Ход лучей в телескопе кратко
Обновлено: 07.07.2024
Как мы знаем из предыдущей темы, для более подробного разглядывания объекта нужно увеличить угол зрения. Тогда изображение объекта на сетчатке будет крупнее, и это приведёт к раздражению большего числа нервных окончаний зрительного нерва; в мозг направится большее количество визуальной информации, и мы сможем увидеть новые детали рассматриваемого объекта.
Почему угол зрения бывает малым? На то есть две причины: 1) объект сам по себе имеет малый размер; 2) объект, хотя и достаточно велик по размерам, но расположен далеко.
Оптические приборы - это приспособления для увеличения угла зрения. Для рассматривания малых объектов используются лупа и микроскоп. Для рассматривания далёких объектов применяются зрительные трубы (а также бинокли, телескопы и т. д.)
Невооружённый глаз.
Начинаем с рассматривания мелких объектов невооружённым глазом. Здесь и далее глаз считается нормальным. Напомним, что нормальный глаз в ненапряжённом состоянии фокусирует на сетчатке параллельный пучок света, а расстояние наилучшего зрения для нормального глаза равно см.
Пусть небольшой предмет размером находится на расстоянии наилучшего зрения от глаза (рис. 1 ). На сетчатке возникает перевёрнутое изображение предмета, но, как вы помните, это изображение затем вторично переворачивается в коре головного мозга, и в результате мы видим предмет нормально - не вверх ногами.
 |
| Рис. 1. Рассматривание мелкого предмета невооружённым глазом |
Ввиду малости предмета угол зрения также является малым. Напомним, что малый угол (в радианах) почти не отличается от своего тангенса: . Поэтому:
Если r расстояние от оптического центра глаза до сетчатки, то размер изображения на сетчатке будет равен:
Из (1) и (2) имеем также:
Как известно, диаметр глаза составляет около 2,5 см, так что . Поэтому из (3) следует, что при рассматривании мелкого предмета невооружённым глазом изображение предмета на сетчатке примерно в 10 раз меньше самого предмета.
Укрупнить изображение объекта на сетчатке можно с помощью лупы (увеличительного стекла).
Лупа - это просто собирающая линза (или система линз); фокусное расстояние лупы обычно находится в диапазоне от 5 до 125 мм. Предмет, разглядываемый через лупу, помещается в её фокальной плоскости (рис. 2 ). В таком случае лучи, исходящие из каждой точки предмета, после прохождения лупы становятся параллельными, и глаз фокусирует их на сетчатке, не испытывая напряжения.
 |
| Рис. 2. Рассматривание предмета через лупу |
Теперь, как видим, угол зрения равен . Он также мал и приблизительно равен своему тангенсу:
Размер l изображения на сетчатке теперь равен:
Как и на рис. 1, красная стрелочка на сетчатке также направлена вниз. Это означает, что (с учётом вторичного переворачивания изображения нашим сознанием) в лупу мы видим неперевёрнутое изображение предмета.
Увеличение лупы - это отношение размера изображения при использовании лупы к размеру изображения при рассматривании предмета невооружённым глазом:
Подставляя сюда выражения (6) и (3) , получим:
Например, если фокусное расстояние лупы равно 5 см, то её увеличение . При рассматривании через такую лупу объект кажется в пять раз больше, чем при рассматривании его невооружённым глазом.
Подставим также в формулу (7) соотношения (5) и (2) :
Таким образом, увеличение лупы есть угловое увеличение: оно равно отношению угла зрения при рассматривании объекта через лупу к углу зрения при рассматривании этого объекта невооружённым глазом.
Отметим, что увеличение лупы есть величина субъективная - ведь величина в формуле (8) есть расстояние наилучшего зрения для нормального глаза. В случае близорукого или дальнозоркого глаза расстояние наилучшего зрения будет соответственно меньше или больше.
Из формулы (8) следует, что увеличение лупы тем больше, чем меньше её фокусное расстояние. Уменьшение фокусного расстояния собирающей линзы достигается за счёт увеличения кривизны преломляющих поверхностей: линзу надо делать более выпуклой и тем самым уменьшать её размеры. Когда увеличение достигает 40–50, размер лупы становится равным нескольким миллиметрам. При ещё меньших размерах лупы пользоваться ей станет невозможно, поэтому считается верхней границей увеличения лупы.
Микроскоп.
