Окуляр оптического прибора¶
Окуляр — это оптическая система, обращённая к глазу наблюдателя и предназначенная для рассматривания изображения, которое формируется объективом или иной предшествующей оптической частью прибора. Вместе с объективом окуляр образует базовую схему зрительной трубы, микроскопа, бинокля, телескопа и многих других устройств. Основное назначение окуляра — увеличить сформированное объективом действительное изображение и превратить его в мнимое изображение, удобное для восприятия глазом.
¶Общие сведения
В простейшем случае окуляр работает как лупа: объектив строит действительное изображение предмета вблизи передней фокальной плоскости окуляра, а окуляр позволяет рассматривать это изображение под большим углом зрения. Увеличение, которое даёт окуляр, зависит от его фокусного расстояния: чем оно короче, тем сильнее увеличение и, как правило, меньше поле зрения и удаление выходного зрачка.
Важнейшей характеристикой окуляра является положение выходного зрачка — точки, в которой глаз наблюдателя должен располагаться для полного использования светового потока. Удаление выходного зрачка измеряется в миллиметрах; для приборов, используемых в очках, оно должно быть достаточно большим.
¶История
Простейшие увеличительные линзы были известны с античности, однако соединение объектива и окуляра в единую трубу относят к началу XVII века. В 1608 году голландский мастер Ханс Липперсгей подал заявку на патент на зрительную трубу, а в 1609 году Галилео Галилей построил собственный телескоп, использовав в качестве окуляра рассеивающую линзу. Такая схема, названная галилеевой, даёт прямое изображение, но имеет малое поле зрения.
В 1611 году Иоганн Кеплер предложил схему с собирающим окуляром, которая даёт перевёрнутое изображение, но обладает значительно большим полем зрения. В дальнейшем развитие окуляров шло по пути исправления аберраций и расширения поля зрения, что привело к появлению конструкций Гюйгенса, Рамсдена, Кёльнера, Эрфле, Плёссла и других.
¶Классификация
Окуляры различают по оптической схеме, числу линз и назначению.
| Тип | Особенности | Применение |
|---|---|---|
| Гюйгенса | Две плосковыпуклые линзы, фокальная плоскость между ними | Простые микроскопы |
| Рамсдена | Две плосковыпуклые линзы, фокальная плоскость перед окуляром | Микроскопы, измерительные приборы |
| Кёльнера | Ахроматическая склейка и одиночная линза | Телескопы, бинокли |
| Плёссла | Четырёхлинзовая схема, хорошее исправление аберраций | Астрономические и наблюдательные приборы |
| Эрфле | Широкоугольная многолинзовая схема | Телескопы, оружие, бинокли |
По назначению выделяют окуляры астрономические, микроскопные, геодезические, а также окуляры приборов ночного видения и военной оптики.
¶Устройство и характеристики
Конструктивно окуляр представляет собой оправу с закреплёнными в ней линзами. Между линзами может располагаться полевая диафрагма, ограничивающая поле зрения. В окулярах с измерительной сеткой или шкалой в фокальной плоскости устанавливают стеклянную пластинку с нанесёнными делениями.
К основным характеристикам относят:
- фокусное расстояние, определяющее увеличение;
- поле зрения, обычно выражаемое в градусах или в метрах на расстоянии 1000 м;
- удаление выходного зрачка;
- диаметр выходного зрачка;
- светопропускание и качество просветляющих покрытий.
¶Применение
Окуляры применяются в астрономических телескопах, микроскопах, биноклях, зрительных трубах, теодолитах, нивелирах, прицелах, а также в приборах ночного видения. В астрономии сменные окуляры позволяют менять увеличение одного и того же телескопа; стандартом де-факто стал посадочный диаметр 1,25 дюйма, реже применяется 2 дюйма.
В микроскопии окуляры часто совмещают с фотокамерами и цифровыми сенсорами, что позволяет фиксировать изображение. В геодезии и военном деле важны прочность, герметичность и стабильность характеристик при изменении температуры.
¶Особенности расчёта
При расчёте окуляра учитывают хроматические и сферические аберрации, кому, астигматизм и дисторсию. Для их компенсации применяют склейки из стёкол с разными показателями преломления, асферические поверхности и многослойные просветляющие покрытия. Качество окуляра во многом определяет общее качество изображения прибора, поскольку именно через него наблюдатель воспринимает результат работы всей оптической системы.
¶Интересные факты
- В телескопах системы Ньютона изображение перевёрнуто, поэтому для наблюдения земных объектов применяют оборачивающие окуляры или призмы.
- Окуляры Гюйгенса и Рамсдена названы по именам учёных, предложивших эти схемы в XVII–XVIII веках.
- Удаление выходного зрачка у современных широкоугольных окуляров может достигать 20 мм и более, что удобно для наблюдателей в очках.
Источники: справочники по оптике и оптическим приборам, энциклопедические издания по физике, материалы по истории телескопостроения и микроскопии.