Астрономические окуляры
вчера и сегодня
(И.Розивика)

Многие любители астрономии, в том числе и опытные, испытывают определенные трудности при подборе окуляров для своего телескопа. До сих пор у нас поиски окуляров сводятся к попыткам приобрести "симметричные" и, уж если совсем повезет, "ортоскопические" конструкции. Между тем, в отечественной литературе практически нет материалов, содержащих описание более современных систем и конструкций, уже давно ставших обыденными на Западе и понемногу появляющихся в России. Иногда полезную информацию об окулярах можно встретить в Интернете, например, в работах А.Герасименко "Окуляры: Типы оптических систем", "Окуляры: Обзор оптики", но они, к сожалению, не могут претендовать на слишком уж исчерпывающее описание. Поэтому я попытался восполнить возникший в этой области пробел в предлагаемом вашему вниманию материале.

Основные характеристики окуляра,
как элемента оптической системы телескопа

Окуляр является неотъемлемой частью любого телескопического прибора и предназначен для рассматривания с некоторым увеличением изображения наблюдаемого объекта, построенного объективом телескопа. Другими словами, окуляр представляет собой обыкновенную лупу. Для того, чтобы успешно ориентироваться в многообразии типов и конструкций окуляров, встречающихся на практике, рассмотрим подробнее их основные характеристики.

Фокусное расстояние. Этот параметр является главным для окуляра, ведь отношением фокусных расстояний объектива и окуляра определяется видимое увеличение телескопа. Обычно фокус окуляра лежит в пределах 5...40 мм, редко выходя за эти рамки.

Удаление выходного зрачка телескопа от последней линзы окуляра. Этот параметр критичен при выборе короткофокусных окуляров, дающих большое увеличение. С выходным зрачком телескопа наблюдатель совмещает зрачок своего глаза, и поэтому очень важно, чтобы это расстояние было достаточно большим. В противном случае есть риск болезненного контакта тканей глаза с оправой или линзой окуляра, а также быстрого ее загрязнения ресницами. На практике считается приемлемым наименьшее удаление зрачка около 6...7 мм.

Видимое поле зрения. Один из важнейших параметров окуляра, характеризующий угол, в пределах которого глаз видит наблюдаемый объект. При небольших полях зрения складывается впечатление рассматривания "в замочную скважину". Обычно поле зрения находится в пределах 30...80°.

Реальное поле зрения. Этот параметр определяется отношением диаметра полевой диафрагмы окуляра к его фокусу. В силу наличия у окуляра трудноустранимых аберраций (см. далее), видимое и реальное поле зрения часто не совпадают по величине, иногда отличаясь на десятки процентов.

Передний отрезок. Расстояние от полевой линзы окуляра до его полевой диафрагмы, размещенной в переднем фокусе. При небольшой его величине становятся явно видны загрязнения (пылинки или дефекты) на поверхности полевой линзы, мешающие рассматриванию изображения.

Прочие характеристики окуляров

Количество линз в оптической системе. На заре телескопостроения, когда еще не были известны высокоэффективные методы просветления оптики (т. е. снижения величины отраженного от стеклянной поверхности светового потока с 4...6% до 0.3...0.5% при использовании современных многослойных покрытий), оптики предпочитали обходиться в конструкциях своих окуляров одним-двумя компонентами (состоящими иногда из склеенных линз). Это делалось прежде всего для устранения вредных бликов, появляющихся в поле зрения многолинзового окуляра за счет переотражения света на поверхностях линз. Сегодня в арсенале астрономов и любителей можно встретить и 8...9 линзовые окуляры, в значительной мере свободные от этого недостатка.