Во многих случаях (например, в биологии, медицине и т. д.) нужно наблюдать мелкие объекты с увеличением в несколько сотен. Лупой тут не обойдёшься, и люди прибегают к помощи микроскопа.
Микроскоп содержит две собирающие линзы (или две системы таких линз) - объектив и окуляр. Запомнить это просто: объектив обращён к объекту, а окуляр - к глазу (к оку).
Идея микроскопа проста. Рассматриваемый объект находится между фокусом и двойным фокусом объектива, так что объектив даёт увеличенное (действительное перевёрнутое) изображение объекта. Это изображение располагается в фокальной плоскости окуляра и затем рассматривается в окуляр как в лупу. В результате удаётся достичь итогового увеличения, гораздо большего 50.
Ход лучей в микроскопе показан на рис. 3 .
 |
| Рис. 3. Ход лучей в микроскопе |
Обозначения на рисунке понятны: - фокусное расстояние объектива - фокусное расстояние окуляра - размер объекта; - размер изображения объекта, даваемого объективом. Расстояние между фокальными плоскостями объектива и окуляра называется оптической длиной тубуса микроскопа.
Обратите внимание, что красная стрелочка на сетчатке направлена вверх. Мозг вторично перевернёт её, и в результате объект при рассмотрении в микроскоп будет казаться перевёрнутым. Чтобы этого не происходило, в микроскопе используются промежуточные линзы, дополнительно переворачивающие изображение.
Увеличение микроскопа определяется точно так же, как и для лупы: . Здесь, как и выше, и - размер изображения на сетчатке и угол зрения при рассматривании объекта в микроскоп, и - те же величины при рассматривании объекта невооружённым глазом.
Имеем по-прежнему , а угол , как видно из рис. 3 , равен:
Деля на , получим для увеличения микроскопа:
Это, разумеется, не окончательная формула: в ней присутствуют и (величины, относящиеся к объекту), а хотелось бы видеть характеристики микроскопа. Ненужное нам отношение мы устраним с помощью формулы линзы.
Для начала ещё раз посмотрим на рис. 3 и используем подобие прямоугольных треугольников с красными катетами и :
Здесь - расстояние от изображения до объектива, - a - расстояние от объекта h до объектива. Теперь привлекаем формулу линзы для объектива:
из которой получаем:
и это выражение мы подставляем в (9) :
Вот это и есть окончательное выражение для увеличения, даваемого микроскопом. Например, если фокусное расстояние объектива равно см, фокусное расстояние окуляра , а оптическая длина тубуса см, то согласно формуле (10)
Сравните это с увеличением одного только объектива, которое вычисляется по формуле (8) :
Увеличение микроскопа в 10 раз больше!
Теперь мы переходим к объектам, которые достаточно крупны, но находятся слишком далеко от нас. Чтобы рассматривать их получше, применяются зрительные трубы - подзорные трубы, бинокли, телескопы и т. д.
Объективом зрительной трубы служит собирающая линза (или система линз) с достаточно большим фокусным расстоянием. А вот окуляром может быть как собирающая, так и рассеивающая линза. Соответственно имеются два вида зрительных труб:
-труба Кеплера - если окуляр является собирающей линзой;
-труба Галилея - если окуляр является рассеивающей линзой.
Рассмотрим подробнее, как работают эти зрительные трубы.
Труба Кеплера.
Принцип действия трубы Кеплера очень прост: объектив даёт изображение удалённого обекта в своей фокальной плоскости, а затем это изображение рассматривается в окуляр как в лупу. Таким образом, задняя фокальная плоскость объектива совпадает с передней фокальной плоскостью окуляра.
Ход лучей в трубе Кеплера изображён на рис. 4 .
 |
| Рис. 4 |
Объектом служит далеко расположенная стрелка , направленная вертикально вверх; она не показана на рисунке. Луч из точки идёт вдоль главной оптической оси объектива и окуляра. Из точки идут два луча, которые ввиду удалённости объекта можно считать параллельными.
В результате изображение нашего объекта, даваемое объективом, расположено в фокальной плоскости объектива и является действительным, перевёрнутым и уменьшенным. Размер изображения обозначим .
Невооружённым глазом объект виден под углом . Согласно рис. 4 :
где - фокусное расстояние объектива.
Изображение объекта мы видим в окуляр под углом , который равен:
где - фокусное расстояние окуляра.
