Г. Ефремов – Такая многоликая дрель. Сантехнические работы. Водоснабжение...("Сделай сам" №1∙2008) (страница 24)

_{1 — глаз; 2 — лупа; АВ — рассматриваемый предмет и AIBI и АII,ВII — его изображение, даваемое линзой и на сетчатке глаза; f и f1 — фокусные расстояния линзы; L — удобное расстояние зрения; a1 и a2 — рассматриваемые узлы зрения}

Однако способности глаза ограничены, они не позволяют приближаться предметам к глазу сколь угодно близко из-за ограничения его аккомодации, то есть свойства хрусталика изменять свою выпуклость и давать отчетливые изображения предметов на сетчатке при рассматривании их на различных расстояниях. Выпуклость хрусталика, соответственно его фокусное расстояние в зависимости от удаленности рассматриваемого предмета от глаза изменяется благодаря растягиванию и сжатию мышечных волокон. У нормального глаза задний фокус хрусталика совпадает с сетчаткой, поэтому глаз в спокойном состоянии резко видит удаленные предметы, то есть он аккомодирован на бесконечность. Для того чтобы резко изобразить на сетчатке предметы, находящиеся на близком расстоянии от глаза, аккомодационные мускулы напрягаются, что сильно утомляет нормальный глаз. В молодом возрасте человек в состоянии аккомодировать на предметы, находящиеся на расстоянии ~ 7 см от глаза. Без особого утомления нормальный глаз может наблюдать предметы, расположенные на расстоянии ~ 250 мм от него, которое называется расстоянием наилучшего зрения. Это расстояние играет особую роль в оптических приборах (лупы, оптические трубы, микроскопы), используемых для вооружения глаза.

Таким образом, способ произвольного приближения рассматриваемого предмета к глазу для увеличения угла его зрения ограничивает аккомодационная способность глаза. Поэтому этот способ для увеличения размеров изображения не применяется.

Наиболее простым решением для увеличения угла зрения рассматриваемого предмета (соответственно, его отчетливости), расположенного более или менее значительно к глазу (причем наблюдение не вызывает утомления последнего), является применение собирающей линзы с фокусным расстоянием f = 1-10 см (рис. 9,б). При рассматривании предмета линзу располагают перед глазом, а предмет — на расстоянии немного меньше ее фокусного расстояния (а < f). Построение изображения предмета для этого случая подробно рассмотрено на рис. 8 (буква Е), и напомним, что изображение мнимое, прямое, увеличенное и на большом расстоянии от линзы, на котором глаз может наблюдать его без утомления долгое время, то есть аккомодационный аппарат глаза находится в состоянии покоя. Изображение предмета имеет большой угловой размер по сравнению с его рассматриванием без линзы (α₂ > α₁). Такую простую линзу, применяемую для обозревания мелких предметов, монтированную в оправу и снабженную ручкой, называют лупой (на рис. 1 приведены конструкции нескольких таких луп). Лупы с более сильным увеличением обычно состоят из системы линз (рис. 17).

На рис. 9,а показан ход световых лучей в линзе и внутри глаза при рассмотрении предмета АВ. Сначала лучи преломляются в линзе, затем проходят в глаз через хрусталик, отражаются на его сетчатке в виде изображений А_IIВ_II. Если бы изучаемый предмет находился на месте А_IВ_I и имел его величину, то он отражался бы на сетчатке глаза величиной А_IIВ_II под углом α₂. В результате появления светового возбуждения на сетчатке глаза в нашем сознании создается образ предмета АВ и мы отчетливо видим его.

Увеличение лупы определяют по формуле К = L/a, в которой L — расстояние наилучшего зрения, оно равно 250 мм, а — расстояние между предметом и линзой, в лупах а = f, тогда приближенное увеличение лупы равно:

K = 250/f.

Решим несколько примеров из практики.

Пример 4. Фокусное расстояние лупы f = 50 мм. Определить коэффициент увеличения.

K = 250/5 = 5.

Пример 5. Какое увеличение дает лупа, оптическая сила которой Д = 16 дп.

K = L/f = L∙(1/f) = L∙D = 0,25∙16 = 4.

Казалось бы, что с помощью лупы можно получать очень большие увеличения — надо только уменьшать ее фокусное расстояние, например при f = 0,5 мм увеличение должно быть К = 500. Однако пользование лупами с очень малым фокусным расстоянием и, соответственно, с малым диаметром, практически невозможно. Обычно однолинзовые лупы изготавливают с коэффициентом увеличения не более 6.

Изготовление луп. На основе линз, освобожденных из старых, пришедших в негодность оптических устройств (фотоувеличителей, фильмоскопов и т. д.), и луп, вышедших из строя по разным причинам, можно, проявив прилежание и желание, изготовить прекрасные лупы (рис. 10).

Рис. 10. Лупа (а) и изучаемым предмет (б):

_{1 — линза в оправе, 2 — рукоятка}

В качестве материала для их деталей желательно выбирать нержавеющую сталь. Изготовленную основу лупы (оправу и рукоятку) необходимо очистить шкуркой, отшлифовать и отполировать, а затем в оправу вмонтировать линзу и — лупа готова.

