Определение увеличения зрительной трубы

Измерение параметров и характеристик оптических систем.

Определение увеличения и поля оптических приборов.

Увеличение и поле, являясь важными параметрами любого оптического прибора, приобретают особое значение для систем, работающих с глазом.

Принято различать увеличения:

Линейное увеличение - увеличение в сопряженных плоскостях, перпендикулярных оптической оси. Определяется как отношение размера изображения к размеру предмета .

Угловое увеличение - увеличение в сопряженных точках на оптической оси, определяемое отношением углов и , образованных параксиальными лучами с оптической осью в пространстве изображений и в пространстве предметов.

Продольное увеличение в сопряженных точках на оптической оси - отношение размера бесконечно малого отрезка dz’ , направленного вдоль оптической оси к размеру этого отрезка dz.

Видимое увеличение для систем, работающих с глазом - отношение тангенса угла , под которым наблюдается параксиальное изображение, к тангенсу угла . под которым наблюдается предмет невооруженным глазом.

Полем системы принято называть часть пространства предметов, расположенную вокруг оптической оси, которую данная система может изобразить. Ограничение поля в большинстве случаев осуществляется с помощью полевой диафрагмы, расположенной либо в плоскости предмета, либо в одной из сопряженных с ней плоскостей. Поле оптической системы для предмета, расположенного на конечном расстоянии характеризуется линейной величиной, а для предмета в бесконечности - угловой величиной.

Линейным полем оптической системы в пространстве предметов 2y’ - называется наибольший размер изображения, лежащего на конечном расстоянии. Связь между полями системы осуществляется через линейное увеличение .

Угловым полем оптической системы в пространстве предметов называется абсолютное значение удвоенного угла между оптической осью и лучом в пространстве предметов, проходящего через край предмета и центр входного зрачка.

Угловым полем оптической системы в пространстве изображений - называется абсолютное значение удвоенного угла между оптической осью и лучом в пространстве изображений, проходящим через центр выходного зрачка и край изображения. Углы и связаны между собой соотношением

(4.1)

где - увеличение в зрачках.

Видимое увеличение зрительной трубы определяется выражениями

(4.2)

где D и D’ - диаметры входного и выходного зрачка, соответственно.

Для определения увеличения зрительной трубы может быть использовано любое из этих отношений. Наибольшее распространение получил метод увеличения в зрачках системы, поскольку он не требует ни измерения углов (которые могут быть большими до ), ни измерений фокусных расстояний объектива и окуляра, что потребовало бы разборки прибора. Диаметр выходного зрачка измеряется с помощью окулярного микрометра или динаметра Рамсдена, представляющего собой окуляр со шкалой с ценой деления мм, расположенной в его фокальной плоскости. Шкала динаметра совмещается с изображением апертурной диафрагмы зрительной трубы (выходным зрачком). На рис 5.9 и 5.10 представлена оптическая схема, иллюстрирующая процесс измерения.

В телескопической системе Галилея апертурной диафрагмой и выходным зрачком является зрачок глаза; входной зрачок при этом мнимый и данный метод в этом случае неприменим.

Определение увеличения зрительной трубы

Поскольку для телескопической системы предмет расположен в бесконечности, то поле зрительной трубы для пространства предметов определяется в угловой мере.

В полевых условиях у геодезических приборов эту величину определяют с помощью рейки, удаленной от прибора на дистанцию порядка ( м), что для прибора считается бесконечностью. В оптической лаборатории используют широкоугольный коллиматор, состоящий из прозрачной шкалы с матовым стеклом, расположенной фокальной плоскости качественного широкоугольного объектива с исправленной дисторсией. Фокусное расстояние объектива коллиматора должно быть в раз больше фокусного расстояния объектива испытуемой зрительной трубы. При таких измерениях угла поля зрительную трубу устанавливают (см. рис. 4.2) перед объективом коллиматора и, сфокусировав ее на бесконечность, отсчитывают число интервалов шкалы, видимых в пределах поля. Произведение числа интервалов на угловую цену деления шкалы коллиматора представляет собой искомый угол поля зрения.

Определение увеличения лупы.

Лупой называется положительная линза или система линз, предназначенная для визуальных наблюдений за предметом, расположенным между передней фокальной плоскостью и передней главной плоскостью. На рис. 4.3а показан ход главного луча в лупе. Объект АВ расположен вблизи переднего фокуса F. При этом наблюдатель находится за задним фокусом

и видит прямое увеличенное изображение

’.

Под видимым увеличением лупы понимают отношение тангенса угла, под которым видно изображение через лупу (рис. 4.2а) к тангенсу угла , под которым виден предмет, помещенный на расстояние наилучшего видения L₁=250мм (рис.4.3б), т.е.

(4.3)

Из рис.4.2 находим , по формуле увеличения , где , тогда . Кроме того, , где L₁=250 мм, тогда

(4.4)

Если зрачок глаза расположен в заднем фокусе лупы, т.е. , то

(4.5)

Если предмет расположен в переднем фокусе лупы, изображение лежит в бесконечности и глаз работает без аккомодации, то мы также получим формулу (4.5). Поскольку L₁=250 мм увеличение лупы

(4.6)

Если глаз при работе с лупой аккомодирован на расстояние L₂=L₁=250 мм и расположен рядом с линзой, т.е. , то формула (4.4) принимает вид

(4.7)

Из формул (4.5) , (4.6) и (4.7) следует, что при любом положении зрачка глаза увеличение лупы обратно пропорционально ее фокусному расстоянию и зависит от положения предмета и глаза относительно линзы. При неизвестном фокусном расстоянии наиболее просто увеличение лупы определяется наблюдением листа клетчатой бумаги, как показано на рис. 4.5.

