ЗРИТЕЛЬНАЯ ТРУБА

ЗРИТЕЛЬНАЯ ТРУБА, оптический прибор, дающий изображение отдалённого предмета отчётливей, чем оно воспринимается невооружённым глазом. Угол, образуемый световыми лучами, идущими от крайних точек наблюдаемого предмета к оптическому центру глаза, называется углом зрения. Чем больше угол зрения, тем больше и изображение предмета на сетчатке глаза и тем с большей подробностью и отчётливостью виден предмет. Назначение З. т. состоит в увеличении угла зрения, под к-рым виден предмет, и в приведении изображения предмета точно на сетчатку глаза. З. т. как бы приближает предмет, позволяя рассматривать его изображение на расстоянии наилучшего зрения (для нормального глаза 25 см) под углом зрения большим того, под к-рым предмет виден невооружённым глазом. З. т. применяется в астрономии, геодезии, морском и военном деле. Существенную часть З. т. составляют сферические стёкла (иначе линзы, оптические чечевицы), зеркала и призмы. З. т. геодезических инструментов, применяемые в землеустроительной и инженерной практике, состоят из сферических стёкол и не имеют зеркал. Такие З. т. называют диоптрическими. В зависимости от того, даёт ли З. т. прямые или обратные изображения наблюдаемых предметов, её называют земной или астрономической. Геодезические инструменты СССР обычно имеют астрономические зрительные трубы.

Простая диоптрическая астрономическая З. т., широко применяемая в практике (рис. 1), имеет две двояковыпуклые линзы, вставленные в металлические раздвигающиеся цилиндры (колена). Для устранения отблеска света внутренние поверхности цилиндров зачернены. Линза L, обращённая при наблюдении к предмету, называется объективом. Линза L' меньшего диам., обращенная к глазу, называется окуляром. В соответствии с этим колена З. т. называются объективным и окулярным. Окуляр часто закрепляется не в окулярном колене, а во входящей в него окулярной трубочке. Воображаемая прямая через центры сферических поверхностей объектива и окуляра называется главной оптической осью; на ней по обе стороны от каждой линзы на расстояниях, называемых фокусными, симметрично расположены главные фокусы линз: F, F₁, и F' И F₁'. Луч, проходящий через главный фокус, после преломления в линзе выйдет из неё параллельно главной оптической оси. Каждая линза имеет на этой оси оптический центр О И О₁.

Рис. 1. Схема простой зрительной трубы: Р - объективное колено; Q - окулярное колено; R - окулярная трубочка; L' - объектив; V - окуляр; NN1 - главная оптическая ось; F,F1,F', и F1 - главные фокусы линз; О и О1 - оптические центры

Рис. 1. Схема простой зрительной трубы: Р - объективное колено; Q - окулярное колено; R - окулярная трубочка; L' - объектив; V - окуляр; NN₁ - главная оптическая ось; F,F₁,F', и F₁' - главные фокусы линз; О и О₁ - оптические центры

Рис. 2. Схема зрительной трубы: 1,2 - объектив; 3 - диафрагмы; 4 - кремальерный винт; 5 - крест нитей

Луч, проходящий через эту точку, не меняет своего направления. Объектив зрительной трубы даёт действительное (т. е. такое, к-рое может быть принято на экране), уменьшенное и обратное изображение аb наблюдаемого предмета АВ. При рассматривании бесконечно удалённых от объектива предметов (напр. звёзд) их изображения получаются точно в заднем фокусе объектива. При наблюдении в З. т. предметов на конечном расстоянии изображения получаются тем ближе к заднему фокусу, чем дальше удалён предмет от объектива. Полученное через объектив изображение предмета рассматривается через окуляр, к-рый увеличивает это изображение, действуя, как лупа. Окулярное колено при этом передвигают при помощи кремальерного винта 4 (рис. 2) до тех пор, пока увеличенное изображение а₁ b₁ расположится от глаза на расстоянии наилучшего зрения и будет отчётливо и резко видимо. При рассматривании в З. т. отдалённого предмета задний фокус объектива F и передний фокус окуляра F1 при этом будут почти совпадать. Установку З. т. на отчётливую и резкую видимость изображения предмета называют фокусированием трубы. Т. к. окуляр только увеличивает, но не оборачивает изображения, полученного через объектив, то в простой зрительной трубе наблюдатель увидит обратное изображение предмета. Для точного наведения определённой точки трубы на избранную точку предмета в З. т. в фокусе объектива в той плоскости, где получается действительное изображение предмета, устанавливается диафрагма (металлическое кольцо) с сеткой нитей 5 (рис. 2).