Увеличение зрительной трубы - это отношение угла зрения при наблюдении в трубу к углу зрения при наблюдении невооружённым глазом:
Согласно формулам (12) и (11) получаем:
Например, если фокусное расстояние объектива равно 1 м, а фокусное расстояние окуляра равно 2 см, то увеличение зрительной трубы окажется равным: .
Ход лучей в трубе Кеплера принципиально тот же, что и в микроскопе. Изображением объекта на сетчатке также будет стрелочка, направленная вверх, и поэтому в трубе Кеплера мы увидим объект перевёрнутым. Во избежании этого в пространстве между объективом и окуляром ставят специальные оборачивающие системы линз или призм, которые ещё раз переворачивают изображение.
Труба Галилея.
Галилей изобрёл свой телескоп в 1609 году, и его астрономические открытия потрясли современников. Он обнаружил спутники Юпитера и фазы Венеры, разглядел лунный рельеф (горы, впадины, долины) и пятна на Солнце, а сплошной с виду Млечный Путь оказался скоплением звёзд.
Окуляром трубы Галилея служит рассеивающая линза; задняя фокальная плоскость объектива совпадает с задней фокальной плоскостью окуляра (рис. 5 ).
 |
| Рис. 5. |
Если бы окуляра не было, то изображение удалённой стрелки находилось бы в
фокальной плоскости объектива. На рисунке это изображение показано пунктиром - ведь в реальности его там нет!
А нет его там потому, что лучи от точки , которые после прохождения объектива стали сходящимися к точке , не доходят до и попадают на окуляр. После окуляра они вновь становятся параллельными и поэтому воспринимаются глазом без напряжения. Но теперь мы видим изображение объекта под углом , который больше угла зрения при рассматривании объекта невооружённым глазом.
и для увеличения трубы Галилея мы получаем ту же формулу (13) , что и для трубы Кеплера:
Заметьте, что при том же увеличении труба Галилея меньше размером, чем труба Кеплера. Поэтому одно из основных применений трубы Галилея - театральные бинокли.
В отличие от микроскопа и трубы Кеплера, в трубе Галилея мы видим объекты неперевёрнутыми. Почему?
Что это такое?
Для начала немного теории. Назначение телескопа сводится к максимальному увеличению и четкой визуализации объекта наблюдения. Все приборы подразделяются на рефлекторы и рефракторы. Самый простой вид техники — это рефрактор. Принцип их действия базируется на преломлении света в момент прохождения лучей сквозь линзы.
Простейшие модели включают пару линз. Одна из них выполняет роль объектива, который отвечает за преломление хода лучей и их последующую фиксацию в единой точке. Другая — это не что иное, как обычный окуляр, который позволяет рассматривать получаемую картинку.
Таким образом, объектив телескопического устройства дает сильно уменьшенную визуализацию находящегося вдалеке объекта. Оттуда картинка поступает в окуляр, который работает по аналогии с лупой. В отдельных моделях окуляр размещается не по линии оси трубки, а крепится перпендикулярно. В этом случае картинка от объектива идёт в окуляр сквозь преломляющую линзу.
Нужно понимать отличие рефрактора от телескопа-рефлектора. Основным составляющим элементом рефлектора является вогнутое зеркало. Оно объединяет все лучи в единый пучок, а затем при помощи системы дополнительных зеркал и призм перенаправляет его в окуляр. Ряд моделей здесь также предполагает перпендикулярный окуляр, снабженный преломляющей линзой.
Рефрактор считается наиболее простой моделью телескопа. Внешне он легко узнаваем — представляет собой удлиненную трубку небольшого размера. Один конец чуть расширен, в этом месте расположена принимающая линза.
Такие модели не нуждаются в дополнительной настройке. Все, что требуется от пользователя, — это наведение на резкость. При этом светосила оптики ограничена, это затрудняет наблюдение за слабо светящимися небесными телами. Лучше всего через рефрактор рассматривать Луну, парные звёзды и планеты в ясную ночь.
К преимуществам рефракторов относят ряд факторов.
Способность донести до окуляра львиную долю собранных световых лучей. Этим они выгодно отличаются от зеркальных рефлекторов.
При равном диаметре объектива картинка в рефракторах получается четче и ярче, нежели в рефлекторах. Это связано с более высокой светопроницаемостью.
