Телескопические системы

Оптические системы, предназначенные для наблюдения далеких предметов, называются телескопическими системами или зрительными трубами.

К телескопическим системам относятся системы геодезических приборов, астрономических труб, наблюдательных приборов. Телескопических систем работают совместно с глазом наблюдателя, поэтому их еще называют зрительными трубами.

Итак, принцип действия телескопической системы состоит в том, что, если от двух точек удаленного предмета в нее поступают два пучка параллельных лучей, и угол между пучками равен ω, то на выходе телескопической системы лучи остаются параллельными, но угол между ними изменится и будет равен ω׳. Если ω׳> ω, то глаз наблюдатели увидит изображение предмета под большим углом зрения т.е. предмет будет казаться приближенным к наблюдателю.

Телескопическая система, как минимум, должна состоять из двух компонентов- объектива и окуляра. Чтобы параллельные лучи пучков в пространстве предметов были параллельны и в пространстве изображения , необходимо совместить задний фокус обьектива с передним фокусом окуляра, при этом оптический интервал ∆ будет равен нулю, Оптическая сила телескопической системы равна нулю, а фокусное расстояние равно бесконечности, поэтому телескопическую систему называют афокальной.

Основными оптическими характеристиками телескопической системы является увеличение Г_т, угловое поле 2ω, диаметр входного зрачка D^׳, удаление выходного зрачка от последней поверхности окуляра и разрешающая способность ψ.

Объективы телескопических систем

Объектив телескопической системы служит для получения действительного промежуточного изображения. Основные характеристики объектива: фокусное расстояние ƒ׳_об, относительное отверстие D/ ƒ׳_об, угловое поле 2ω, разрешающая способность ψ и в качестве изображения. В большинстве случаев объективы телескопических систем имеют сравнительно большие фокусные расстояния. Чем больше фокусное расстояние, а следовательно, и увеличение телескопической системы, где установлен такой объектив, тем меньше угловое поле.

Двухлинзовый склеенный объектив наиболее распространенный. Одна из линз положительная, а вторая отрицательная, Выбирая стекла различных марок, удается найти такие значения радиусов его линз, при которых относительные отверстия и углового поля обеспечивается хорошее качество изображения. Удается получить объектив с хорошим исправление аберрации в центре и по краю поля при относительном отверстии до 1:5 и угловым полем, не превышающем 6 градусов. Чем выше требования к качеству изображения, образуемого склеенным объективом, тем меньше его относительное отверстие и угловое поле.

Объектив из двух склеенных линз имеет больше свободных параметров, чем склеенный объектив, т.к. появляется четвертый радиус кривизны и воздушным промежуток. Кроме того, за счет изменения зазора между линзами можно в небольших пределах менять фокусное расстояние и таким образом получать точно заданное фокусное расстояние объектива, не выдерживая жестких допусков на изготовление линз.

Окуляры телескопических систем

Окуляр Рамсдена. Он состоит из двух плосковыпуклых Лиз, обращенных выпуклыми поверхностями внутрь. Первая линза, помещенная вблизи фокальной плоскости называется коллективом, вторая - глазной линзой. Расстояние между линзами не превышает 2/3/ƒ'; S_F и S'_F'

приблизительно равны 0,3/'_ок, а это означает, что выходной зрачок расположен близко к последней поверхности окуляра. Угловое поле окуляров Рамсдена не более 25 - 30°, качество изображения невысокое. Эти окуляры применяются в простейших приборах, имеющим малые диаметры выходного зрачка.

Окуляр Кельнера. Является усовершенствованным окуляром Рамсдена. Этот окуляр состоит из двух компонентов: коллектива и глазной линзы, но глазная ахроматическая линза склеена из двух линз, что позволяет исправить хроматизм, а коллективная линза двояковыпуклая. Угловое поле окуляра достигает 40 - 50°, задний фокальный отрезок 0,4/ƒ'_ок- окуляры такого типа нашли применение в полевых биноклях.

Ортоскопический окуляр. Этот окуляр состоит из двух компонентов, первый из которых

склеен из трех линз, второй — плосковыпуклая линза,

I обращенная плоскостью к глазу. Расстояние между компонентами составляет доли миллиметра. В окуляре этого типа лучше исправлена дисторсия - отсюда название Ортоскошгческий. Окуляр отличается значительным удалением выходного зрачка, которое равно примерно 0,75/'_ОК, угловое поле 2ω'=40°.

Симметричный окуляр. Долее высокое качество изображения по сравнению с ранее рассмотренными дает симметричный окуляр. Он состоит из двух одинаковых двухлинзовых склеенных компонентов.

Угловое поле его 40 -50°. Окуляр получил большое распространение благодаря простой конструкции и большому удалению выходного зрачка 0,75 f'_ок..

Окуляр Эрфле. Окуляр, состоящий из двух компонентов, может иметь угловое поле более 50°. Окуляр Эрфле состоящий из трех компонентов, два из которых - склеенные линзы, третий -

простая линза, может иметь угловое поле около 70°.

Известны окуляры Эрфле двух типов. Окуляр второго типа отличается от окуляра первого типа тем, что его первый компонент содержит отрицательную линзу, благодаря чему обеспечивает большее удаление выходного зрачка. Наиболее применяемые окуляры второго типа.

Широко угольный окуляр. Окуляры этого типа имеют большое угловое поле, порядка 86°.

Отрицательный окуляр. Состоит из одной отрицательной или из двух склеенных между собой линз. Окуляры такого типа применяются в трубах Галилея, дающих прямое изображение. Угловое поле этих окуляров не более – 20 градусов.

Простые зрительные трубы.

Зрительная труба Кеплера,

Эта система имеет положительный объектив и положительный окуляр. Так как фокусное расстояние объектива и окуляра величины положительные, то увеличение трубы Кеплера отрицательное, т.е. система дает полностью перевернутое изображение. Хоть перевернутое изображение является существенным недостатком, в наблюдательных целях, она получила широкое распространение в астрономии. В плоскости действительного изображения установлена полевая диафрагма, в той же плоскости может быть установлена плоскопараллельная пластина с перекрестием или шкалой, которой называют сеткой. Окуляр состоит из двух компонентов. Материальными диафрагмами являются оправы первого и второго компонентов. Объектив образует действительное изображение разером: 2y^f=2ƒ_об x tgω. Преимущества этой трубы: отсутствие виньетирования при сравнительно больших увеличениях; наличие плоскости действительного изображения; простота конструкции.

В отличие от трубы Кеплера зрительная труба Галилея имеет отрицательный окуляр. В качестве окуляра используют простую двояковыпуклую линзу, передний фокус которой совмещен с задним фокусом объектива. Точка совмещенных фокусов мнимая. Так как объектив положительный, а окуляр отрицательный, то видимое увеличение зрительной трубы Галилея - положительное. При одном и том же увеличении и равных фокусных расстояниях объективов система Галилея короче Системы Кеплера на два фокусных расстояния окуляра. Несмотря на такие положительные свойства, как прямое изображение и малая длина трубы, труба Галилея имеет ограниченное применение. Это объясняется ее существенными недостатками, одним из которых является отсутствие промежуточного изображения. Поскольку труба Галилея дает действительное изображение, то в ней нет места для угломерной сетки или перекрестия, следовательно, трубу невозможно навести на какую-либо точку предмета. Кроме того, угловое поле трубы Галилея значительно меньше, чем системы с положительным окуляром, и зависит от положения глаза наблюдателя. Эту трубу применяют в наблюдательных системах, визирах фотоаппарата, ее так же используют в качестве добавочной системы смены увеличения.