Зрительная труба

Для рассматривания удаленных предметов в геодезических приборах используют телескопическую систему — зрительную трубу, в которой А = 0, т. е. задний фокус объектива F' совмещен с передним фокусом F₂ окуляра (рис. 6.3). Наблюдатель видит через зрительную трубу пространство предметов под большим углом и', чем невооруженным глазом (угол и). Поэтому все предметы кажутся приближенными к наблюдателю, а само пространство — сжатым вдоль линии визирования.

Зрительная труба состоит из следующих основных оптических частей (см. рис. 6.3):

Рис. 6.3. Оптическая система зрительная труба — глаз

• — объектива KL, который строит действительное обратное изображение А'В' удаленного предмета АВ в своей задней фокальной плоскости;
• — окуляра MN, через который как через лупу рассматривают изображение А'В', совмещенное с его передней фокальной плоскостью;
• — сетки нитей — плоскопараллельной пластинки, на которой выгравированы пересекающиеся линии и которая расположена в передней фокальной плоскости окуляра. Пересечение средних линий сетки образует крест нитей, служащий для наведения трубы на точки местности. Прямая, соединяющая крест нитей
• 8 Б сетки F₂ с оптическим центром объектива Н, называется ви зирной осью. Плоскость, образуемая визирной осью при вращении зрительной трубы вокруг ее горизонтальной оси вращения, называется коллимационной плоскостью.

Зрительные трубы бывают астрономические и земные; первые дают обратное, а вторые — прямое изображение рассматриваемого предмета. На рис. 6.3 показан ход лучей в астрономической зрительной трубе Кеплера.

Оправа объектива KL является действующей диафрагмой и входным зрачком, а ее изображение K'L', построенное окуляром, — выходным зрачком. Диафрагма ОР является оправой сетки нитей и, совмещаемая с плоскостью промежуточного изображения А'В', служит полевой диафрагмой.

На рис. 6.3 апертурные углы пространства предметов и пространства изображения соответственно обозначены и и и', диаметр полевой диафрагмы ОР=2Г, фокусные расстояния объектива и окуляра f[ и f'₂.

Наличие сетки нитей, совмещенной с плоскостью промежуточного изображения Г, позволяет применять зрительную трубу Кеплера в геодезических приборах. При этом обратное изображение, создаваемое трубой, не является недостатком, так как перекрестие сетки нитей наводят на специальные знаки (визирные марки, вехи, рейки и т. п.).

Изображение предмета, расположенного на конечном расстоянии от трубы, получается за задней фокальной плоскостью объектива на расстоянии оптического интервала А. Это расстояние тем больше, чем ближе к трубе находится наблюдаемый предмет. Для получения в этом случае резкого изображения на сетчатке нормального глаза необходимо совместить переднюю фокальную плоскость окуляра с плоскостью изображения, построенного объективом. Эта операция называется установкой трубы по предмету (рис. 6.4, а) и выполняется вращением винта 3 фокусирующего устройства.

Рис. 6.4. Схема конструкции трубы Кеплера (а) и виды сеток нитей (б)

Труба Кеплера — это труба с внешней фокусировкой. Она состоит (см. рис. 6.4, а) из объективного колена 1 и окулярного колена 6, которое может перемещаться внутри объективного колена при помощи гребенки 4, винта (грибка-шестеренки) 3 с маховичком-кремальерой 2.

В передней фокальной плоскости окуляра в окулярном колене при помощи винтов 10 укреплена полевая диафрагма 5 с сеткой нитей 9.

На рис. 6.4, б показаны виды сеток нитей, рекомендованные для теодолитов и нивелиров ГОСТ 10529-63 и 10528-63.

При фокусировании на предметы, лежащие на конечных расстояниях, телескопичность нарушается, так как оптический интервал Д # 0 (табл. 6.1). Отклонение от телескопичности становится значительным на расстоянии 10 м и менее.

Таблица 6.1

Фокусирование трубы на конечные расстояния вызывает незначительные изменения поля зрения трубы, увеличения и диаметра выходного зрачка, которые, как правило, не учитываются. Заднее фокусное расстояние при нулевой аккомодации у зрачка близорукого глаза меньше, а у дальнозоркого больше, чем у нормального. Поэтому для обеспечения длительного наблюдения нормальным, близоруким и дальнозорким глазом необходимо, чтобы при нормальном глазе из лупы (окуляра) выходили пучки параллельных лучей; при близоруком — пучки расходящихся лучей; при дальнозорком — пучки сходящихся лучей. Для этого предмет следует располагать перед лупой (или действительное изображение перед окуляром); при нормальном глазе — в передней фокальной плоскости лупы (окуляра); при близоруком — между передним фокусом и лупой; при дальнозорком — перед передним фокусом лупы.

В связи с этим необходимо, чтобы окуляр мог перемещаться относительно сетки нитей. Достигается это при помощи окулярной трубки 7, в которой помещен окуляр 8 и которая может переме-88 щаться относительно окулярного колена (см. рис. 6.4,а).

Преимуществами трубы Кеплера являются простота конструкции и фавнительно малые потери яркости; недостатками — наличие поперечных смещений визирной оси при перефокусировках трубы; наличие зазора между объективным и окулярным коленами, через который могут проникать в трубу пыль и влага; изменение длины трубы при перефокусировках, что может препятствовать переводу через зенит в одну из сторон, и большие размеры трубы.

Необходимой операцией при подготовке зрительной трубы к измерениям является установка ее для наблюдений. Она состоит из двух действий: установки сетки на резкость для глаза наблюдателя (установка трубы по глазу) и фокусировки зрительной трубы на рассматриваемый предмет (установка трубы по предмету). Первое достигается перемещением окулярной трубки 7 в окулярном колене относительно сетки нитей, а второе — перемещением окуляра вместе с сеткой нитей в объективном колене до совмещения плоскости сетки нитей с плоскостью изображений объектива при помощи вращения кремальеры 2 (см. рис. 6.4, а). Первое действие производится каждым наблюдателем один раз, а второе — каждый раз, когда изменяется расстояние до наблюдаемого предмета.

При неточном фокусировании плоскость Р сетки нитей С не будет совмещена с плоскостью изображения Р' предмета (рис. 6.5) и возникнет параллакс (двоение) нитей. Это приводит к тому, что при перемещении зрачка глаза в плоскости, перпендикулярной к визирной оси КК_Х, например, из точки К в точку К', будет ощущение перемещения креста сетки нитей относительно изображения предмета.

Рис. 6.5. К понятию параллакс нитей

Установку трубы по предмету можно считать выполненной правильно, лишь убедившись в отсутствии параллакса, для чего слегка перемещают глаз К около окуляра; при этом перекрестие нитей сетки должно покрывать одну и ту же точку О изображения предмета. Параллакс устраняется дополнительным вращением кремальеры.