Тип и качество просветления. К сожалению, в отечественной оптической промышленности нет стандарта обозначения оптических покрытий в том или ином оптическом приборе, поэтому нам придется прибегнуть к американской системе обозначений. Так, индексом "C" (от слова Coating - покрытие) обозначается окуляр с однослойным просветлением поверхностей линз (чаще всего пленкой из фтористого магния), снижающим остаточное отражение на каждой поверхности до 0.8...1% в зависимости от показателя преломления стекла. Индексом "FC" (Fully Coating) обозначаются окуляры, все поверхности которых имеют однослойное просветляющее покрытие. Индексом "MC" (Multi Coating) обозначаются окуляры с одной или несколькими поверхностями, имеющими многослойное покрытие. Оно позволяет снизить остаточное отражение на этих поверхностях до 0.2...0.5% в широком спектральном диапазоне. Обозначение "FMC" (Fully Multi Coating) ставится на окуляры, все поверхности которых снабжены многослойными просветляющими слоями. Это наиболее высококачественная оптика. Разумеется, стоимость таких окуляров также велика.

Присоединительные размеры посадочной втулки. В зависимости от того, для какого прибора предназначен тот или иной окуляр (телескоп, зрительная труба, микроскоп), отличается и его конструктивное исполнение. Чаще всего окуляры различаются по диаметру гладкой втулки, которой они вставляются в гнездо фокусировочного узла. Подробнее об этом см. ниже.

"Парфокальность" (parfocal). Этот термин, аналогов которому нет в русском языке, означает такое свойство комплекта из нескольких окуляров, когда их передние фокусы (или полевые диафрагмы) расположены на одинаковых расстояниях от опорного торца оправ, что делает ненужной перефокусировку телескопа при смене окуляра. К сожалению, даже в США нет стандарта, регламентирующего эту величину, поэтому при использовании окуляров различных фирм-производителей перефокусировка телескопа может достигать 15...20 мм!

Обзор аберраций окуляров

Сферическая аберрация. Эта аберрация, приводящая к размыванию изображения на оси системы, практически неощутима в окулярах. Она дает знать о себе только в простейших одно- и двухлинзовых окулярах, в остальных же она практически всегда оказывается в допустимых пределах.

Кома. В силу того, что поле зрения окуляра велико, а значение комы системы пропорционально квадрату ее поля зрения, степень исправления комы оказывает существенное влияние на качество изображения в телескопе. Наличие комы приводит к появлению в средней и краевой частях поля зрения размытых пятен с концентрацией света у одного из краев изображения звезды. Чаще всего кома окуляра бывает исправлена, хотя встречаются экземпляры, где она велика.

Астигматизм. Астигматизм окуляра - одна из самых вредных и трудноустранимых аберраций. Она пропорциональна третьей степени угла поля зрения и может достигать очень больших значений. Действие астигматизма сводится к тому, что никакой перефокусировкой окуляра не удается получить точечные изображения звезд на краю поля - они изображаются или в виде отрезков прямых линий, или в виде каких-то "птичек" и размытых пятен. Полностью исправить астигматизм окуляра не удается никогда. Именно остаточный астигматизм ограничивает полезное поле зрения окуляра. Как показывают испытания большого количества окуляров, поле зрения с более-менее хорошими изображениями составляет обычно 50...70% поля, заявленного в паспорте на окуляр и ограничиваемого его полевой диафрагмой. Внешняя зона поля обычно безнадежно испорчена остаточными астигматизмом и комой и чаще всего используется только для обнаружения объекта.

Кривизна поля. С точки зрения получения точечных изображений звезд кривизна поля одна из самых "безобидных" аберраций. Действительно, она приводит к тому, что разные участки поля зрения оказываются "в фокусе" (представляются нам резкими) при разной фокусировке. Мы просто не можем их одновременно наблюдать. Кривизна очень неприятна для широкоугольных окуляров и практически не ощущается при "нормальных" полях в 35...45°.