Рефракторы не предусматривают вторичного зеркала, оно скрадывает часть полезного пространства объектива. Более того, ход световых лучей тут направлен непосредственно в окуляр. Он не отражается многократно от зеркал, соответственно, четкость и контрастность картинки не ухудшается.
Все детали крепко закреплены, потому линзы не надо подстраивать. Корпус прочно закрыт — это создает эффективную защиту от пыли. Рефлекторы такого преимущества лишены.
В то же время у рефракторов имеются и свои недостатки.
В первую очередь это так называемый хроматизм — хроматическая аберрация, то есть искажения. Эффект проявляется в появлении цветного сияния вокруг рассматриваемого объекта. Чем ярче светится небесное светило, тем более высоким будет это сияние. Кроме того, хроматизм растет прямо пропорционально от диаметра объектива, также он повышается при сокращении фокусного расстояния.
Это явление привело к тому, что на недорогих моделях рефракторов увеличение высокой кратности недоступно. Первые ученые-астрономы пытались бороться с хроматической аберрацией, создавая такие телескопы, в которых фокусное расстояние составляло несколько метров.
Кстати, этот момент можно иметь в виду при выборе телескопа. Чем длиннее будет трубка, тем лучше получится картинка.
Для рефракторов характерна ограниченность апертуры. Поэтому желательно приобретать модель, диаметр которой начинается от 120 мм и более. Однако, начиная с этого порога, стоимость оптики резко подскакивает. А если апертура будет небольшой, то объекты дальнего космоса будут выглядеть тускло. Именно поэтому сфера применения рефракторов ограничивается яркими объектами, например, Луной.
История создания
Первая модель телескопического рефрактора была создана еще в 1609 году известным ученым Галилеем. Знаменитый астроном узнал о создании голландцами подзорной трубы, смог вычислить секрет ее устройства, и на его основе изобрел первый образец телескопа, который люди начали применять для знакомства с небесными светилами. Апертура этого устройства составляла 4 см, кратность увеличения — 3, а фокусное расстояние — порядка 50 см.
Чуть позже модель была усовершенствована. Апертура второго рефрактора уже соответствовала 4.5, фокусное расстояние — 125 см, а кратность увеличения достигла 34.
Виды телескопов
За 4 столетия телескопы-рефракторы неоднократно совершенствовались и модернизировались. Современные устройства сильно отличаются от первых моделей. Познакомимся с самыми известными версиями.
Галилея
Конструкция телескопа Галилея была основана на использовании двух линз. Рассеивающая выступала как окуляр, собирающая применялась в качестве объектива. Такое строение позволяло получить неперевёрнутую прямую картинку. Однако она была с сильными искажениями. На сегодняшний день такая модель не востребована, хотя её можно встретить в театральных биноклях.
Кеплера
В 1611 году Иоганн Кеплер немного усовершенствовал изобретение Галилея. Для этого он поменял рассеивающую линзу в окуляре на собирающую — таким образом было увеличено поле зрения, но изображение передавалось перевернутым. К достоинствам рефрактора Кеплера можно отнести наличие промежуточной картинки, ее плоскость позволила разместить в устройстве шкалу измерений.
По своей сути, все современные модели телескопов строятся по типу трубок Кеплера. К их минусам относится только эффект хроматической аберрации, который долгие годы пытались нивелировать при помощи уменьшения величины относительного отверстия трубы.
Ахромат
Ситуация изменилась в 1758 году, когда в Англии были созданы рефракторы-ахроматы. За основу взяли схему Галилея, но заменили линзы — конструкция ахроматической оптики предусматривает специальную парную линзу с разными параметрами преломления. Это позволило во многом устранить хроматическую аберрацию.
Тем не менее в полном объеме это проблемы не решило, радужная окантовка так и оставалась заметной.
Апохромат
Самыми современными приборами являются апохроматические телескопы. Они стоят намного дороже ахроматов, поэтому вплоть до ХХ столетия их никто не использовал. Они дают высокое качество картинки, такой эффект достигается за счёт применения специальных дорогостоящих материалов. Усовершенствованная техника позволила свести к минимуму ахроматизм. Только наметанный глаз человека, часто наблюдающего за космосом, может увидеть тонкую окантовку – и то, лишь при неблагоприятных условиях наблюдения.
Популярные модели
Остановимся подробнее на характеристиках самых популярных моделей телескопов-рефракторов.