Сетка нитей в современных З. т. представляет собой тонкую стеклянную пластинку с нарезанными на ней и зачернёнными очень тонкими штрихами. Простейшая сетка нитей представляет две взаимно перпендикулярные нити 1 (рис. 3). Воображаемая прямая, проходящая через точку пересечения этих нитей и через оптический центр объектива, называется визирной осью З. т. Визирная ось служит прицельной линией при наведении З. т. на предмет. Визирная ось должна совпадать с осями: главной оптической и геометрической (ось объективного цилиндра трубы). Воображаемая ось симметрии, разделяющая две рядом расположенные нити сетки 2, 3, 4 (рис. 3), называется биссектором и служит для уточнения наведения трубы; той же цели служат и клинообразные нити 5. На рис. 3 цифрами 6, 7, 8 изображена дально-мерная сетка нитей, служащая для оптического измерения расстояний. Чтобы нити сетки представлялись в окуляре резкими чёрными чертами, наблюдатель ещё до фокусирования должен установить З. т. по своему глазу. С этой целью направляют З. т. на небо или на светлый фон и передвигают окулярную трубочку вдоль окулярного колена до получения резкой видимости нитей. Для облегчения передвижения окулярной трубочки в окулярном колене часто оправу окуляра делают вращающейся на особой винтовой нарезке. Установка окуляра по глазу одним и тем же наблюдателем остаётся постоянной; поэтому на окулярной оправе имеется спец. винт, при помощи к-рого окуляр после установкой м. б. закреплён. Фокусирование 3. т. приходится производить при наведении на каждый предмет. При фокусировании необходимо совмещать плоскость сетки нитей с плоскостью изображения предмета возможно точно. Несовпадение этих плоскостей влечёт за собой т. н. параллакс нитей; при разных положениях глаза перед окуляром точка пересечения нитей будет покрывать разные точки изображения предмета; вследствие этого параллакс будет препятствовать точному наведению З. т. на избранную точку предмета. Поэтому, передвигая кремальерным винтом окулярное колено внутри объективного колена, добиваются точного совмещения плоскости сетки и изображения предмета, после чего точка пересечения нитей сетки должна покрывать одну и ту же точку изображения предмета независимо от положения глаза относительно окуляра.

Рис. 3. Виды сеток нитей

Рис. 4. Зрительная труба с внутренним фокусированием

Оптические свойства З. т. характеризуются увеличением, полем зрения и разрешающей силой 3. т. Увеличением З. т. называется отношение угла р (рис. 1), под к-рым изображение предмета рассматривается через трубу, к углу α, под к-рым предмет виден непосредственно глазом. Увеличение З. т. геодезических инструментов, применяемых в массовой практике, в ср. равно 15 - 30 и не превышает 50. Полем зрения З. т. называется пространство, видимое в трубу при неподвижном её положении. Поле зрения измеряется углом, вершина к-рого находится в оптическом центре объектива, а стороны опираются на концы диаметра круглого отверстия диафрагмы, в плоскости к-рой расположена сетка нитей. Поле зрения обратно пропорционально увеличению и заключается в пределах от 0,5 до 2°. Разрешающая сила З. т. определяется наименьшим углом между двумя отдельно различаемыми точками изображения, даваемого З. т. Разрешающая сила невооружённого глаза, по опытным исследованиям, м. б. принята в ср. равной 60". Если увеличение зрительной трубы V, то разрешающую силу З. т. можно принять равной 60" : V. Эта величина служит показателем качества визирования (наведения) зрительной трубы.

Изображения предметов, даваемые простыми линзами, имеют ряд недостатков, даже если линзы изготовлены из хорошего оптического стекла. К наиболее существенным из недостатков относятся сферическая и хроматическая аберрации. Сферическая аберрация выражается в том, что световые лучи, падающие на линзу из одной точки, после преломления в линзе не собираются в одной точке, а своими пересечениями в разных точках образуют поверхность, воспринимаемую глазом в виде кружка; изображение получается расплывчатым. Сферическая аберрация более заметна на краях линзы. Хроматическая аберрация обусловлена тем, что лучи разных цветов, входящие в состав сложного белого луча, падающего на линзу, обладают разной преломляемостью и дают разные точки изображений; в результате изображение становится неясным и слегка окрашенным в цвета радуги. Сферическая и отчасти хроматическая аберрации ослабляются в З. т. современных геодезических инструментов зачернёнными металлическими пластинками - диафрагмами З (рис. 2), задерживающими крайние лучи. Более действительным средством ослабления и даже устранения сферической и хроматической аберраций служит замена простых линз сложными, состоящими из неск. сферических стёкол различного сорта и разной преломляемости. Для определения качества З. т., рассматривают через неё правильные чёрные фигуры, нарисованные на светлом фоне. Правильность, отчётливость изображений и отсутствие окрашивания их в цвета радуги служат признаком хорошего качества З. т. Новейшие геодезические инструменты СССР снабжаются З т. постоянной длины, в к-рых объектив и сетка нитей закреплены в одном цилиндре. Длина такой з. т. пpи фокусировании остаётся неизменной; её называют З. т. с внутренним фокусированием. Установка этой трубы на резкость изображения предмета производится при помощи фокусирующей линзы L (рис. 4) - рассеивающего двояковогнутого стекла, перемещающегося в трубе между объективом и сеткой при вращении особого кремальерного винта К или кольца, охватывающего З. т. около её окулярного кольца. При одной и той же длине З. т. наличие внутренней линзы L придаёт -трубе большее увеличение по сравнению с простой трубой. Конструкция З. т. с внутренним фокусированием предохраняет трубу от проникновения в неё пыли и влаги и обеспечивает неподвижное положение визирной оси при фокусировании, что способствует повышению качества наблюдений. С оптической точки зрения объектив вместе с фокусирующей линзой можно рассматривать как один сложный объектив; поэтому сочетание объектива с фокусирующей линзой называется телеобъективом. З. т. с внутренним фокусированием принципиально не отличается от простой зрительной трубы, но обладает более совершенной конструкцией, позволяющей повысить точность работы зрительной трубы.

Литература: Витковский В., Топография, 4 изд., Л., 1940; Геодезия. Справочное руководство. Под общ. ред. М. Д. Бонч-Бруевича, т. VII, М.-Л., 1939; Фефилов Б., Прикладная оптика, М., 1947; Чеботарев А., Геодезия, ч. 1, М., 1948.