Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
672
V.6. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА
Более совершенными являются апохроматические объективы (апохроматы), у которых продольная хроматическая аберрация устранена для трех различных значений X. Апохроматические объективы имеют во много раз меньшую остаточную хроматическую аберрацию, чем ахроматические объективы.
8. РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
1°. В любой оптической системе изображение предмета получается с помощью пучка лучей, ограниченного входным зрачком, т. е. представляет собой результат дифракции света в системе. Поэтому изображение не может быть абсолютно стигматичным даже в оптической системе, свободной от каких бы то ни было аберраций. Вследствие дифракции любая точка светящегося предмета изображается в виде центрального светлого пятна, окруженного чередующимися темными и светлыми интерференционными кольцами. Это явление ограничивает возможность обнаружения на изображении мелких деталей предмета.
2°. Критерий Рэлея: изображения двух близких са-мосветящихся (некогерентных) точек можно еще считать раздельными, если центр дифракционного пятна, соответствующего одной точке, совпадает с первым дифракционным минимумом для второй точки.
В соответствии с критерием Рэлея наименьшее угловое расстояние Дф между двумя удаленными точечными источниками, изображения которых в объективе телескопа или зрительной трубы можно еще считать раздельными, равно
5ф = 1,22^,
а
где X — длина волны света, d — диаметр входного зрачка.
Величину
I _ d Stp 1,22 Я.
называют разрешающей силой (разрешающей способностью) объектива. Разрешающая способность всего прибора зависит также от разрешающей способности приемника (глаза, слоя фотоэмульсии и т. д.).
V 6.8. РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ОПТИЧ ПРИБОРОВ 673
Разрешающая способность глаза ограничена зернистым строением сетчатки, а также дифракцией света на зрачке.
При хорошей освещенности диаметр зрачка d ~ 2 мм и предельный угол разрешения, обусловленный дифракцией света в зрачке, 8(р = 1', что совпадает с разрешающей способностью сетчатки глаза. Разрешающая способность слоя фотоэмульсии лимитируется размерами зерен и рассеянием света, связанным с сильным различием показателей преломления желатина и кристаллов галоидного серебра.
Увеличение окуляра телескопа или зрительной трубы подбирают так, чтобы все детали предмета, разрешаемые объективом, разрешались бы и приемником.
3°. Разрешающую способность микроскопа характеризуют величиной Si наименьшего расстояния между двумя точками предмета, видимыми на изображении раздельно. Для самосветящегося предмета эти точки можно рассматривать как независимые (некогерентные) источники света, и
<М51Яо
п sin V ’
где п — абсолютный показатель преломления среды, находящейся между предметом и объективом, X0 — длина волны света в вакууме, 2\|г — апертурный угол, а п sin VJ/ — числовая апертура объектива. Обычно в микроскоп рассматривают не самосветящиеся, а освещенные объекты. Поэтому в зависимости от условий освещения свет, рассеиваемый различными точками объекта, в большей или меньшей степени когерентен. Однако и в этом случае, при оптимальных условиях освещения, наименьшее расстояние между двумя разрешаемыми точками объекта
81 = - .
HSUl V
Разрешающая способность микроскопа может быть увеличена за счет: а) уменьшения A0 (ультрафиолетовая микроскопия); б) увеличения числовой апертуры объектива путем заполнения пространства между покровным стеклом и объективом жидкостью с большим абсолютным показателем преломления (иммерсионный объектив), обычно для иммерсионных жидкостей п = 1,4—1,6.
22 Зак 2940
674
V.6. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА
4°. Указанные выше значения разрешающих способностей оптических приборов являются теоретически предельными. Практически они всегда меньше вследствие влияния аберраций, возникающих в оптических системах приборов, а также отсутствия идеального контраста между объектом и окружающим его фоном. Разрешающая способность глаза, кроме того, уменьшается при недостаточной освещенности объекта.
5°. Оптические приборы можно использовать за пределами их разрешающей способности, но уже не столько для установления точной формы или деталей наблюдаемых объектов, сколько для обнаружения этих объектов и наблюдения за их движением.
6°. Очень мелкие (порядка IO-8 м) коллоидные частички, размеры которых d <К X, наблюдаются в ультрамикроскопе по методу затемненного поля. В этом методе направление наблюдения перпендикулярно к направлению освещения объекта и наблюдаются не прямые, а рассеянные микрочастицами лучи света (явление Тиндаля). Схема ультрамикроскопа показана на ри<^ V.6.12.
Рис. V.6.12
7°. В соответствии с критерием Рэлея две близкие спектральные линии, получаемые в спектральном приборе, можно еще считать разрешенными, если расстояние между максимумами интенсивностей для этих линий не меньше ширины самих линий.
Разрешающая способность спектрального прибора
причем X и X + SX — длины волн линий, которые еще способен разрешить этот спектральный прибор. Вели-