Дисторсия. Еще одна "безобидная" аберрация, сводящаяся к нарушению подобия наблюдаемого объекта и его изображения. Различают так называемую "подушкообразную" и "бочкообразную" дисторсии. При наблюдении квадратного объекта в телескоп, практически всегда наблюдается первая, т.е. углы квадрата оказываются отдалены от центра поля зрения, а его прямые стороны искривляются так, что он начинает напоминать подушку. В принципе, дисторсия почти не мешает при визуальных астрономических наблюдениях, тем более, что она значительна лишь в широкоугольных или сверхширокоугольных системах и не стоило бы уделять ей здесь столько внимания, если бы не одно "но", подробнее о котором в следующем пункте.

Аберрация выходного зрачка. Об этой аберрации знают немногие, хотя она в значительной степени связана с дисторсией окуляра. К сожалению, мало кто из отечественных авторов уделял ей хоть какое-то внимание. Да, в общем-то, это было и излишне, пока все пользовались окулярами с полями в 40...50° и практически неощутимой дисторсией в 5...10%. Идеальный безаберрационный окуляр работает так, что все пучки, выходящие из его глазной линзы, пересекают выходной зрачок телескопа в одном месте, образуя идеальный круг. На самом деле все не так просто. Если в окуляре присутствует дисторсия, то крайние наклонные пучки лучей вынуждены пересекать оптическую ось немного ближе к окуляру, нежели пучки от середины поля зрения.Таким образом, поместив глаз в точку пересечения крайних пучков, мы увидим края поля зрения и его центр, но не увидим середины, т.к. эти пучки пересекают оптическую ось системы дальше и могут частично или полностью "срезаться" зрачком глаза. (Другими словами, выходной зрачок телескопа для середины поля зрения лежит дальше, чем для края.) Разумеется, это происходит если размеры выходного зрачка примерно равны зрачку глаза наблюдателя. Поэтому является недопустимой большая дисторсия в длиннофокусном широкоугольном окуляре, дающем увеличение, близкое к равнозрачковому, в противном случае мы не сможем одновременно наблюдать все поле и потеряется смысл в применении такого окуляра.

Хроматические аберрации. Хроматизм положения, доставляющий столько проблем владельцам рефракторов, практически неощутим в окулярах. Это следствие прежде всего их небольшого фокусного расстояния. Зато намного сильнее проявляется другая хроматическая аберрация -хроматизм увеличения. Его действие сводится к тому, что размеры изображения для разных цветов неодинаковы и наблюдаемые объекты приобретают окрашенную кайму. Хроматизм увеличения пропорционален углу поля зрения и поэтому он не проявляется на оси системы, зато очень хорошо виден на краю поля зрения. Если навести телескоп на равномерно освещенный объект (например, дневное небо), то хроматизм проявится в виде окраски края полевой диафрагмы окуляра. Она чаще всего имеет голубоватый цвет, хотя у некоторых окуляров может быть красноватой. Если края поля вашего окуляра не окрашены, то вам крупно повезло - ваш окуляр имеет очень удачную коррекцию.

Однолинзовые конструкции окуляров

Это самые первые окуляры, использованные еще в зрительных трубах 16...17 веков. Первой изобретенной зрительной трубой считается "голландская" (теперь такая система носит название трубы Галилея), в которой применялся окуляр в виде отрицательной двояковогнутой линзы. Такой окуляр обладал целым "букетом" неисправленных аберраций, однако он позволял получить прямое (неперевернутое) изображение, столь необходимое для "земных" зрительных труб. Крайне неудобное расположение выходного зрачка (перед окулярной линзой, а не позади нее) не позволяло получить достаточного поля зрения телескопа, так что с тех пор в астрономической практике этот тип окуляра не используется. Сегодня его можно встретить разве что в театральных биноклях. Другая конструкция телескопа подразумевала использование в качестве окуляра одиночной положительной линзы. В астрономическую практику она была введена Кеплером, поэтому такие трубы сейчас носят его имя. По качеству даваемого изображения этот окуляр не сильно отличался от предыдущего, однако позволял получить немного большее поле зрения.