Veber 360/50 AZ
Этот телескоп станет отличным презентом для людей, делающих свои первые шаги в астрономии. Он даёт неперевернутое изображение и крепится на простой в эксплуатации азимутальной монтировке. Модель подходит для знакомства с планетами Солнечной системы, изучения лунных кратеров и ознакомления с наземными ландшафтами. Позволяет рассмотреть дальний космос, но картинка получается менее детализированной.
Обеспечивает приближение в диапазоне от 18 до 90 крат. Отличается небольшими габаритами и незначительной массой. Модель мобильна и удобна в эксплуатации, для транспортировки и хранения в комплект входит жесткий кейс.
Levenhuk Skyline BASE 50T
Еще одна модель для детей или начинающих астрономов, оптимальна для первого знакомства с небесными светилами. Телескоп легко собрать, в комплект входят все основные аксессуары управления рефрактором, а обслуживание могут освоить даже дети. Мощная оптика позволяет наблюдать за планетами, Луной и рассматривать наземные объекты.
Азимутальная монтировка проста в управлении, позволяет максимально быстро наводить рефрактор на объект изучения. Оптическая техника фиксируется на металлической треноге с регулируемой высотой ножек, поэтому наблюдатель любого роста может подстроить телескоп под себя. Дополнительно к треноге крепится блок для аксессуаров, в нем можно размещать компас, карту звёздного неба, а также дополнительные окуляры и другие предметы, необходимые в работе.
Konus Konuspace-4 50/600 AZ
Простой в эксплуатации телескоп, который можно использовать как обычную подзорную трубу. Позволяет хорошо рассмотреть Луну и наземные объекты. Преимущество модели заключается в большом количестве виниров и других аксессуаров, поэтому дополнительно покупать их необходимости не возникает.
Использование такого телескопа позволяет начинающему ученому научиться ориентироваться на небосклоне и получить базовые представления о функционировании оптической техники.
Большой популярностью пользуется модель PolarStar II 700/80AZ.
Современные крупнейшие приборы мира
Рекордсменом по габаритам среди всех телескопов-рефракторов признана модель, собранная в Париже в 1900 году ко Всемирной выставке. Диаметр его объектива составил 1,25 м, а длина самой трубки превышала 60 м. Однако из-за неподъемной массы и колоссальных габаритов оптическое устройство было закреплено горизонтально и статично — это не позволяло выполнять наблюдения, поэтому уже спустя 9 лет изделие было разобрано.
Самым крупным современным телескопом является модель, размещенная в Йеркской обсерватории города Чикаго. Размер линзы объектива соответствует 1,1 м, такая техника позволяет изучать даже весьма отдаленные от Земли объекты Солнечной системы. Рефрактор был изготовлен в 1897 году, тогда же была открыта Йеркская обсерватория.
Крупные рефракторные телескопы также располагаются в: Потсдамском астрофизическом институте, Ликской, Пулковской, Гринвичской обсерваториях, а также в Ницце, Архенхольде и Аллегейни. Большую известность получил телескоп Джеймса Кларка Максвелла, расположенный в штате Гавайи, США на высоте 4200 м.
Объектив телескопа - рефрактора состоит из одних линз. Внешне они легко узнаваемы: длинные трубы небольшого диаметра, расширенные у одного из концов, где находится принимающая линза.
Не требуют настройки, не считая наведения на резкость.
Поскольку их светосила ограничена, то для наблюдения слабо светящихся туманных объектов они не очень подходят.
Зато хорошо подходят для наблюдения за Луной, планетами и двойными звёздами. Могут использоваться как мощные подзорные трубы для осмотра окрестностей - хорошее развлечение для гостей ;-).
Хорошим выбором будет Celestron AstroMaster 90 AZ. Апертура 90 мм., фокусное расстояние - 100мм. Неплохое соотношение цены и качества.
Хорошие рефракторы также выпускает новосибирский завод НПЗ, особенно апохроматические модели, но цены значительно выше.
Достоинства телескопов - рефракторов.
Они доносят до окуляра, в который вы смотрите, бОльшую долю собранного света, чем зеркальные рефлекторы.
Изображение в них более чёткое и яркое при одинаковом диаметре объектива (апертуры). То есть, их проницаемость выше чем у зеркальных телескопов.
Это обеспечивается тем, что в рефракторах нет вторичного зеркала, которое скрадывает полезную площадь объектива. Вдобавок свет здесь попадает напрямую в окуляр, а не отражается несколько раз от зеркал, которые снижают контрастность и чёткость.
