Оптические инструменты: лупа, микроскоп, фотоаппарат

1)Лупой называют 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 наилучшего зрения нормального глаза. Предмет будет виден под углом

Отсюда следует, что угловое увеличение лупы равно

2)Микроскоп применяют для получения больших увеличений при наблюдении мелких предметов. Увеличенное изображение предмета в микроскопе получается с помощью оптической системы, состоящей из двух короткофокусных линз — объектива O1 и окуляра O2. Объектив даст действительное перевернутое увеличенное изображение предмета. Это промежуточное изображение рассматривается глазом через окуляр, действие которого аналогично действию лупы. Окуляр располагают так, чтобы промежуточное изображение находилось в его фокальной плоскости; в этом случае лучи от каждой точки предмета распространяются после окуляра параллельным пучком.

Как следует из рис, угол зрения φ предмета, рассматриваемого через окуляр в приближении малых углов,

Приближенно можно положить d ≈ F 1 и f ≈ l, где l — расстояние между объективом и окуляром микроскопа («длина тубуса»). При рассматривании того же предмета невооруженным глазом

В результате формула для углового увеличения γ микроскопа приобретает вид

 Аберрация оптических систем, виды аберраций, способы их уменьшения.

параксиальные лучи - лучи, образующие с оптической осью малые углы.

в реальных оптических системах если условия не выполняются, то в них возникают искажения изображения, называемые аберрациями (или погрешностями):

1)Все лучи параксиальные.
2) Показатель преломления материала линзы считали не зависящим от длины волны падающего света
3)падающий свет — монохроматическим.  

Виды аберраций

1)Сферическая аберрация. Если расходящийся пучок света падает на линзу, то параксиальные лучи после преломления пересекаются в точке S' (на расстоянии OS' от оптического центра линзы), а лучи, более удаленные от оптической оси,— в точке S", ближе к линзе. В результате изображение светящейся точки на экране, перпендикулярном оптической оси, будет в виде расплывчатого пятна. Количественной мерой сферической аберрации является отрезок δ= OS" — OS'. Применяя диафрагмы (ограничиваясь параксиальными лучами), можно сферическую аберрацию уменьшить, однако при этом уменьшается светосила линзы(светосила=d²/F² d-диаметр линзы,F-расстояния от источника до изображения). Сферическую аберрацию можно практически устранить, составляя системы из собирающих F<0) и рассеивающих F>0) линз. 

2)Кома. Если через оптическую систему проходит широкий пу чок от светящейся точки, расположенной не на оптической оси, то получаемое изображение этой точки будет в виде освещенного пятнышка, напоминающего кометный хвост. Устранение комы производится теми же приемами, что и сферической аберрации.

3)Дисторсия. Погрешность, при которой при больших углах падения лучей на линзу линейное увеличение для точек предмета, находящихся па разных расстояниях от главной оптической оси, несколько различается, называется дисторсией. В результате нарушается геометрическое подобие между предметом (прямоугольная сетка, а) и его изображением (б— подушкообразная дисторсия, в — бочкообразная дисторсия).

Дисторсия особенно опасна в тех случаях, когда оптические системы применяются для съемок, например при аэрофотосъемке, в микроскопии. Дисторсию исправляют соответствующим подбором составляющих частей оптической системы.

4)Хроматическая аберрация. При сложном составе света необходимо учитывать зависимость коэффициента преломления вещества линзы (и окружающей среды,

если это не воздух) от длины волны (явление дисперсии). При падении на оптическую систему белого света отдельные составляющие его монохроматические лучи фокусируются в разных точках (наибольшее фокусное расстояние имеют красные лучи, наименьшее — фиолетовые), поэтому изображение размыто и по краям окрашено. Это явление называется хроматической аберрацией. Так как разные сорта стекол обладают различной дисперсией,то, комбинируя собирающие и рассеивающие линзы из различных стекол, можно совместить фокусы двух (ахроматы) и трех (апохроматы) различных цветов, устранив тем самым хроматическую аберрацию.

5)Астигматизм. Погрешность, обусловленная неодинаковостью кривизны оптической поверхности в разных плоскостях сечения падающего на нее светового пучка. Так, изображение точки, удаленной от главной оптической оси, наблюдается на экране в виде расплывчатого пятна эллиптической формы. Это пятно в зависимости от расстояния экрана

до оптического центра линзы вырождается либо в вертикальную, либо в гори-

зонтальную прямую. Астигматизм исправляется подбором радиусов кривизны преломляющих поверхностей и их фокусных расстояний. Устранение аберраций возможно

лишь подбором специально рассчитанных сложных оптических систем. Одновременное исправление всех погрешностей — задача крайне сложная, а иногда даже неразрешимая. Поэтому обычно устраняются полностью лишь те погрешности, которые в том или

ином случае особенно вредны.