Одиночная отрицательная линза

Одиночная положительная линза

Двухлинзовые окуляры

Стремление получить еще большее поле зрения при достаточно высоком качестве изображения побудило оптиков к усовершенствованию окуляров зрительных труб путем усложнения их оптической схемы. Так появились двухлинзовые конструкции.

Окуляр Гюйгенса. Был впервые предложен немецким оптиком Х.Гюйгенсом в 1703 году. Состоит из двух плоско-выпуклых линз, обращенных выпуклостью к объективу. Несмотря на отсутствие склеенных линз, позволяет добиться хорошей коррекции хроматизма увеличения. Поле зрения до 35...40°, хотя иногда можно встретить упоминание об использовании окуляра Гюйгенса с 50° полем, правда в длиннофокусном варианте. В системе плохо исправлены кривизна поля и астигматизм, к тому же, удаление выходного зрачка довольно мало (около 0.3F), что не позволяет применять короткофокусные конструкции. Передний фокус окуляра расположен внутри, в междулинзовом промежутке, что затрудняет размещение там измерительных приборов (например, микрометра для измерения двойных звезд).

Окуляр Рамсдена. Предложен Дж. Рамсденом в 1783 году, как альтернатива окуляру Гюйгенса. Передний фокус окуляра Рамсдена может располагаться перед полевой линзой, поэтому он стал основным окуляром, используемым астрономами. Даже сегодня некоторые фирмы выпускают эти окуляры для применения в астрономии. (Так, например, телескоп "Алькор" Новосибирского завода комплектуется окуляром Рамсдена F15 мм). Система включает в себя две, чаще всего плоско-выпуклые линзы, расположенные на некотором расстоянии выпуклыми сторонами друг к другу. Обычно оно примерно равно фокусу глазной линзы. Это основной недостаток окуляра - пыль и грязь на полевой линзе четко видны на фоне изображений небесных тел. Чтобы избежать этого, обычно выводят полевую линзу из фокуса глазной, нарушая при этом коррекцию хроматизма увеличения. Окуляр применим только с объективами небольшого относительного отверстия. Плохо исправлены астигматизм и дисторсия. Поле почти плоское, но не превышает 40°. Удаление зрачка очень небольшое, так что фокусное расстояние таких окуляров не бывает меньше 15...20 мм.

Окуляр Миттенцвея. По оптической схеме аналогичен окуляру Гюйгенса, но отличается менискообразной полевой линзой. Применяется в качестве осободлиннофокусного окуляра, когда необходимо поле до 55...60°. Аберрации исправлены также, как и в окуляре Гюйгенса.

Окуляр Фраунгофера. Предложен немецким оптиком Д.Фраунгофером и включает в себя 2 одинаковые плоско-выпуклые линзы, расположенные вплотную друг к другу. Этим он отличается от похожего на него окуляра Рамсдена. В окуляре отлично исправлен астигматизм, зато значительна кривизна поля. Она и ограничивает полезное поле зрения 30...35 градусами. В силу отсутствия склеенных поверхностей хроматизм увеличения не исправлен. По этой схеме построены некоторые из выпускаемых сегодня пластмассовых луп.

