Зрительная труба Кеплера

Наиболее простым оптическим прибором, дающим возможность рассматривать от наблюдателя удаленные предметы, является астрономическая зрительная труба (телескоп) Кеплера. Оптическая система этого телескопа состоит из двух собирательных линз, укрепленных в металлической оправе. Линзы закреплены так, что их оптические оси лежат на одной прямой, а фокусные плоскости почти совпадают.

Передняя линза, направленная на удаленный предмет, называется объективом, она имеет большое фокусное расстояние. Задняя короткофокусная линза обращена к глазу, ее называют окуляром. Рассматриваемый предмет находится на большом удалении, поэтому лучи, падающие на объектив из какой-либо точки предмета (например А), можно считать параллельными. В двояковыпуклой линзе параллельные лучи после преломления собираются в фокальной плоскости. Таким образом, получается, что изображение предмета находятся в фокальной плоскости объектива. Это изображение будет действительным, уменьшенным и обратным.

Окуляр играет роль увеличительного стекла и позволяет рассматривать изображение, даваемое объективом, под углом зрения большим, чем угол, под которым видел бы изображение невооруженный глаз. Объектив, как бы, приближает изображение предмета к наблюдателю в определенное количество раз (рис. ниже).

Увеличительное стекло (в данном случае окуляр) дает мнимое, увеличенное и прямое изображение. Значит, перевернутое объективом изображение предмета так и остается перевернутым, из-за этого пользоваться зрительной трубой Кеплера, для наблюдения земных предметов, и тем более для прицеливания, крайне неудобно.

Оборачивающая система

Чтобы получить прямое изображение, между объективом и окуляром необходима оборачивающая система. Она состоит из одной или двух собирательных линз. Назначение оборачивающей системы состоит в том, чтобы перевернуть изображение, даваемое объективом. В этом случае, перед окуляром окажется прямое изображение наблюдаемого предмета. Телескоп Кеплера с оборачивающей системой называют земной зрительной трубой или просто подзорной трубой (рис. ниже).

Оптический прицел представляет собой именно такую подзорную трубу. Для прицеливания точно в цель в одной из фокальных плоскостей прицела помещают рамку с прицельными нитями. Наиболее распространены прицелы с нитями в фокальной плоскости объектива, но есть модели, у которых прицельные нити расположены в фокальной плоскости окуляра.

Стрелок видит нити и увеличенное изображение цели одинаково четко, т.к. они расположены в одной плоскости. Точка пересечения прицельных нитей вместе с оптическим центром прицела определяют положение оси трубы. Такова простейшая схема зрительной трубы и оптического прицела.

Сложные оптические системы

В действительности устройство современных оптических прицелов намного сложнее. Необходимость более сложного устройства обусловлена рядом причин.

Большую роль играет явление сферической аберрации. Оно состоит в следующем: лучи света, проходящие через края линзы, преломляются сильнее и пересекаются ближе, чам те лучи, которые проходят ближе к центру линзы. Из-за этого каждая точка предмета получается не в виде точки, а маленького расплывчатого пятнышка.

Солнечный свет, как известно, состоит из нескольких цветов. Свет каждого цвета имеет свой коэффициент преломления. Сильнее всего преломляются фиолетовые лучи, слабее всего — красные, между ними еще лежат синие, голубые, зеленые, желтые и оранжевые лучи. В результате неодинакового преломления лучей при прохождении через линзу и разложения белого света края изображения кажутся окрашенными в радужный цвет. Это так называемая хроматическая аберрация.

Как правило, одну линзу заменяют несколькими, с разными радиусами сферической и хроматической аберрации и изготовленными из различных сортов стекла. В качественных современных оптических прицелах объектив состоит из двух линз, оборачивающая система — из четырех, а окуляр — из трех. Получается, что используется девять линз вместо трех, из которых состоит примитивная система.

Многие прицелы, предназначенные для индивидуального пользования, имеют приспособление для установки прицела на ясное зрение для людей, страдающих близорукостью или дальнозоркостью. При этом исключается необходимость пользования очками. При перемещениии вдоль трубы окуляра или оборачивающей системы, выходящие из окуляра лучи получаются сходящимися, что требуется для дальнозоркого глаза, или расходящимися, что надо близорукому глазу.