Их не нужно временами подстраивать (юстировать), поскольку все детали жёстко закреплены. Корпус наглухо закрыт, поэтому пыли они не боятся. Рефлекторы этим похвастаться не могут.
Недостатки телескопов - рефракторов.
Прежде всего, это различные искажения, особенно хроматические аберрации положения или просто "хроматизм" - вокруг объектов появляется цветное сияние. Чем ярче объект, тем это сияние выше. Хроматизм растёт с диаметром объектива. Так же, он увеличивается при уменьшении фокусного расстояния. Из-за хроматизма большие увеличения на недорогих ахроматических, тем более короткофокусных моделях недоступны. Правда хроматизм почти побеждён в дорогих апохроматических рефракторах (см. ниже). Говорят, что первые астрономы боролись с хроматизмом, делая телескопы, у которых фокусное расстояние объектива было несколько метров в длину! Кстати, это нелишне учесть при покупке: чем "дудка" длиннее, тем лучше (было бы где её разместить. )
У рефракторов ограничена апертура - надо постараться, чтобы добыть модель диаметром выше 120мм. Кроме того, начиная с этого порога цена очень резко подскакивает. А поскольку апертура небольшая, то объекты глубокого космоса будут тускловаты. Рефракторы всё-же больше подходят для наблюдения ярких объектов, Луны например. Планеты Солнечной системы тоже яркие, но они часто просто тонут в хроматизме - тут только апохроматы наверное помогут.
Возникновение хроматизма связано с тем, что видимый свет состоит из волн разной длины (или из разных цветов), которые преломляются в линзе под разными углами. Поэтому фокус изображения оказывается "размазанным" вдоль оптической оси. Грубо говоря, красная составляющая изображения строится в одном месте, а синяя - в другом.
Ход лучей разных цветов в простейшем однолинзовом рефракторе. Фокусы лучей разных цветов не совпадают друг с другом:
Сейчас в рефракторах используют ахроматические объективы - собирающая линза склеивается из двух сортов стекла, которые взаимно почти уничтожают хроматизм друг друга благодаря разному коэффициенту преломления лучей. Точнее максимально сближаются фокусы лучей каких-то двух цветов.
Поэтому, если использование в качестве объектива простой линзы ограничивалось примерно 35мм. в диаметре, то появление ахроматических пар позволило увеличить диаметр объективов до 100-120мм. Конечно, есть рефракторы и с гораздо большим диаметром, но их цена слишком высока для начинающего астронома-любителя.
В ахроматическом рефракторе совмещены фокусы двух цветов (длин волн):
Апохроматические рефракторы. В них искажений значительно меньше, чем в "ахроматах", но стоят они довольно дорого. Там вместо двух линз используется большее их количество, благодаря чему достигается сближение фокусов трёх, а иногда и более цветных лучей. Вырисовывать ход лучей в них сложновато, да особо и не надо - смысл понятен на примере "ахроматов". Соответственно, с появлением дополнительных линз, светосила немного снижается, зато изображение более качественное и можно выставить гораздо бОльшие увеличения.
Рефракторы удобны например для наблюдения за Луной и планетами. Но, для Галактик и поиска астероидов нужны большие апертуры, которые проще получить используя рефлекторы.
Ход лучей и пучков в телескопе
Модератор: Ernest
Ход лучей и пучков в телескопе
Схема прохождения света через оптику телескопа
- световой луч - вектор направления распространения света. В однородной оптической среде свет распространяется прямолинейно, меняя направление на границах оптических сред согласно законам преломления и отражения. Луч света перпендикулярен фронту распространения света. На схемах лучи изображаются в виде тонких прямых направленных линий. Луч бесконечно тонок и в силу этого переносит бесконечно малую энергию от источника света до точки в которой происходит поглощение этой энергии (например, на каком-то фотоприемнике).
- световой пучок - может быть представлен множеством световых лучей исходящих от одной точки на источнике света и, возможно, формирующих одну точку изображения. Пучок обычно ограничен в поперечном направлении (так называемыми крайними лучами или апертурными лучами), имеет конечную площадь поперечного сечения и при симметрии сечения может иметь некую центральную ось - так называемый главный луч. Остальные лучи (кроме главного и апертурных) характеризуются зоной - относительным отстоянием от главного луча (угловым или линейным). В силу конечных размеров световой пучок может переносить световую энергию (световой поток). В оптических системах световые пучки ограничены апертурной диафрагмой. В точках, где пересекаются лучи пучка (или их продолжения) формируется действительное (или мнимое) изображение одной точки изображаемого предмета.