"Сплошные окуляры". Отсутствие на протяжении длительного времени эффективных способов борьбы с паразитными бликами от непросветленных поверхностей линз заставило оптиков искать иные решения, позволяющие бороться с ними. Одним из таких способов можно считать предложенный оптиком Толлесом "сплошной" окуляр. По своему принципу действия он схож с окуляром Гюйгенса, но выполнен из одного куска стекла. Функцию полевой диафрагмы выполняет кольцевая проточка по ободу окуляра. В аберрационном отношении этот окуляр практически не отличается от гюйгенсовского. Другой разновидностью "сплошного" окуляра можно считать предложенный американским физиком Ч. Гастингсом аналог окуляра Кельнера (см. справа). Он состоит из двояковыпуклой толстой линзы и приклеенного к ней отрицательного мениска. Аберрационная коррекция не отличается от обыкновенного окуляра Кельнера. Сейчас имеет лишь исторический интерес. Очень похож на него и моноцентрический окуляр, рассчитаный в ГОИ Д.Д.Максутовым в 1936 году для применения в лабораторных приборах. Также может рассматриваться как "сплошной" аналог окуляра Кельнера. Имеет довольно хорошую коррекцию аберраций в пределах поля 25...30°. Как и во всех окулярах с общим центром кривизны всех поверхностей, поле ограничено кривизной поля и астигматизмом. Конструкция удобна в изготовлении и эксплуатации, так как не требует точной центрировки относительно оси телескопа.

Несмотря на свою довольно простую конструкцию и не очень совершенное качество изображения, подобные окуляры могут представлять интерес и для современного любителя. Они наиболее удобны для наблюдений планет, когда требуется рассмотреть мелкие и малоконтрастные детали на их поверхностях. Дело в том, что любое просветляющее покрытие имеет мелкозернистую структуру и всегда слегка рассеивает проходящий через него свет, за счет чего вокруг ярких объектов образуется заметный ореол, на фоне которого и теряются детали изображения. Чем больше просветленных поверхностей в системе, тем в большей степени снижается контраст изображения наблюдаемого объекта. Довольно большим рассеянием обладают современные многослойные просветляющие покрытия. Обычная тщательно отполированная поверхность линзы вносит наименьшее рассеяние, поэтому идеальным окуляром для наблюдений планет (когда не требуется большого поля) остается простая непросветленная линза, свободная от бликов и практически не рассеивающая свет.

Трехлинзовые конструкции

Окуляр Гастингса II. "Однолинзовый" окуляр, представляющий собой тройную склееную симметричную систему. Более известен как апланатическая тройная лупа. В окуляре хорошо исправлены сферическая аберрация, хроматизм и кома. Поле зрения в 30...35° ограничивается принципиально неустранимыми в этой системе астигматизмом и кривизной поля. Стеклянные лупы, выполненные по этой схеме, часто встречаются в продаже. Раньше широко использовался в качестве короткофокусного окуляра.

Моноцентрический окуляр Штейнгеля. Является развитием предыдущей схемы. В отличие от нее имеет более легкую в изготовлении самоцентрирующуюся конструкцию. Все оптические поверхности имеют один общий центр кривизны. Коррекция аберраций очень хорошая, но поле кривое и не превышает 30...35 °.

Окуляр Кельнера. Очень широко распространенный астрономический окуляр. Включает в себя одиночную полевую линзу и склеенный глазной компонент. Благодаря применению склеенной поверхности, удалось в значительной мере ослабить хроматизм окуляра Рамсдена, развитием которого и является эта конструкция. Хорошо исправлены все аберрации. Поле зрения не превышает 50° и ограничено остаточным астигматизмом. Очень удачная конструкция для ахроматических рефракторов и других объективов небольшого относительного отверстия. В последнее время, благодаря применению новых марок стекол, появились разновидности с улучшенной коррекцией аберраций и уменьшенными габаритами. Выпускается большинством фирм и по сей день.

Окуляр с удаленным зрачком. За рубежом этот тип имеет название окуляра Кёнига (Konig) или Кельнера II. Представляет собой склееную полевую линзу и однолинзовый глазной компонент. Вынос зрачка может превышать фокусное расстояние окуляра, что очень удобно для короткофокусных конструкций. Поле зрения 40...45°. В окуляре хорошо исправлены все аберрации, за исключением дисторсии и астигматизма. Они и ограничивают полезное поле зрения. Сегодня, с применением новых "тяжелых" стекол его поле доведено до 70°.