Увеличение лупы в данном случае , где - видимый через лупу размер клеток, - размер клеток, видимый вне лупы. Данный способ применим для луп небольшого увеличения и расположенных достаточно далеко от глаза. При этом и предмет, и его изображение будут видны и одновременно, и достаточно резкими, за счет конечной остроты аккомодации. На рис. 4.4 представлена оптическая схема, иллюстрирующая измерение увеличения и поля лупы при наблюдении двумя глазами. Правый глаз наблюдает шкалу А, находящейся на расстоянии наилучшего видения L=250 мм, без лупы, левый – шкалу с той же ценой делений Б через лупу. Взаимным перемещением шкалы Б и лупы добиваемся получения мнимого изображения шкалы Б в плоскости шкалы А. В этом случае определение увеличения лупы вполне корректно.

В системе лупа - глаз апертурной диафрагмой является зрачок глаза - оправа лупы служит виньетирующей диафрагмой, а полевая диафрагма отсутствует (рис. 5.13). В лупе малого увеличения, расположенной на расстоянии мм поле ограничивается виньетирующей диафрагмой. Принято условие, что половина поля лупы определяется ходом главного луча, а его угловой размер

(4.8)

Линейное поле лупы

(4.9)

Из соотношения (4.9) следует, что поле лупы зависит от положения глаза. Если , то линейное поле ; если , то ; если , то в предельном случае при - , а при линейное поле определяется качеством изображения, так как при аберрации будут велики.

В лупу следует рассматривать хорошо освещенные предметы, так как при этом диаметр зрачка глаза становится меньше, что уменьшает виньетирование на краю поля. Измерение поля лупы следует производить на таком расстоянии, чтобы обеспечить удобное положение наблюдателя на рабочем месте, а глаз аккомодировть на расстояние наилучшего видения L=250мм. Схема измерения увеличения и поля лупы с ходом полевого пучка лучей приведена на рис. 5.13.

Определение увеличения и поля микроскопа.

Микроскоп предназначен для наблюдения и измерения малых предметов при значительном увеличении. Оптическая система микроскопа состоит из двух сложных систем: объектива и окуляра. Некоторые типы объективов и окуляров представлены в приложении 2 и 5.

Поскольку большая часть объектов, исследуемых под микроскопом, не являются самосветящимися, то объект должен быть качественно освещен, равномерно, но с контрастными деталями. Для этого используются специальные осветители, некоторые из них представлены в приложении 3. Так же как и для лупы, видимым увеличением микроскопа считается отношение тангенса угла , под которым в микроскопе видно изображение предмета, к тангенсу угла , под которым виден предмет, если его расположить на расстоянии наилучшего видения L=250 мм. Видимое увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива на увеличение окуляра.

(4.10)

Существует несколько методов непосредственного измерения увеличение микроскопа: методом двух масштабов, методом Юдина, с помощью рисовального прибора. Рассмотрим последний из них.

Определение увеличения микроскопа с помощью рисовального прибора, например РА - 4, сводится к обведению видимого изображения предметной шкалы карандашом на листе бумаги, расположенного на столе под зеркалом с правой стороны штатива микроскопа, как показано на рис . 4.6.

После установки рисовального прибора на микроскоп, следует сфокусировать на резкое видение объект - микрометра (шкалы с ценой деления 0,01 мм) или шкалы с ценой деления в 0,1 мм. Вращая зеркало, в поле изображения вводится хорошо освещенный лист бумаги. Вращением сектора и барабана на откидной головке подбирают светофильтры, выравнивая освещенности изображения и листа бумаги. Плоскость этого листа должна быть перпендикулярна тубусу микроскопа. Рассматривая изображения выбранных интервалов у предметной шкалы, отмечают острием карандаша соответствующие им интервалы изображения на бумаге. Измеряя линейкой отмеченные на бумаге интервалы и расстояние от листа бумаги до глаза наблюдателя, состоящее из отрезка от листа до оси вращения зеркала, длины кронштейна зеркала и удаления глаза от делительного кубика, равное приблизительно 15 мм. Подставляя полученные значения , и в выражение

(4.11)

где - расстояние наилучшего видения, находят видимое увеличение микроскопа.

Поле микроскопа для пространства предметов определяется в линейной мере. Определение поля микроскопа сводится к подсчету числа m интервалов шкалы с известной ценой деления , установленной на предметном столике, видимых в пределах полевой диафрагмы микроскопа. Размер поля вычисляется по формуле

(4.12)

Определение поля производится при отсутствии рисовального прибора, поскольку светоделительная призма последнего удаляя глаз наблюдателя от выходного зрачка приводит к виньетированию, и сводится к подсчету числа интервалов шкалы, видимой в пределах полевой диафрагмы микроскопа (рис. 5.12).

Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 2245; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!