Окуляры телескопических систем

Окуляр (от лат. oculus - глаз), обращенная к глазу наблюдателя часть оптической системы (зрительной трубы, телескопа, бинокля, микроскопа и т. д.); служит для визуального рассматривания действительного изображения, которое формирует объектив или другая предшествующая окуляру часть системы, например, сочетание объектива и оборачивающей системы. По своему действию окуляр сходен с лупой, отличие его от лупы, связанное с использованием окуляра в сложной системе, состоит в значительно меньшей апертуре пучка

попадающих в него лучей.

Оптические свойства окуляра характеризуются:

- фокусное расстояние fок’

- видимое увеличение Г

- относительное отверстие D’

- угловое поле 2W’

- удаление выходного зрачка от последней поверхности Sp’

- передний фокальный отрезок SF.

Для наиболее удобного расположения глаза наблюдателя Sp’ должно быть 12-15 мм, а при наличии очков - до 25 мм. Первый окуляр, примененный в 1609 Г. Галилеем, был простой отрицательной (рассеивающей) линзой. Этот окуляр имеет малые угол зрения и увеличение; используется главным образом в театральных биноклях.

Рисунок 63. Двухлинзовые положительные окуляры:

а- окуляр Гюйгенса,б- окуляр Рамсдена.

Окуляры Гюйгенса (сер. 17 в.) и Рамсдена (кон. 18 в.), сконструированные из положительных линз, применяются до сих пор. Каждый из них составлен из двух плосковыпуклых линз (рисунок 62). При всей их простоте для углов поля зрения ~35-5° в них неплохо исправлены основные аберрации и достаточно расстояние до выходного зрачка. Их фокусное расстояние не меньше 15-20 мм.

Окуляр Рамсдена отличается от окуляра Гюйгенса тем, что его передний фокус действителен, вследствие чего в передней фокальной плоскости (с промежуточным изображением) можно совместить шкалу и крест нитей для измерительных целей.

С кон. 19 в. были разработаны широкоугольные окуляры с полем зрения 65-70°, а в дальнейшем усложнение конструкций позволило создать окуляр с углами поля зрения до 100° и более (рисунок 63). Стали применяться окуляры большой оптической силы, у которых отношение расстояния до выходного зрачка d к фокусному расстоянию превышает единицу.

Рисунок 63. Схема многолинзового широкоугольного окуляра

Часто применяются автоколлимационные окуляры (рисунок 64), вблизи фокальной плоскости которых располагают малую призмочку П, направляющую свет от источника И на перекрестье нитей, затем в объектив и далее на зеркало. От зеркала свет отражается и собирается в фокусе окуляра, где наблюдается одновременно крест нитей и его изображение, что позволяет с большой точностью определить направление нормали к зеркалу.

Рисунок 64. Автоколлимационный окуляр.

Оптические схемы окуляров основных типов приведены на рисунке 65, а их данные для f₂ ' =25 мм указаны в табл. 12.1. Для окуляров принят нормальный ряд значений фокусных расстояний: 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 и 50 мм.

Рисунок 65. Схема окуляра телескопической системы

Окуляры ТС обычно имеют перемещения вдоль оптической оси (фокусировку) для компенсации в диапазоне ±5 дптр близорукости или дальнозоркости глаза наблюдателя.

Таблица 2.

Рисунок 66. Основные типы окуляров зрительных труб: а- Рамсдена; б- Кельнера; в- симметричного; д- Эрфле; е- с удалённым зрачком; ж- широкоугольного.

4.1.5 Оборачивающие системы – линзовые и призменные

Для наблюдения предметов в прямом виде в том случае, когда не может быть использована труба Галилея, в зрительную трубу вводят оборачивающие системы, устанавливаемые между объективом и окуляром. Оборачивающие системы бывают 2 видов: линзовые и призменные.

Линзовые системы увеличивают длину трубы, а призменные уменьшают. Применяют линзовые оборачивающие системы 2 типов: однокомпонентные и двухкомпонентные (рисунок 67). Для оборачивающей системы задняя фокальная плоскость объектива и передняя фокальная плоскость окуляра являются сопряженными, причем первая служит предметом, а вторая – изображением.

Линейное увеличение однокомпонентной оборачивающей системы равно. β_об = a'/a

Если оборачивающую систему поместить от предмета на расстоянии, равном ее двойному фокусному расстоянию, то перевернутое ею изображение в масштабе 1:1 будет находиться также на двойном фокусном расстоянии за оборачивающей системой. В этом случае линейное увеличение равно –1.

Наиболее распространены зрительные трубы с оборачивающими системами из 2 компонентов с параллельным ходом лучей между ними (рисунок 67). Так как между линзами оборачивающей системы лучи идут в виде параллельных пучков, то передний фокус первой оборачивающей линзы должен быть совмещен с задним фокусом объектива, а задний фокус второй оборачивающей линзы – с передним фокусом окуляра.

Рисунок 67. Схема зрительной трубы с оборачивающей системой из двух компонент.

Телескопическую систему с прямым изображением можно получить также с помощью призменных оборачивающих систем. Такие зрительные трубы более компактны. В них можно менять направление визирования. Призмы и системы призм, которые используются в качестве оборачивающих систем, были описаны в главе 4. К ним относятся призмы Порро 1 и 2 рода, призмы с крышами и др.