Окуляры из четырех линз

Ортоскопический окуляр. Разработан выдающимся немецким оптиком Э. Аббе в 1880 году и теперь носит его имя. Состоит из трехлинзового склеенного компонента и простой линзы. Имеет очень хорошее качество изображения в пределах поля 40...42° при достаточно большом удалении выходного зрачка (0.6...0.7F), что делает его незаменимым для короткофокусных конструкций. Очень популярный на Западе тип окуляра.

Симметричный окуляр. Австрийский оптик Дж.С.Плёссл (G.S.Plossl) еще в прошлом веке предложил окуляр из двух симметричных (или почти симметричных) ахроматизированных компонентов. Сегодня названия "симметричный окуляр" и "окуляр Плёссла" стали практически синонимами. Это, пожалуй, наиболее распространенный тип окуляра, благодаря его хорошей коррекции аберраций и широкому применению в военных оптических приборах времен второй мировой войны. В зависимости от конструкции, окуляр может иметь поле в пределах 40...55° (несимметричные конструкции большее, более технологичные симметричные - меньшее). Коррекция аберраций позволяет использовать его для самых светосильных телескопов (вплоть до 1:4.5...1:5). Благодаря большому выносу зрачка, достигающему 0.7F, выпускаются и короткофокусные конструкции (начиная с F6 мм). Встречаются разновидности симметричного окуляра с большим расстоянием между линзами. Они носят название окуляра Кельнера III.

Окуляр Цейсса. Является развитием окуляра с удаленным зрачком. За счет добавления простой линзы в нем удалось получить более совершенную коррекцию астигматизма и дисторсии.

