Зрительные трубы

Зрительная труба служит для наблюдения удалённых объектов. При этом она даёт возможность чётко видеть сам объект и прицельную точку прибора.

Существуют зрительные трубы с обратным изображением (астрономические) и прямым изображением (земные).

Вот какие характеристики были даны М.В.Ломоносовым указанным зрительным трубам в его переводе «Волфианской экспериментальной физики»:

«Зрительные трубы, которых переднее стекло выпуклисто, а заднее вогнуто, представляют вещи близко, в прямом положении. Астрономическая зрительная труба, состоящая из двух выпуклистых стекол, вещи увеличивает и ближе представляет, однако наизворот».

Вообще М.В.Ломоносов создал много различных зрительных труб, но не для геодезических приборов, а для телескопов. Даже есть его ночезрительные трубы, с помощью которых получались качественные изображения звёздного неба. Он много занимался и изготовлением линз для зрительных труб (телескопов). Большинство его труб – зеркальные, поскольку вполне обоснованно большее предпочтение М.В.Ломоносов отдавал именно зеркалам для построения телескопических систем. В частности, в том же переводе «Экспериментальной физики» он пишет:

«Те же зеркала (выпуклые – С.Ч.) представляют в себе вещи криво, и чем представленная вещь от такого зеркала дале отстоит, тем меньше кажется. Для того утешно смотреть, ежели выпуклистое зеркало перед брюхом поставишь: для того что в сем положении кажется, что брюхо наперед выпятилось, а голова по пропорции много меньше и назад отклонилась».

Основными конструктивными элементами зрительных труб являются (рис. 5.3) объектив 1, в который входит фокусирующая линза 2, имеющая возможность поступательного перемещения вдоль оптической оси трубы, сетка нитей 3, окуляр 4. В земных трубах перед сеткой нитей устанавливают призменную оборачивающую систему.

Оптическая ось зрительной трубы определяется положением центра объектива 1 и центром окуляра 4. Визирная ось зрительной трубы проходит через центр объектива 1 и центр сетки нитей 3. Геометрическая ось – это линия, на которой находятся центры всех оптических элементов.

Сетка нитей 3 представляет собой тонкий стеклянный диск с нанесёнными на него горизонтальной и вертикальной нитями. Часто половину вертикального штриха выполняют в виде биссектора (двойной линии). Сетки нитей имеют дополнительные короткие штрихи, т.н. дальномерные нити, служащие совместно с рейкой с сантиметровыми делениями для измерения расстояний (нитяный дальномер). На рисунке приведены виды сеток нитей некоторых теодолитов.

Впервые предложил использовать сетку нитей в зрительной трубе в 1611 г. Иоганн Кеплер (Германия), но только в 1670 г. французским астрономом Пикаром выполнялись работы по градусным измерениям с применением сетки нитей вместо диоптров. Дальномерные нити в зрительных трубах стали использоваться только с 1810 г. по предложению немецкого оптика-механика Рейхенбаха.

Рис. 5.3. Зрительная труба теодолита Т30. Виды сеток нитей.

Объектив 1 с помощью фокусирующей линзы 2 строит изображение в плоскости сетки нитей 3. Окуляр 4 может поступательно перемещаться вдоль оптической оси, что позволяет наблюдателю получить чёткое изображение совмещённых предмета и сетки нитей с учётом остроты его зрения.

Элементы 1, 2, 3, конструктивно расположены в герметичном корпусе, что обеспечивает защиту оптических и механических деталей зрительной трубы от попадания пыли и влаги.

Важнейшими характеристиками зрительных труб являются её увеличение, поле зрения, разрешающая способность и светопропускание.

Увеличение Г^Х зрительной трубы определяется величинами фокусных расстояний объектива и окуляра:

Г^Х = f_об / f_ок (5.3)

Зрительные трубы технических приборов и приборов средней точности имеют увеличение 20^Х – 25^Х. С повышением точности приборов увеличение их зрительных труб соответственно возрастает и достигает 60^Х.

Поле зрения зрительных труб определяется угловым расхождением лучей от предметной плоскости, видимых на диаметрально противоположных концах сетки нитей. В современных геодезических приборах поле зрения труб находится в пределах от 0,5^о (высокоточные приборы) до 2^о (технические приборы).

Разрешающей способностью зрительных труб определяется качество изображения предмета, в данном случае – способность трубы передавать без искажений необходимые детали предмета. На это влияют качество изготовления оптических деталей, установка деталей в корпусе трубы и т.п. У современных зрительных труб разрешение в центре поля зрения составляет 2" – 6", на краях поля зрения оно меньше (т.е. больше 6"). При работе с геодезическими приборами необходимо стремиться к тому, чтобы наблюдаемая точка находилась ближе к центру сетки нитей.

Светопропускание определяет видимую яркость изображения предмета при наблюдениях объектов различной освещённости. Для увеличения светопропускания на оптические детали наносят специальные тонкие многослойные покрытия.

При наблюдении в зрительную трубу после фокусирования предмета в плоскости сетки нитей может возникнуть т.н. параллакс нитей. Параллакс нитей обнаруживается при небольших перемещениях глаза наблюдателя относительно окуляра. Если изображение предмета не совпадает с плоскостью сетки нитей, то возникает ощущение разноудалённости нитей и изображения предмета. В таком случае необходимо дополнительно выполнить фокусировку изображения до исключения параллакса.