных наблюдений.
  • Зрительная труба Галилея, созданная для земных наблюдений, дающая увеличенные прямые изображения. Окуляром в трубе Галилея служит рассеивающая линза.

На рис. 6.5.3 изображен ход лучей в астрономическом телескопе. Подразумевается, что глаз наблюдающего аккомодирован на бесконечность, потому лучи от каждой точки удаленного предмета выходят из окуляра параллельным пучком. Таковой ход лучей именуется телескопическим. В астрономической трубе телескопический ход лучей достигается при условии, что расстояние меж объективом и окуляром равно сумме их фокусных расстояний l = F1 + F2. Зрительная труба (телескоп) принято охарактеризовывать угловым повышением γ. В отличие от микроскопа, предметы, наблюдаемые в телескоп, всегда удалены от наблюдающего. Если удаленный предмет виден невооруженным глазом под углом ψ, а при наблюдении через телескоп под углом φ, то угловым повышением именуют отношение

  Угловому повышению γ, как и линейному повышению Γ, можно приписать знаки плюс либо минус зависимо от того, является изображение прямым либо перевернутым. Угловое повышение астрономической трубы Кеплера негативно, а земной трубы Галилея положительно. Угловое повышение зрительных труб выражается через фокусные расстояния:

 

3
Набросок 6.5.3. Телескопический ход лучей.

В качестве объектива в огромных астрономических телескопах используются не линзы, а сферические зеркала. Такие телескопы именуются рефлекторами. Не плохое зеркало проще сделать, не считая того, зеркала в отличие от линз не владеют хроматической аберрацией. У нас в стране построен наибольший в мире телескоп с поперечником зеркала 6 м. Следует иметь в виду, что огромные астрономические телескопы предусмотрены не только лишь для того, чтоб наращивать угловые расстояния меж наблюдаемыми галлактическими объектами, да и для роста потока световой энергии от слабосветящихся объектов.

Reklama