5. Типи окулярів

Окуляр (лат. oculus - око) — звернена до ока частина оптичної системи (телескопа, бінокля, мікроскопа), яку використовують як лупу для розглядання сформованого об'єктивом проміжного зображення предмета. Це важлива частина телескопа, від якості якої залежить якість всього інструмента.

Окуляри часто розраховують на мінімум аберацій для деякого обмеженого набору фокусних відстаней, які утворюють так званий нормальний ряд фокусних відстаней.

Нормальним рядом фокусних відстаней називають ряд їх цілих значень, кратних п’яти:

f_ок = 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 50 мм.

Найпростішим окуляром (кеплерівським) є звичайна короткофокусна збірна лінза. Але такий окуляр має значні аберації, внаслідок чого його поле зору менше 20⁰. Значні аберації зумовлені іншими умовами роботи окуляра порівняно з об'єктивом.

Специфічність умов полягає в значній кривизні поверхонь лінзи (для забезпечення короткофокусності) та в том у, що промені, які падають на окуляр, утворюють з оптичною віссю значні кути (до 10⁰).

Складні окуляри, які є комбінацією кількох лінз, дають змогу суттєво зменшити вплив аберацій на якість отримуваного зображення. Сучасні окуляри складаються не менше як із двох лінз. Перша лінза (лінза поля) розміщується поблизу фокальної площини об'єктива телескопа і майже не змінює ні положення, ні розмірів зображення, але концентрує пучок променів, спрямовуючи його на другу (окову) лінзу. З другої лінзи промені виходять паралельним пучком і потрапляють до зіниці ока спостерігача.

Дамо коротку характеристику найбільш поширених окулярів.

Окуляр Гюйгенса (рис. 8) складається з двох плоско-опуклих лінз. Відношення фокусних відстаней першої f₁ другої f₂ лінз та відстані d між ними дорівнює:

4 : 3 : 2

При таких відношеннях хроматизм збільшення дорівнює нулю, але сферохроматична аберація окуляра значна, особливо при відносних отворах 1/6 : 1/8. Діафрагма поля зору розміщена в середині окуляра в передньому фокусі окової лінзи. Поле зору до 45⁰.

Окуляр Рамсдена  (рис. 9) має дві плоско-опуклі лінзи, звернені одна до одної опуклими поверхнями. Відношення:

f₁  : d : f₂  = 1 : 0.7 : 1

Х роматизм збільшення окуляра значний, але сферохроматизм майже у 8 разів менший, ніж в окуляра Гюйгенса. Діафрагма поля розміщена попереду першої лінзи в передньому фокусі окуляра. Поле зору 40⁰. Якщо у передньому фокусі окуляра розмістити вимірювальну сітку, його можна використовувати для вимірювальних робіт (теодоліт).

Окуляр Кельнера (рис. 10) є удосконаленим окуляром Рамсдена. Його очна лінза ахроматизована. При відносному отворі об'єктива телескопа 1/6 і вихідній зіниці 3 мм. його поле зору складає 40⁰-45⁰ . Це один із найбільш поширених окулярів (використовується в телескопі «Міцар»).

Ортоскопічний окуляр (рис. 11) є найбільш придатним для астрономічних спостережень. При A = 1/20 - 1/6 і зіниці 4 мм. окуляр не має сферичної й хроматичної аберації. Він також вільний від дисторсії. Вихідна зіниця ортоскопічного окуляра винесена, і він зручний при спостереженні з великим збільшенням. Поле зору 45-50⁰.

Питання про винесення зіниці якомога далі для короткофокусних окулярів - одне з найважливіших. Спостерігачу майже неможливо працювати з окуляром, до якого око потрібно розміщувати настільки близько, що рогівка дотикається до лінзи. З іншого боку, якщо око розмістити трохи далі, різко скорочується поле зору.

У 1828 р. Пітер Барлоу запропонував попереду окуляра розміщувати від'ємну лінзу (лінзу Барлоу) такого ж діаметра, що й лінза окуляра. Ця лінза зменшує збіжність пучка, збільшуючи фокусну відстань об'єктива. Як видно з рис. 12, збільшення лінзи Барлоу дорівнює:

M = S/S₀  (4.31)

У даному випадку мається на увазі не збільшення лінзи, а збільшення еквівалентної фокусної відстані телескопа, що призводить до зростання масштабу зображення. Дуже важливо те, що змінюючи відстань між лінзою Барлоу й об'єктивом, ми можемо змінювати збільшення телескопа з одним і тим же окуляром.

Лінза Барлоу — від’ємна лінза, і нам необхідно знати, як визначити її фокусну відстань. Простий і досить точний спосіб полягає в тому, що ми спрямовуємо лінзу на Сонце і спостерігаємо позаду неї на екрані круг розсіяння променів. Круг тим більший, чим далі лінза від екрана. В той момент, коли діаметр світного круга дорівнює подвоєному діаметру лінзи, вона (лінза) знаходиться на фокусній відстані від екрана.

Окрім розглянутих, існують кілька типів окулярів, побудованих із більшою кількістю лінз (окуляри Ерфле, симетричні окуляри Пльоссла тощо), які дають змогу отримати зображення майже повністю позбавлені абераційних спотворень при значному полі зору.

Монтування окуляра на телескопі передбачає можливість зміщення його вздовж оптичної осі для фокусування. При розфокусуванні окуляра спостерігається позафокальне зображення у вигляді рівномірно освітленого кружечка, відтворюючого вхідну зіницю телескопа.