Для примера покажем изготовление лупы на основе двояко-выпуклой линзы с размерами: диаметр 90, толщина в центре 15 и на торцах 5 мм. На рис. 11 показано конструктивное устройство такой лупы, которая состоит из оправы (в нее вставлена линза на эпоксидном клее), основания для рукоятки и рукоятки, заделанной в основание также на эпоксидном клее. Рукоятка лупы длинная (~180 мм), чтобы ее можно было использовать для закрепления в штативе.

Рис. 11. Конструктивное устройство лупы:

_{1 — линза в оправе 2; 3 — луночки для эпоксидного клея; 4 — пробка деревянная; 5 — зазор между рукояткой 7 и основанием для нее 6; 8 — пробка концевая}

Последовательность изготовления лупы следующая:

— для оправы лупы берем полосу из нержавеющей стали толщиной 0,9–1, шириной 22 и длиной 3,14∙90 = 283 мм. По всей длине полосы на ширине 5 мм по центральной линии выполняем на сверлильном станке луночки глубиной 0,4–0,5 мм сверлом диаметром 1 мм (рис. 12,а).

Рис. 12. Изготовление оправы лупы:

_{а, б — заготовка и сваривание оправы; 1 — цилиндр деревянный; 2 — заготовка, натянутая на цилиндр; 3 — проволока стягивающая}

Полосу необходимо сверлить, располагая ее на хорошо закаленной пластине. В противном случае с другой ее стороны появятся бугорочки, что нежелательно. В эти луночки при монтаже линзы в оправу заливаем эпоксидный клей для надежного приклеивания ее к оправе;

— на токарном станке вытачиваем детали лупы (рис. 13) и цилиндр диаметром 90 мм, равный диаметру линзы, из высушенной древесины твердой породы дерева (клен, береза, яблоня).

Рис. 13. Детали лупы:

_{4 — пробка деревянная; 6 — основание для рукоятки 7; 8 — пробка концевая}

Полосу заготовки оправы с луночками вовнутрь натягиваем на деревянный цилиндр, стягивая стальной отожженной проволокой диаметром 2–2,5 мм и несильно постукивая плоской киянкой по полосе; постоянно подтягивая проволоку, добиваемся, чтобы оба ее конца сошлись друг с другом встык (рис. 12,б);

— соединенные концы полосы свариваем аргонной сваркой. Небольшие оправы луп можно изготовить пайкой, используя газовую паяльную лампу с применением твердых припоев из серебра, меди и цинка или из меди и цинка. Газовые паяльные лампы свободно продаются в хозяйственных магазинах;

— после остывания шва стягивающую проволоку снимаем, очищаем часть шва напильником и, пристраивая основание для рукоятки к оправе, привариваем его также аргонной сваркой. Немедленно, до остывания, оправу снимаем с деревянного цилиндра, в противном случае приходится снимать ее, распиливая деревянный цилиндр;

— в рукоятку забиваем: с одной стороны деревянную пробку, с другой — концевую пробку, выточенную из эбонита или текстолита. На конце поверхности рукоятки со стороны деревянной пробки на длине 10 мм выполняем ножовкой насечки небольшой глубины;

— оправу с приваренным основанием для рукоятки устанавливаем вертикально в тисках и зажимаем. Затем в основание заливаем немного эпоксидного клея с добавлением алюминиевых опилок и заделаем в него рукоятку с концом, где забита деревянная пробка. Лишний клей, вытекший из зазора, убираем;

— через сутки после затвердевания клея готовую оправу лупы снимаем с тисков, очищаем от клея, напильником и шкуркой снимаем острые и сварные швы и проверяем, входит ли линза свободно в оправу. Может оказаться, что она не входит, и в этом случае необходимо обрабатывать шкуркой средней зернистости торец линзы по всему кругу. Работа это не быстрая, но выполнимая, Гораздо быстрее можно обработать торец линзы на алмазном круге, но при этом необходимо стараться не снимать большие слои стекла. Обрабатывая торец линзы, время от времени проверяем, проходит ли линза в оправу. После достижения ее проходимости все поверхности оправы и рукоятки тщательно обрабатываем сначала грубой, а затем мелкой шкуркой и, в последнюю очередь, полируем;

— монтаж линзы в оправу — очень ответственный момент, при неправильном его выполнении можно испортить поверхность линзы или она расположится в оправе кособоко. Для правильного ее расположения в середине оправы необходимо изготовить два установочных цилиндра из картона толщиной 1,5–2, наружным диаметром 90 и высотой 8,5 мм, которые при монтаже линзы в оправу устанавливаем между линзой (рис. 14).

Рис. 14. Монтаж линзы в оправу:

_{1 — поверхность ровная для монтажа; 2 — оправа; 3 — линза с нанесенным слоем клея ПВА; 4 — поверхность, нажимаемая силой Р; 5, 6 — цилиндры картонные}