Современные многолинзовые конструкции

Окуляры, состоящие из двух компонентов, не могли обеспечить поле зрения более 45...50° из-за резко возрастающих на его краю аберраций. Для его увеличения немецкий оптик Г. Эрфле (фирма Zeiss) в начале ХХ века добавил к обыкновенному четырехлинзовому окуляру еще один линзовый компонент. Конструкции Эрфле стали настолько известными, что теперь все 5...6 линзовые окуляры называют его именем. На самом же деле Эрфле предложил лишь 2 разновидности широкоугольных окуляров. Первая является развитием симметричного окуляра, между линзами которого размещена дополнительная двояковыпуклая линза. Это позволило достичь 60...65° поля при удовлетворительном качестве изображения на его краю. В этой конструкции удалось сохранить достаточно большой вынос зрачка, свойственный симметричному окуляру и достигающий 0.7...0.8F, что позволяет использовать ее для достаточно короткофокусных вариантов. Второй тип окуляра Эрфле представляет собой усовершенствованный окуляр Кельнера. Увеличения полезного поля зрения удалось добиться путем расщепления склеенной глазной линзы на две одинаковые склейки. Этот окуляр имеет немного лучшее качество изображения, чем предыдущий, но отличается меньшим удалением выходного зрачка (0.3...0.4F). В любой из этих конструкций простая линза может заменяться на склеенную, образуя шестилинзовую схему, которую тоже иногда называют окуляром Эрфле. При этом удается дополнительно снизить хроматизм увеличения, коррекция же полевых аберраций (астигматизма и дисторсии) остается на прежнем уровне. Несмотря на усложненную конструкцию, качество изображения, даваемое окулярами этого типа, оставляет желать лучшего, особенно на краю поля. Так, немногие представляют, что размеры "точечного" изображения звезды на краю поля из-за остаточного астигматизма могут достигать 0.5° (т.е полной Луны для невооруженного глаза)! Большие остаточные аберрации приводят к тому, что часто окуляры Эрфле используются с полями всего лишь 50...55°. Выпускаемые сегодня серийно 5...6 линзовые окуляры имеют несколько торговых марок, под которыми они предлагаются целым рядом фирм. Так, первый вариант окуляра Эрфле иногда называют "Eudiascopic", а такой же окуляр, но с сохранением симметрии линз, выпускается под названием "Super Plossl". Их поля зрения не превышают 50...55°, однако в этих пределах аберрации исправлены очень хорошо. Например, в окуляре типа "Super Plossl" за счет введения дополнительной линзы удалось значительно снизить дисторсию и на 40% уменьшить хроматизм увеличения, по сравнению с симметричным окуляром этого же фокуса. Отдельно стоит остановиться на многолинзовых конструкциях короткофокусных окуляров. Как известно, большинство оптических схем не позволяет получить удаление выходного зрачка окуляра намного более чем на величину его фокусного расстояния. Однако, еще в 1900 году Кербером был рассчитан окуляр, свободный от этого недостатка. Он состоял из отрицательной линзы Барлоу и окуляра Кельнера, размещенных в одной оправе. Оказалось, что помимо обеспечения достаточного выноса зрачка, обеспечиваемого длиннофокусным окуляром Кельнера, в системе удается получить более качественную коррекцию полевых аберраций, особенно кривизны поля. На протяжении последующих десятилетий было предложено большое количество подобных конструкций с использованием других известных типов окуляров. Сегодня несколькими фирмами выпускаются подобные конструкции на основе окуляра типа "Super Plossl" и двухлинзовой склеенной линзы Барлоу. При фокусных расстояниях 3.5...7 мм удается получить удаление выходного зрачка примерно 8...10 мм, что вполне достаточно для удобства наблюдений. Поле зрения таких окуляров составляет 50...52°. Широко разрекламированные окуляры А.Наглера с полем 82° (подробнее о них см. следующий раздел) тоже построены на основе использования линзы Барлоу. Достаточный для наблюдения такого поля вынос зрачка обеспечивается применением отрицательного компонента перед окуляром. Правда, при этом возникают очень большая дисторсия и аберрация в выходном зрачке, поэтому окуляры Наглера не выпускаются с фокусами длиннее 20 мм, да и те не предназначены для "равнозрачкового" увеличения. Сегодня известны окуляры Кербера с фокусным расстоянием 2.5...5 мм (!), входящие в серию окуляров "Vixen Lanthanum". При таком значении фокуса удаление выходного зрачка всех окуляров этой серии сделано равным 20 мм, что в четыре и более раза превышает фокусное расстояние! Применение линзы Барлоу в качестве элемента оптической схемы окуляра позволяет изменять в широких пределах степень коррекции астигматизма и комы. Последнее обстоятельство использовано в окулярах типа "Pretoria", специально рассчитанных таким образом, чтобы до известной степени скомпенсировать кому главного зеркала светосильного ньютоновского рефлектора и получить большее поле зрения.

Окуляры традиционных конструкций,
выпускаемые за рубежом

В Tаблице 1 приведены сведения об окулярах, выпускаемых в настоящее время зарубежными фирмами (в основном, американскими). В связи с их огромным количеством, в ней приведены только краткие сведения, а также диапазоны изменения параметров и цен.

Таблица 1. Обычные окуляры.
Тип окуляра Поле зрения Диапазон фокусных
расстояний
(mm)
Примерная
стоимость
$
Рамсдена 35...45° 12.5 - 50 30...50
Гастингса 25...35° 6 - 40 30...50
Плёссла 40...55° 6 - 80 40...150
Аббе 35...50° 4 - 40 50...70
Кельнера 40...55° 6 - 70 40...60
Кёнига 45° 6.5 - 32 50
Эрфле 62...68° 7 - 38 100...150
Супер-Плёссл 45...52° 6.4 - 56 80...150

Немаловажно и то обстоятельство, что большинство фирм, предлагающих окуляры, не являются изготовителями оптики, а лишь торгуют продукцией, изготовленной в основном в Японии. По некоторым оценкам, сегодня до 80% всей оптической продукции поставляется на этот рынок из стран Азии.

