§ 3. Части геодезических приборов

3.1. Зрительная труба

В геодезических приборах зрительная труба служит для визирования (в теодолитах, нивелирах, дальномерах и т.п.) и отсчитывания по шкалам реек, марок и других визирных целей. Зрительные трубы делятся на астрономические (обратного изображения), прямого изображения и автоколлимационные.

Современные зрительные трубы являются сложными оптико-механическими устройствами и как минимум включают объектив, окуляр, сетку нитей.

В геодезических инструментах, предназначенных для наблюдения удаленных предметов, пользуются астрономической трубой. Она состоит из двух собирательных линз, заключенных в цилиндрическую трубу. Одна линза, обращенная к объекту наблюдения, называется объективом (формирует действительное перевернутое уменьшенное изображение ℓ'), а другая, в которую смотрит глаз наблюдателя, окуляром (оптическая система, предназначенная для рассматривания изображения, построенного объективом).

З рительные трубы бывают с внутренней и внешней фокусировкой. Если фокусировка внутренняя, то внутри трубы помещена рассеивающая линза, с помощью которой можно получить изображение в одной плоскости и этим не менять расстояние между объективом и окуляром. Трубы с внешней фокусировкой состоят из 2-х частей: объективной и окулярной. Последняя с помощью зубчатки, называемой кремальерой может перемещаться и этим достигается изображение предмета.

Ход лучей в зрительной трубе – на рисунке 12: М – объектив с фокусным расстоянием F, N – окуляр с фокусным расстоянием f, АВ - рассматриваемый предмет, от которого в трубу идут отраженные лучи. Рассмотрим только два луча, исходящие из точки А: один проходит через оптический центр объектива О, а другой – через главный фокус F₁. Оба они пересекаются по другую сторону объектива в точке А'. Аналогично этому лучи, исходящие из точки В, дадут изображение в точке В'. Предмет АВ изображается величиной А'В'. Это будет действительное обратное и уменьшенное изображение. Полученное в фокальной плоскости трубы изображение рассматривается через окуляр, действующий как лупа. Тогда глаз видит изображение размером А"В".

М

N

Рис. 12. Построение изображения в зрительной трубе

Действительное, обратное изображение предмета А'В' получают от объектива за его главным фокусом F. Окуляр устанавливается таким образом, чтобы его главный фокус f оказался впереди изображения А'В' (точки F и f почти совпадают). Тогда перед окуляром получается обратное изображение А"В", оно увеличенное, но мнимое и находится на расстоянии наилучшего зрения от глаза. В плоскости А'В' помещается сетка нитей.

В трубах с внутренней фокусировкой отрицательная фокусирующая линза изменяет фокусное расстояние системы «объектив 1+фокусирующая линза 2» так, чтобы действительное изображение предмета получилось в передней фокальной плоскости окуляра, т. е. В плоскости нанесения перекрестия сетки нитей. Изображение предмета проецируется на плоскопараллельную пластинку с нанесенной на ней сеткой нитей.

При визировании на бесконечность изображение удаленной цели строится в общей фокальной плоскости объектива и окуляра – задний фокус объектива будет совпадать с передним фокусом окуляра. Такая оптическая система называется телеобъектив и соответствует схеме: передний оптический компонент объектива 1+задний фокусирующий компонент 2. На рис. 13, а позиции 3 и 4 – соответственно плоскопараллельная стеклянная пластина с сеткой нитей и окуляр.

В современных теодолитах применяют трубы только с внутренней фокусировкой, обладающими следующими преимуществами: постоянство длины трубы, малые размеры. Объектив и фокусирующая линза образуют телеобъектив. При фокусировании линза изменяет свое положение относительно объектива.

Рис. 13. Телескопическая система