Глава XIV. ТЕЛЕСКОПИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

71. Схема телескопической системы и ее основные характеристики

Существует большая группа оптических приборов, позволяющих человеку рассматривать удаленные предметы. К числу рассматриваемых приборов относятся бинокли, зрительные трубы, астрономические наблюдательные телескопы, стереотрубы, перископы, дальномеры, приделы, геодезические приборы (теодолиты, нивелиры и т. п.). Оптические системы таких приборов называют телескопическими системами (от греч. tele - вдаль, далеко греч. scopeo - смотрю). Эти системы обладают тем основным свойством, что пучок параллельных лучей, поступающий в их входной зрачок, выходит через выходной зрачок пучком параллельных лучей.

Входящие пучки лучей считаются параллельными, так как входные зрачки телескопических систем несоизмеримо меньше расстояний, на которых находятся наблюдаемые предметы. От осевых предметных точек приходят пучки, лучи, которых параллельны оптической оси системы, а от внеосевых предметных точек — пучки, лучи которых одинаково наклонены к оси на угол Чем дальше от оси находится предметная внеосевая точка, тем больше угол наклона приходящего пучка лучей. Чтобы глаз наблюдателя мог рассматривать без напряжений изображение, образованное телескопической системой, выходящие из оптической системы пучки лучей должны быть также параллельными. Выходящие из телескопической системы пучки лучей от внеосевых точек будут наклонены к оси на угол Таким образом, у телескопической системы фокусы расположены в бесконечности, фокусные расстояния равны бесконечности, а оптическая сила равна нулю. Поэтому телескопические системы называют афокальными.

Схема телескопической системы состоит, как минимум, из двух компонентов, каждый из которых может быть оптической поверхностью (рис. 166) (см. также рис. 44) или представлять собой сложную комбинацию оптических деталей (рис. 167). Первый компонент, обращенный к рассматриваемым объектам, называется объективом, а второй, обращенный к глазу наблюдателя, — окуляром.

Объектив и окуляр телескопической системы соединяются таким образом, чтобы задний фокус объектива совпадал с передним фэкусом окуляра, что непосредственно следует из

Рис. 166. Наипростейшие схемы телескопической системы

формулы двухкомпонентной системы, находящейся в однородной среде и имеющей оптическую силу, равную нулю, т. е.

откуда следует, что расстояние между главными плоскостями объектива и окуляра равно сумме их фокусных расстояний,

Объектив телескопической системы образует действительное перевернутое изображение предмета в своей задней фокальной плоскости и поэтому является положительным компонентом, а окуляр, подобно лупе, позволяет рассматривать это изображение в увеличенном виде. Окуляр может быть как положительным, так и отрицательным. Телескопическую систему, состоящую из положительных объектива и окуляра, называют зрительной трубой Кеплера (рис. 168), а состоящую из положительного объектива и отрицательного окуляра—зрительной трубой Галилея, отдавая дань именам их создателей.

Основными оптическими характеристиками телескопической системы являются видимое увеличение угловое поле и диаметр выходного зрачка Важными характеристиками служат угловой предел разрешения определяющий разрешающую способность, длина системы по оптической оси положение входного и выходного зрачков.

Рис. 167. Схема телескопической системы

Рис. 168. Схемы зрительной трубы: а — Кеплера; б - Галилея

Видимое увеличение телескопической системы равно ее угловому увеличению

Из рис. 167 следует

и

Знак видимого увеличения говорит об образовании телескопической системой прямого или перевернутого изображения. В формуле (336) необходимо учитывать этот знак.

В идеальной телескопической системе луч, параллельный оптической оси и входящий в систему на высоте, например всегда будет выходить параллельно оси на высоте Естественно, что для телескопической системы сохраняются известные соотношения между увеличениями. Но так как то

В телескопической системе линейное и продольное а увеличения постоянны, однако перспектива при наблюдении в нее искажается. По размеру изображения предметы кажутся увеличенными в раз, так как они наблюдаются под углом который больше примерно в раз. А вдоль оптической оси происходит "сжатие” пространства изображений, так как расстояния вдоль оси обратно пропорциональны квадрату видимого увеличения. Поэтому все предметы кажутся приближенными к наблюдателю, а само пространство изображений — сжатым в направлении лини наблюдения.

Угловое поле телескопической системы зависит от углового поля окуляра и видимого увеличения:

Угловое поле окуляра меняется в сравнительно небольших пределах (сейчас имеются окуляры с Видимое увеличение большинства телескопических систем не превышает поэтому угловое поле телескопических систем (оно же — угловое поле объектива) не превышает 10°. Угловое поле ограничивается размерами полевой диафрагмы устанавливаемой в плоскости промежуточного изображения:

где

Диаметр выходного зрачка телескопической системы определяет количество световой энергии, выходящей из прибора, т. е. является основным параметром оценки его светосилы На основании формулы (225) светосила совместно с глазом

где

или

Еслн диаметр зрачка глаза меньше диаметра выходного зрачка телескопической системы, то В этом случае субъективная яркость наблюдаемых изображений предметов конечных размеров будет отличаться от субъективной яркости изображений в невооруженном глазу на коэффициент потерь света в приборе. Если диаметр зрачка глаза больше диаметра выходного зрачка телескопической системы, то субъективная яркость изображения в вооруженном глазу будет меньше в сравнении с таковой в невооруженном глазу. Поэтому при наблюдении зрачок глаза совмещается с выходным зрачком системы и между ними желательно иметь полное совпадение не только по положению, но и по диаметру.

Внднмое увеличение телескопической системы, при котором диаметр выходного зрачка равен диаметру зрачка глаза наблюдателя, называется нормальным увеличением Такое увеличение обычно имеют зрительные трубы, предназначенные для использования прн плохих условиях освещения предметов.

Выходным зрачком телескопической системы является изображение входного зрачка. Выходной зрачок характеризуется не только диаметром, но и расстоянием от последней поверхности — удалением выходного зрачка Входным зрачком часто служит оправа самого объектива, которая является апертурной диафрагмой. Телескопические системы, предназначенные для наблюдения в дневное время, должны иметь выходные зрачки а в сумеречное время