Коллиматор (от collimare — искаженное лат. collineare — на­ правлять по прямой линии) — оптическая система, используемая для получения параллельных лучей, то есть для имитации беско­ нечно удаленных объектов. Он состоит из длиннофокусного объ­ ектива (об), тест-объекта (англ. test — испытание, исследование), установленного в фокальной плоскости (т. F’J), и осветительного устройства (рис.3.24). Тест-объект может быть точечной диафраг­ мой, сеткой, мирой (франц. mire, от mirer — рассматривать на свет, метить). Мира — испытательная пластинка, на которую на­ несен стандартный рисунок.

Коллиматор применяется для контроля, юстировки (от нем. justieren — точно выверять, пригонять; лат. justus — правильный, справедливый) и испытания качества оптических приборов. Его фокусное расстояние должно быть примерно в 3—5 раз больше фокусного расстояния испытуемой системы. В этом случае рас­ фокусировка и погрешность установки миры (шкалы) будет мало влиять на точность измерений.

Относительное отверстие объектива коллиматора в 3...5 раз меньше, чем у испытуемой системы, поэтому объектив коллима­ тора обеспечивает высокое качество в простой конструкции (двухлинзовый объектив). Угловое поле длиннофокусных объек­ тивов коллиматоров 1...3". На рис.3.24 показан ход апертурных и главных лучей, образующих угловое поле 2т.

Объективы предназначены для получения действительного изо­ бражения предмета, которое рассматривается глазом через оку­ ляр. Они характеризуются следующими оптическими характери­ стиками: фокусным расстоянием f (или линейным увеличением $), относительным отверстием D /f (или числовой апертурой А), уг­ ловым полем 2со в пространстве предметов (или линейным полем 2у), разрешающей способностью ц/ в центре и на краю поля, кон­ структивными параметрами и остаточными аберрациями (см. раздел "Понятие об аберрациях").

Угловое поле объективов зрительных труб геодезических при­ боров обычно небольшое. Оно определяется угловым полем оку­ ляра и видимым увеличением зрительной трубы. В геодезических трубах при увеличении 25...30х угловое поле составляет 1...2°, в других телескопических системах редко превышает 10... 15°. Фо­ кусное расстояние составляет 250...500 мм., а иногда и больше, относительное отверстие 1:5... 1:10.

В зрительных трубах большого увеличения (свыше 20х) пло­ щадь сечения пучков, проходящих через объектив, велика, углы этих пучков с оптической осью малы, поэтому в объективах нет необходимости исправлять полевые аберрации. Достаточно ис­ править сферическую аберрацию, меридиональную кому (выполнить условие синусов), хроматизм положения и по воз­ можности вторичный спектр (см. раздел "Понятие об аберрациях"). В трубах малого увеличения возникает необходи­ мость исправления полевых аберраций. Остаточные аберрации зрительных труб принято выражать в угловой и диоптрийной ме­

склеенные объективы. Объектив дает хорошее изо­

бражение при угловом поле до 10°, при небольшом относитель­ ном отверстии и при дополнительной компенсации аберраций другими компонентами системы.

Двухлинзовый несклеенный объектив (I) имеет практически

такие же характеристики, как склеенный, однако позволяет полу­ чить точно заданное фокусное расстояние путем изменения в не­ больших пределах воздушного промежутка между линзами, что очень важно в таких системах, как внутрибазовые дальномеры, коллиматоры и др. Применяются также и трехлинзовые объекти­ вы из двух положительных компонентов (II,III) и четырехлинзо­ вые объективы (1У). Такие системы имеют повышенные оптиче­ ские характеристики и лучшую аберрационную коррекцию.

В объективах телескопических систем с угловым полем 2ю<10° исправляют хроматизм положения, сферическую аберрацию и меридиональную кому, или эти аберрации компенсируют осталь­ ной частью системы, например, оборачивающей системой в тру­ бах прямого изображения или окуляром.

Вкачестве объективов зрительных труб используют двух- и трехкомпонентные телеобъективы, а также зеркально-линзовые

объективы.

Оптические схемы телеобъективов, их коэффициенты телесо­ кращения и относительные отверстия приведены в табл. 1 (см.3.2.3).

Взрительных трубах геодезических приборов применяются также зеркально-линзовые телеобъективы, позволяющие получать коэффициент телесокращения т = 0,3...0 ,4.

Если после телеобъектива поставить окуляр, совместив т. F'n5 с т. F0K, выполнив тем самым условие Д = 0 , то получится телеско­ пическая система Кеплера — зрительная труба с внутренней фо­

кусировкой.

Окуляр (от лат.осикю — глаз) — обращенная к глазу наблюда­ теля часть оптической системы. Служит для визуального рассмат­ ривания действительного изображения, которое формирует объ­ ектив или другая предшествующая окуляру часть системы, напри­ мер, сочетание объектива и оборачивающей системы. По своему действию окуляр сходен с лупой.

Окуляр характеризуется фокусным расстоянием / 'ок (обычно 10...40 мм) или окулярным увеличением Гок = 250/f m, относитель­

ным отверстием D /fok, или диаметром D' выходного зрачка, перед­

ним фокальным отрезком sF, удалением выходного зрачка s'P-, угло­ вым полем 2со, конструктивными параметрами и остаточными

лярами с удаленным зрачком. В зависимости от углового поля 2со окуляры бывают следующих типов: с нормальным полем 2<э < 55° (в геодезических приборах 2<а » 40°); с увеличенным полем 2со = 55...70°; широкоугольные 2со > 70°.

В телескопической системе Галилея используют окуляры с от­ рицательным фокусным расстоянием, которые, как правило, рас­ считывают совместно с объективом. Для труб Кеплера окуляр обычно подбирают из каталогов или рассчитывают таким обра­ зом, чтобы его аберрации компенсировали аберрации предыду­ щей системы.

Основные типы окуляров, применяемых в зрительных трубах различного назначения и микроскопах, показаны на рис. 3.25.

Окуляр Рамсдена (рис.3.25, а) состоит из двух плосковыпуклых линз, обращенных сферическими поверхностями друг к другу. Первая линза — коллективная, вторая — глазная. Хроматизм не исправлен. Полевые аберрации исправлены для угла 2со = 30...40°. Удаление выходного зрачка s'P‘ = (1/3...1/4) / 'Bk. Применяется в визирных микроскопах

Окуляр Гюйгенса (рис.3.25, д) состоит из двух плосковыпуклых линз, сферические поверхности которых обращены к объективу. Полевая диафрагма (оправа сетки) находится между линзами. Уг­

f ok. Применяется в визирных микроскопах.

Окуляр Кельнера (рис.3.25, б) представляет собой усовершенст­ вованную конструкцию окуляра Рамсдена. Второй компонент (глазная линза) — двухлинзовый склеенный, что позволяет улуч­ шить аберрационную коррекцию окуляра. Поле 2со = 40—50°; пе­ редний фокальный отрезок sF= -1/3 / А; удаление выходного зрач­ ка s'P‘= 1/2 f ok. До последнего времени окуляр Кельнера широко применяется в биноклях, зрительных трубах и других оптических приборах.

Симметричный окуляр (рис.3.25, е) состоит из двух одинако­ вых двухлинзовых склеенных компонентов, обращенных друг к другу положительных линз и разделенных небольшим (0 ,1...0,5 мм) воздушным промежутком. В пределах угла поля 2ю = 40° хо-

Рис. 3.25. Окуляры телескопических систем и систем микроскопов.

рошо исправлены аберрации. Передний фокальный отрезок sF примерно равен удалению выходного зрачка s 'p■и составляет 3/4 f ok. Симметричный окуляр широко применяется в различных те­ лескопических приборах в частности, в зрительных трубах геоде­ зических инструментов, а также в микроскопах.

Ортоскопический окуляр (рис.3.25, в) окуляр с хорошо исправ­ ленными аберрациями, особенно дисторсией (4... 10%). Глазная линза такого окуляра одиночная, иногда плосковыпуклая. Пер­ вый компонент — трехлинзовый склеенный. Угловое поле 2со = 40°, передний фокальный отрезок sF= -1/2 f ok; удаление выходно­ го зрачка s'p' = 3/4 f ok. Используется преимущественно в измери­ тельных приборах и отсчетных микроскопах.

Широкоугольный окуляр Эрфле первого типа (рис.3.25, ж).

Окуляр имеет следующие характеристики: угловое поле 2® = 65°, в пределах которого исправлены полевые аберрации; передний фокальный отрезок sF= — 1/5 f ak\ удаление выходного зрачка s'p-

— 1/2 f ok. В окуляре этого типа коллективная линза одиночная, а глазная — двухкомпонентная, каждый компонент которой состо­ ит из двух склеенных линз.

Широкоугольный окуляр Эрфле второго типа (рис.3.25, г). Как и предыдущий окуляр, он состоит из пяти линз. Первый и третий компоненты — двухлинзовые склеенные, а второй компонент — однолинзовый. Угловое поле окуляра Эрфле второго типа 2ю = 60—65°, передний фокальный отрезок, удаление выходного зрач­ ка, дисторсия на краю поля 10%. Применяется в наблюдательных приборах.

Окуляр с удаленным зрачком (рис.3.25, з). Это пятилинзовый окуляр, первый и второй компоненты которого склеены из двух линз. Угловое поле 2со = 45°, удаление выходного зрачка, перед­ ний фокальный отрезок. Применяется при наблюдении в защит­ ных очках.

К специальным окулярам следует отнести сверхширокоугольные окуляры (2ю = 70... 120°), окуляры с внутренней фокусиров­ кой, которые применяются в герметичных приборах, окуляры для высокоточных геодезических приборов, рассчитанные ГОИ, оку­ ляры с асферическими поверхностями и автоколлимационные окуляры.