Окуляр(от лат. oculus - глаз), обращенная к глазу наблюдателя часть оптической системы (зрительной трубы, телескопа, бинокля, микроскопа и т. д.); служит для визуального рассматривания действительного изображения, которое формирует объектив или другая предшествующая окуляру часть системы, например, сочетание объектива и оборачивающей системы. По своему действию окуляр сходен с лупой, отличие его от лупы, связанное с использованием окуляра в сложной системе, состоит в значительно меньшей апертуре пучка
попадающих в него лучей.
Оптические свойства окуляра характеризуются:
- фокусное расстояниеfок’
- видимое увеличение Г
- относительное отверстие D’
- угловое поле 2W’
- удаление выходного зрачка от последней поверхности Sp’
- передний фокальный отрезок SF.
Для наиболее удобного расположения глаза наблюдателя Sp’ должно быть 12-15 мм, а при наличии очков - до 25 мм. Первый окуляр, примененный в 1609 Г. Галилеем, был простой отрицательной (рассеивающей) линзой. Этот окуляр имеет малые угол зрения и увеличение; используется главным образом в театральных биноклях.
Рисунок 63. Двухлинзовые положительные окуляры:
а- окуляр Гюйгенса,б- окуляр Рамсдена.
Окуляры Гюйгенса (сер. 17 в.) и Рамсдена (кон. 18 в.), сконструированные из положительных линз, применяются до сих пор. Каждый из них составлен из двух плосковыпуклых линз (рисунок 62). При всей их простоте для углов поля зрения ~35-5° в них неплохо исправлены основные аберрации и достаточно расстояние до выходного зрачка. Их фокусное расстояние не меньше 15-20 мм.
Окуляр Рамсдена отличается от окуляра Гюйгенса тем, что его передний фокус действителен, вследствие чего в передней фокальной плоскости (с промежуточным изображением) можно совместить шкалу и крест нитей для измерительных целей.
С кон. 19 в. были разработаны широкоугольные окуляры с полем зрения 65-70°, а в дальнейшем усложнение конструкций позволило создать окуляр с углами поля зрения до 100° и более (рисунок 63). Стали применяться окуляры большой оптической силы, у которых отношение расстояния до выходного зрачка d к фокусному расстоянию превышает единицу.
Часто применяются автоколлимационные окуляры (рисунок 64), вблизи фокальной плоскости которых располагают малую призмочку П, направляющую свет от источника И на перекрестье нитей, затем в объектив и далее на зеркало. От зеркала свет отражается и собирается в фокусе окуляра, где наблюдается одновременно крест нитей и его изображение, что позволяет с большой точностью определить направление нормали к зеркалу.
Рисунок 64. Автоколлимационный окуляр.
Оптические схемы окуляров основных типов приведены на рисунке 65, а их данные для f2 ' =25 мм указаны в табл. 12.1. Для окуляров принят нормальный ряд значений фокусных расстояний: 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 и 50 мм.
Рисунок 65. Схема окуляра телескопической системы
Окуляры ТС обычно имеют перемещения вдоль оптической оси (фокусировку) для компенсации в диапазоне ±5 дптр близорукости или дальнозоркости глаза наблюдателя.
4.1.5 Оборачивающие системы – линзовые и призменные
Для наблюдения предметов в прямом виде в том случае, когда не может быть использована труба Галилея, в зрительную трубу вводят оборачивающие системы, устанавливаемые между объективом и окуляром. Оборачивающие системы бывают 2 видов: линзовые и призменные.
Линзовые системы увеличивают длину трубы, а призменные уменьшают. Применяют линзовые оборачивающие системы 2 типов: однокомпонентные и двухкомпонентные (рисунок 67). Для оборачивающей системы задняя фокальная плоскость объектива и передняя фокальная плоскость окуляра являются сопряженными, причем первая служит предметом, а вторая – изображением.
Линейное увеличение однокомпонентной оборачивающей системы равно. βоб = a'/a
Если оборачивающую систему поместить от предмета на расстоянии, равном ее двойному фокусному расстоянию, то перевернутое ею изображение в масштабе 1:1 будет находиться также на двойном фокусном расстоянии за оборачивающей системой. В этом случае линейное увеличение равно –1.
Наиболее распространены зрительные трубы с оборачивающими системами из 2 компонентов с параллельным ходом лучей между ними (рисунок 67). Так как между линзами оборачивающей системы лучи идут в виде параллельных пучков, то передний фокус первой оборачивающей линзы должен быть совмещен с задним фокусом объектива, а задний фокус второй оборачивающей линзы – с передним фокусом окуляра.
Рисунок 67. Схема зрительной трубы с оборачивающей системой из двух компонент.
Телескопическую систему с прямым изображением можно получить также с помощью призменных оборачивающих систем. Такие зрительные трубы более компактны. В них можно менять направление визирования. Призмы и системы призм, которые используются в качестве оборачивающих систем, были описаны в главе 4. К ним относятся призмы Порро 1 и 2 рода, призмы с крышами и др.
Рисунок 63. Двухлинзовые положительные окуляры:
Часто применяются автоколлимационные окуляры (рисунок 64), вблизи фокальной плоскости которых располагают малую призмочку П, направляющую свет от источника И на перекрестье нитей, затем в объектив и далее на зеркало. От зеркала свет отражается и собирается в фокусе окуляра, где наблюдается одновременно крест нитей и его изображение, что позволяет с большой точностью определить направление нормали к зеркалу.
Таблица 2.
