Прилади для спостереження віддалених об’єктів

Зорові труби – це оптичні системи, призначені для розглядання віддалених предметів. Зорові труби збільшують кут зору, внаслідок чого збільшується і зображення на сітківці ока. Тому для зорових труб важливе кутове збільшення. Найбільш поширені зорові труби Кеплера і Галілея.

Труба Кеплера у найпростішому випадку складається з двох збиральних лінз: довгофокусного об’єктива і короткофокусного окуляра. Лінзи розташовані так, що задній фокус об’єктива співпадає з переднім фокусом окуляра (рис. 3).

Внаслідок цього паралельний пучок променів, що падає на об’єктив, залишається паралельним після виходу із окуляра. Такі оптичні системи називаються телескопічними.

Телескопічна система не збирає промені і не розсіює, тобто фокусна відстань системи в цілому дорівнює нескінченності, а оптична сила дорівнює нулю. Тому такі системи ще називаються афокальні.

Від дуже віддалених об’єктів поширюється практично паралельний пучок променів. У цьому випадку для розрахунку збільшення труби достатньо одного променя, який проходить через оптичний центр об’єктива (рис. 4).

Об’єктив труби дає у фокальній площині дійсне, зменшене, перевернуте зображення нескінченно віддаленого предмета. Це зображення розглядається через окуляр як через лупу.

Кутове збільшення будь-якого оптичного приладу дорівнює

Г . З рис. 4 випливає, що ,
Отже, Г (2)

Відношення фокусних відстаней можна замінити відношенням діаметрів вхідного та вихідного пучків світла

Г (2а)

Труби Кеплера застосовують для спостережень земних і небесних об’єктів. Недоліком труби для спостереження земних об’єктів є то, що вона дає перевернуте зображення. Для повороту зображення використовують призматичні або лінзові оборотні системи. Наприклад, бінокль складається з двох труб Кеплера, в кожній з яких використовують дві оборотні призми. Це дає можливість отримати пряме зображення і одночасно зменшити довжину труби. Зорові труби для земних спостережень мають невеликі збільшення 2^х-12^х. Неоднорідності атмосфери спотворюють зображення, тому великої інформації про об’єкт спостережень великі збільшення не дають. Для астрономічних спостережень використовують труби Кеплера без оборотних систем (телескоп-рефрактор). Вони мають збільшення від 7^х-8^х до 500^х.

Зорова труба Галілея складається з довгофокусної збиральної лінзи – об’єктива, і короткофокусної розсіювальної лінзи – окуляра. Оптична схема труби Галілея зображена на рис. 5. Це також афокальна система. В трубі, наведеній на нескінченність, фокуси об’єктива і окуляра співпадають (точка F). Уявне пряме зображення спостерігач бачить під більшим кутом зору, тому воно здається збільшеним. Як і у випадку труби Кеплера, кутове збільшення також дорівнює відношенню фокусних відстаней Г = f ₁/ f ₂ або відношенню діаметрів світлових пучків Г = D / d.

Труба Галілея дещо коротша за трубу Кеплера. Вона дає пряме зображення. Недоліком труби є відсутність проміжного зображення, куди можна було б помістити перехрестя ниток або шкалу, що потрібно для деяких оптичних приладів (теодоліт), а також менше поле зору і неможливість отримання великих збільшень. Застосовується вона як невеличкі туристичні зорові труби або як театральний бінокль (дві скріплені між собою труби Галілея).