I. Телескопические системы

ВВЕДЕНИЕ

По своему назначению оптические приборы, вооружающие глаз, можно разбить на две большие группы. Приборы, предназначенные для рассматривания удаленных объектов (зрительная труба, бинокль, телескоп и т.п.). Приборы, служащие для рассматривания очень мелких предметов (лупа, микроскоп).

fоб

D1

fок

D2

Fок

Fоб

Рис. 1. Схематическое изображение хода лучей в зрительной трубе

j2

j1

Изображение оправы объектива

Зрительная труба представляет собой оптическую систему, предназначенную для наблюдения удаленных предметов. На рис. 1 представлена схема оптической системы зрительной трубы Галилея.

Зрительная труба Галилея состоит из длиннофокусного объектива 1 (положительная линза) и окуляра 2 (отрицательная линза). В ней второй фокус F_об объектива 1 совмещен с первым фокусом F_ок окуляра 2. Падающий в объектив пучок параллельных лучей выходит из окуляра также параллельным пучком. Такой ход лучей называют телескопическим. При телескопическом ходе лучей в Галилеевой трубе расстояние между объективом и окуляром равно разности (точнее – алгебраической сумме) их фокусных расстояний, а изображение оправы объектива, даваемое окуляром, оказывается мнимым. Это изображение располагается между окуляром и объективом.

Пусть пучок света, попадающий в объектив, составляет с оптической осью угол j₁, а пучок, выходящий из окуляра, - угол j₂. Увеличение Г зрительной трубы по определению равно

. (1)

Ширина параллельного пучка лучей, входящих в объектив, определяется диаметром D₁ его оправы, точнее, диаметром ее входного зрачка, обычно равным диаметру объектива. Ширина пучка, выходящего из окуляра, определяется диаметром D₂ изображения оправы объектива, даваемым окуляром.

На основании простых геометрических соотношений, очевидных из рис. 1, имеем

, (2) . (3)

Соотношение (3) показывает, что увеличение трубы можно определить путем измерения фокусных расстояний объектива и окуляра.

I. Телескопические системы

Телескопическая система - оптическая система, с помощью которой можно рассматривать увеличенное изображение удаленного объекта.

Современные оптические приборы — бинокли, прицельные зрительные трубы, дальномеры, перископы, микроскопы.

Зрительная труба представляет собой оптический прибор, предназначенный для рассматривания глазом весьма удаленных предметов. Как и микроскоп, она состоит из объектива и окуляра; и тот и другой являются более или менее сложными оптическими системами, хотя и не столь сложными, как в случае микроскопа; однако мы их будем схематически представлять тонкими линзами. В зрительных трубах объектив и окуляр располагаются так, что задний фокус объектива почти совпадает с передним фокусом окуляра.

Рис. 2

В телескопических системах в качестве объективов чаще все­го применяют склеенные объективы, состоящие из двух линз. Про­стые одиночные линзы используют редко, так как их коррекционные возможности ограничены. Простые линзы используют при от­носительных отверстиях объектива не более 1:15. Двухлинзовые склеенные объективы позволяют коррегировать сферическую аберрацию, кому и хроматизм положения. Их применяют при фо­кусных расстояниях до 150 мм с относительным отверстием не бо­лее 1:4, при фокусных расстояниях 150-300 мм с относительным отверстием не более 1:5, при фокусных расстояниях 500-1000 мм с относительным отверстием 1:8-1:12. Угловые поля не должны превышать 10-12° при малых фокусных расстояниях и 7-10° - при больших.

Окуляры телескопических систем работают в более сложных условиях, чем объективы. При одинаковом с объективом относи­тельном отверстии угловое поле окуляра значительно больше. Окуляры, следовательно, должны иметь и, как правило, имеют бо­лее сложную конструкцию.

Исходными данными для разработки являются:

1. Видимое увеличение оптической системы – это отношения угла, под которым наблюдается изображение в оптической системе, к угловому размеру объекта при наблюдении его непосредственно глазом.

2. Диаметр входного зрачка:

D=D’ · Г

3. Длина трубы:

L =

4. Поле зрения:

2 ’=2 · tg𝛚°