- оптическая ось - ось симметрии вращения оптических так называемых центрированных систем. На оптической оси лежат центры кривизн оптических поверхностей, оптическая ось пересекает все оптические поверхности перпендикулярно. Оптическая ось служит главной измерительной базой в оптической системе. От этой оси измеряются все углы: апертурный, полевой. и все поперечные расстояния (или так называемые высоты).
- диафрагмы - апертурная, которая ограничивает размеры световых пучков исходящих от предмета, полевая, которая ограничивает изображение, отсекая лишние световые пучки в самой их узкой части - в месте формирования действительных изображений и виньетирующие, которые частично ограничивают световые пучки в поперечном направлении.
- меридиональное сечение светового пучка - сечение светового пучка плоскостью проходящей через оптическую ось центрированной оптической системы.
- точка предмета - элементарная точка на предмете бесконечно малых размеров - источник совокупности лучей - светового пучка.
- предмет или предмет наблюдения - совокупность светящихся точек.
- пространство предметов - совокупность всех точек-реальных источников света, которые изображаются оптической системой (на схемах обычно располагаются слева от первой по ходу света поверхности оптической системы).
- точка изображения - точка пересечения лучей пучка, реальная (в этой точке можно поместить приемник изображения) или мнимая (пересечение ретроградных - в обратном ходе - продолжений лучей пучка).
- изображение предмета наблюдения - совокупность точек изображения.
- пространство изображений - совокупность всех точек (реальных и мнимых) изображений, которые строит оптическая система после прохода световыми пучками через последнюю ее поверхность (на выходе из оптической системы). Каждая точка пространства предметов однозначно сопряжена с точкой в пространстве предметов.
- паразитные лучи/пучки - лучи и пучки, которые не должны были принимать участие в формировании изображения - которые должны были быть отсечены диафрагмами, поглощены корпусом, прочими деталями и их частями, рассеиваемыми дефектами оптических поверхностей и сред, прошедшие оптический тракт непредусмотренным образом и. все же попадающие на фотоприемник, формируя как равномерную засветку изображения, так и более-менее сфокусированные блики
[align=center][/align]
В отечественной практике оптические схемы принято изображать сечением так, что свет от изображаемых предметов попадал в них слева.
Свет излучается всеми точками пространства предметов во все стороны. Телескоп обращен к предмету наблюдения объективом - узлом состоящим из нескольких оптических элементов (линз, зеркал). От каждой точки пространства предметов телескоп отбирает только часть света (испускаемого точками во все стороны) - пучок световых лучей (практически параллельных друг-другу, если точка-источник света расположена на "бесконечности"), ограниченный апертурой (апертурной диафрагмой) телескопа. На рисунке роль апертурной диафрагмы играет оправа объектива.
Далее световой пучок преломляется и из практически параллельного становится существенно сходящимся устремляясь к полевой диафрагме. Вблизи полевой диафрагмы лучи световых пучков собираются в фокусы (у каждого светового пучка свой), формируя промежуточное изображение. Далее из точек пространства промежуточного изображения световые пучки идут уже расходясь из фокусов, почти в точности как от реальных предметов. С одним отличием - точки промежуточного изображения светят не во все стороны, а строго в пределах световых пучков ограниченных апертурной диафрагмой на объективе. Про прохождении полевой диафрагмы главные лучи световых пучков имеют небольшие углы друг с другом и с оптической осью - почти параллельны, то есть идут телецентрично.
Далее световые пучки падают на оптику окуляра. Преломляясь на линзах окуляра лучи световых пучков выходят из него вновь параллельными другим лучам в своих пучках (пучки при этом уже существенно не параллельны друг другу и оптической оси). Все световые пучки (состоящие из почти параллельных лучей) на выходе из окуляра пересекаются в районе так называемого выходного зрачка формируя пространство изображений. Для того, чтобы увидеть увеличенное изображение пространства предметов, которое создает телескоп, глаз наблюдателя (его зрачок) надо разместить в выходном зрачке телескопа - тогда все собранные телескопом лучи попадут в глаз и могут принять участие в формировании реального изображение на его сетчатке (слое светочувствительных клеток).
Читайте также: