Окуляр

Окуля́р

(от лат. oculus — глаз)

обращенная к глазу наблюдателя часть оптической системы — зрительной трубы, телескопа, бинокля, микроскопа и т.д.; служит для визуального рассматривания действительного изображения оптического (См. Изображение оптическое) (его называют промежуточным), которое формирует Объектив или др. предшествующая О. (по ходу лучей света) часть системы, например сочетание объектива и оборачивающей системы (См. Оборачивающая система). Большинство О. — положительны, т. е. собирают (сужают) проходящие через них пучки лучей света. По своему действию такие О. сходны с Лупами, их располагают так, чтобы промежуточное изображение находилось непосредственно за передней фокальной плоскостью О. (практически в этой плоскости); в этих условиях О. даёт мнимое изображение (дополнительно увеличивая его по сравнению с промежуточным), преобразуемое оптической системой глаза наблюдателя в действительное, которое проектируется на сетчатку глаза. Отличие положительного О. от лупы, связанное с его использованием в сложной системе, включающей объектив, состоит в значительно меньшей апертуре (См. Апертура) пучка попадающих в него лучей.

Перемещение положительного О. относительно промежуточного изображения (так, чтобы оно находилось перед фокальной плоскостью О.) превращает О. в проекционную систему, дающую действительное изображение объекта. Такое изображение нельзя наблюдать непосредственно визуально, но можно зафиксировать на экране или фоточувствительном слое. Существуют специальные т. н. фотоокуляры и проекционные О., рассчитанные для работы в этом режиме (см., например, ст. Микропроекция, Микроскоп, раздел Основные узлы микроскопов); в строгом смысле их нельзя считать О.

Оптические свойства О. характеризуются: фокусным расстоянием f' и определяемым f' угловым увеличением оптическим (См. Увеличение оптическое) Г' — отношением тангенса угла, под которым видно мнимое изображение в О., к тангенсу угла, под которым глаз без О. видел бы на экране или фотослое промежуточное изображение, удалённое на т. н. расстояние наилучшего видения (для нормального глаза 250 мм); углом поля зрения (См. Поле зрения) 2 ω' в пространстве изображений (углом между крайними лучами, выходящими из О.); у положительных О. расстоянием d от последней линзы О. до его выходного зрачка — даваемого О. изображения объектива (см. Диафрагма в оптике). Для наиболее удобного расположения глаза наблюдателя d должно составлять 12—15 мм, а при наличии очков — до 25 мм. Сильные О. (с малым f) обладают специальной конструкцией, позволяющей выполнить это условие.

Г' О. равно 250/f ’, если f ‘ выражено в мм; оно обычно заключено в пределах 5—20×, хотя в отд. случаях либо достигает 40—60×, либо составляет всего 1,5—3×. От оптических свойств О. зависят и общие характеристики включающей его оптической системы. Так, полное увеличение системы: для зрительных труб и телескопов γ = F’'/f‘ (F' — фокусное расстояние предшествующей О. части системы); для микроскопов γ = βГ' (β-линейное увеличение объектива). Поле зрения в пространстве объектов — угловое 2ω для зрительных труб и телескопов и линейное 2l для микроскопов — выражается по формулам tgω = tgω'/γ и 2l = f tgω'/β.

Первый о., примененный в 1609 Г. Галилеем (см. Зрительная труба), был простой отрицательной (рассеивающей) линзой. (С тех пор такие О. носят название окуляров Галилея.) В них промежуточное изображение находится за О. (рис. 1), угол зрения и увеличение малы, действительное промежуточное изображение невозможно совместить с измерительной шкалой или сфотографировать, поэтому окуляры Галилея используются редко, главным образом в театральных биноклях. В середине 17 в. Х. Гюйгенс, а в конце 18 в. английский учёный Дж. Рамсден сконструировали положительные о., применяемые до сих пор. Каждый из них составлен из двух плоско-выпуклых линз (рис.2). При всей их простоте для углов поля зрения в пределах 35—45° в них неплохо исправлены основные аберрации (см. Аберрации оптических систем) и достаточно расстояние до выходного зрачка. Их фокусные расстояния не меньше 15—20 мм. Окуляр Рамсдена отличается от окуляра Гюйгенса тем, что его передний фокус действителен, вследствие чего с передней фокальной плоскостью (с промежуточным изображением) можно совместить шкалу или крест нитей для измерительных целей либо (при необходимости сфотографировать промежуточное изображение) фотопластинку или плёнку. Удовлетворительное качество изображения в окулярах Гюйгенса и Рамсдена обеспечивается исправлением хроматической разности увеличения (см. Хроматическая аберрация), Астигматизма и комы (См. Кома), достигаемым эмпирическим подбором соотношения фокусных расстояний линз и величины воздушного промежутка между ними.

С конца 19 в. требования к полю зрения зрительных труб (особенно в военной оптике — например, для полевых биноклей и Перископов) сильно повысились, и были разработаны широкоугольные О. с полем зрения 65—70°. В дальнейшем усложнение конструкций, увеличение числа линз и применение линз с несферическими (например, параболоидальными) поверхностями позволило создать О. с углами поля зрения до 100° и более (рис. 3). Параллельно с широкоугольными стали применяться сходные с ними по конструкции О. большой оптической силы (См. Оптическая сила), у которых отношение расстояния до выходного зрачка к фокусному расстоянию превышает 1.

В сочетании с сильными апохроматическими объективами, особенно в микроскопах, используют т. н. компенсационные О., рассчитанные так, что они исправляют свойственную таким объективам хроматическую разность увеличений. Часто применяются автоколлимационные О. (рис. 4), вблизи фокальной плоскости F которых располагают малую призмочку П. Она направляет свет от слабого источника * на перекрестие нитей, затем в объектив и далее на поставленное впереди плоское зеркало. От зеркала свет отражается и, проходя вновь через объектив, собирается в фокусе О., где наблюдаются одновременно крест нитей и его изображение. Такие О. позволяют с большой точностью определить направление нормали к зеркалу, что бывает необходимо, например, в телескопических системах.

Лит.: Тудоровский А. И., Теория оптических приборов, 2 изд., ч. 2, М. — Л. 1952; Слюсарев Г. Г., Методы расчёта оптических систем, 2 изд., Л., 1969; Оптика в военном деле. Сб. статей, под ред. С. И. Вавилова и М. В. Савостьяновой, 3 изд., т. 2 М. — Л., 1948.

Г. Г. Слюсарев.

Рис. 1. Ход лучей света в зрительной трубе с окуляром Галилея. Действительное (промежуточное) изображение Е, формируемое объективом L₁, располагается в непосредственной близости за фокусом F отрицательного окуляра L₂. Пучок лучей, падающих на L₁ по углом ω, при наблюдении в окуляр попадает в глаз наблюдателя под углом ω', бо́льшим ω, чем и объясняется увеличивающее действие окуляра. f₁ — фокусное расстояние объектива, f₂ — фокусное расстояние окуляра.

Рис. 2. Двухлинзовые положительные окуляры: а — окуляр Гюйгенса; б — окуляр Рамсдена.

Рис. 3. Схема одного из современных многолинзовых широкоугольных окуляров.

Рис. 4. Автоколлимационный окуляр.