Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка): Скачать (прямая ссылка):
ОПТИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ
173
•ному расстоянию окуляра /2 (см. § 11, пункт 10). О нормальном увеличении подробно говорилось в пункте 4 предыдущего параграфа.
Лучи, падающие на объектив зрительной трубы, наклонены под малыми углами к главной оптической оси. Поэтому нет надобности в тщательном исправлении аберраций, зависящих от этих углов. Объективом служит ахроматическая двойная линза, исправленная на сферическую аберрацию. Кома, т. е. отступление от условия синусов, может быть исправлена не столь тщательно. Ахроматизация окуляра должна удовлетворять тем же условиям, что и в случае микроскопа: если главный луч падает на окуляр под небольшим углом к главной оптической оси, то можно ограничиться ахромати-зацией только фокусного расстояния. Поэтому для микроскопов и зрительных труб можно пользоваться одними и теми же окулярами.
Если требуются микрометрические измерения изображения (как в астрономических- трубах), то предпочтительнее пользоваться окуляром Рамсдена, а не Гюйгенса.
На рис. 96 изображен ход лучей в зрительной трубе Кеплера (для простоты сложный окуляр заменен простой собирательной линзой). Эта труба дает перевернутое изображение. Чтобы устранить этот недостаток, за изображением AB, даваемым объективом, на двойном фокусном расстоянии помещают добавочную ахроматизо-* ванную собирательную линзу, которая переворачивает изображение AB, не меняя его величины. Полученное изображение и рассматривается в окуляр. Окончательное изображение, которое видит глаз, получается прямым.
В тр'убе Галилея окончательное изображение получается прямым без введения промежуточной линзы. Это достигается тем, что в качестве окуляра применяется простая двояковогнутая линза, передний фокус которой Fi совпадает с задним фокусом объектива F[ (рис. 97). Поле зрения галилеевой трубы невелико. Зато при том же объективе галилеева труба значительно короче кеплеровой. Поэтому труба с отрицательным окуляром применяется только в театральных биноклях.
В обыкновенном бинокле, состоящем из двух зрительных труб, переворачивание изображения, даваемого объективом, достигается 174
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИй ' [ГЛ. II
в каждой трубе с помощью четырехкратного полного отражения от гипотенузных поверхностей двух прямоугольных стеклянных призм А и В, расположенных, как показано на рис. 98. Луч выходит из
Рис. 97.
призмы В параллельно падающему лучу, но получает боковое смещение. В остальном устройство зрительной трубы не отличается от устройства трубы Кеплера. Так как луч проходит расстояние между призмами трижды, то можно значительно уменьшить длину трубы, раздвигая призмы А и В друг относительно друга. При несколько иной конструкции можно получить бинокулярную трубу,
у которой расстояние между объективами во много раз превышает расстояние между глазами наблюдателя. В такой «стереотрубе» сильно увеличивается стереоскопический эффект, обусловленный зрением двумя глазайи.
9. Астрономические трубы, или телескопы, бывают двух типов: преломляющие (рефракторы) и отражающие (рефлекторы). В преломляющих объективом служит линза, в отражающих — вогнутое зеркало, называемое главным зеркалом.
Изготовление объективов для телескопов-рефракторов представляет большие трудности, быстро возрастающие с увеличением размеров объектива. Главная трудность состоит в получении большого диска стекла с вполне однородным показателем преломления и отсутствием натяжений. Последние снимаются медленным отжигом стекла, длящимся месяцами. Необходима большая точность в изготовлении сферических поверхностей, в центровке и сборке линз. Влияние неизбежных небольших случайных отклонений от полной однородности показателя преломления стекла" устраняется дефор-
Рис. 98. §24] оптические инструменты
175
мацией точных сферических поверхностей объектива путем местной полировки — ретуши. Изготовление объектива для рефракторов больших обсерваторий тянется годами. Самым крупным рефрактором в настоящее время является телескоп Иеркской обсерватории в США. Диаметр его объектива составляет 40 дюймов (1 м). Диаметр объектива рефрактора Главной астрономической обсерватории АН СССР в Пулкове равен 30 дюймов (75 см).
Значительно легче изготовить главное зеркало телескопа, так как свет не проходит сквозь стекло, и последнее может быть менее Eысокого качества, но должно быть лишь хорошо отожжено. Такое стекло может быть отлито в диски огромного размера. Поэтому крупнейшими являются отражательные телескопы (рефлекторы). Самый крупный телескоп с диаметром главного зеркала 6 м недавно установлен в СССР на северных отрогах Кавказского хребта вблизи станицы Зеленчукской. До этого самым крупным был телескоп в обсерватории Маунт Паломар (Калифорния, США) с диаметром главного зеркала 5 м.
Отражающая поверхность главного зеркала телескопа-рефлектора шлифуется на стекле. Ей придают.форму параболоида, чтобы лучи, параллельные главной оптической оси, собирались в фокусе параболоида. При изготовлении поверхности зеркала сначала придают форму сферы, радиус которой R почти в точности равен удвоенному фокусному расстоянию F параболоида. Затем производят параболизациюэтой поверхности путем снятия шлифовкой (ретушью) тонкого слоя стекла на центральной части зеркала. В наиболее толстом месте, как нетрудно подсчитать, толщина слоя должна составлять V8 (r/RY R, где г — радиус кривизны зеркала. При г = 50 см, F = 5 м для этой толщины получаем 7,8 -IO"4 см, т. е. примерно 15 длин волн желто-зеленого света. Отражающая поверхность зеркала покрывается тонким слоем серебра, алюминия или родия. С течением времени под действием воздуха отражательная способность металлического слоя постепенно уменьшается. Серебряный слой должен обновляться примерно каждые полгода. Алюминиевый слой более устойчив и держится годами. Еще лучшие результаты дает покрытие зеркала слоем родия.