Широкоугольные окуляры

Традиционно астрономы относятся с некоторой осторожностью к применению широкоугольных окуляров в силу того, что это чаще всего многолинзовые системы, страдающие появлением бликов в поле зрения, возникающих при переотражении света от поверхностей линз, а также большим поглощением в стекле. Как уже отмечалась выше, первыми широкоугольными окулярами стали конструкции Эрфле. После него усилия оптиков были направлены на создание все более и более широкоугольных систем. Так, в начале 60-х годов в Германии в экспериментальных целях был создан окуляр для перископа подводной лодки с полем зрения около 120°! Этот "монстр" имел полевую линзу диаметром 180 мм и был в полном смысле этого слова неподъемным. Да и качество изображения на краю было, мягко говоря, неважным. Практическими исследованиями было установлено, что не имеет смысла развивать поле зрения окуляра свыше 80...90°, так как глаз уже не может одновременно охватить его и при таких размерах оно начинает казаться ему неограниченным. Сегодня многие фирмы уже подошли к этому "рубежу", представив на рынке окуляры с полями 82...90°. Это американские TeleVue и Meade, а также немецкие Zeiss (Jena) и Leitz. В Таблице 2 представлены некоторые сведения о выпускаемых ими сегодня широкоугольных окулярах.

Таблица 2. Некоторые широкоугольные и специальные окуляры.
В таблице приняты сокращения: SWA - Super Wide Angle, UWA - Ultra Wide Angle
Тип окуляра Торговая марка
и фирма
Поле зрения Диапазон
фокусных
расстояний
(mm)
Примерная стоимость
$
Широкоугольный SWA (Meade)
Panoptic (Tele Vue)
Nagler (Tele Vue)
UWA (Meade)
(Leitz)
(Zeiss - Jena)
67°
68°
82°
84°
88°
90°
13.8 - 40
15 - 35
4.8 - 20
4.7 - 14
30
12.5
160...340
210...370
150...350
250...330
870
330
Исправляющий
кому Ньютона
Pretoria (University) 50° 16 - 28 190...230
Кербера Vixen LV (Celestron)
Gold (Parks)
Ultrascopic (Orion)
45°
52°
52°
2.5 - 10
3.8 - 5
3.8 - 5
110...130
150
100

Американские конструкции выполнены по сходным оптическим схемам - с использованием отрицательной линзы Барлоу, что не позволяет создать длиннофокусные окуляры большого поля зрения. Основатель фирмы TeleVue А.Наглер запатентовал свои окуляры, опубликовав в описании патента их параметры. В результате проверочного расчета обнаружилась огромная дисторсия этих окуляров, а следовательно и большая аберрация выходного зрачка, не позволяющая одновременно наблюдать все поле зрения при большом фокусе окуляра. Поэтому по этой схеме выпускаются только окуляры небольших фокусных расстояний. Немецкие оптики пошли по пути увеличения числа линз в окуляре традиционной схемы. Качество изображения в их окулярах выше, к тому же, оно сохраняется и при больших фокусных расстояниях. Небольшую аберрацию выходного зрачка удалось получить и в конструкции окуляра, рассчитанного и изготовленного автором статьи. При семилинзовой схеме и F36 мм при равнозрачковом увеличении он обеспечивает поле зрения в 80°.

Панкратические окуляры

Панкратическими называют системы с изменяемым значением фокусного расстояния. Окуляры с переменным фокусным расстоянием известны давно. В большинстве своем это многолинзовые конструкции, применение которых в астрономии сдерживается по причинам, о которых уже упоминалось выше. Из наиболее часто применяемых простейших конструкций можно выделить две основных. Первая подразумевает использование окуляра обычной системы совместно с перемещаемой по определенному закону линзой Барлоу. Как известно, эквивалентное фокусное расстояние системы с такой линзой зависит от ее расстояния до фокуса объектива. Нечто похожее применено в конструкции телескопа "Алькор". Используя линзу Барлоу и набор промежуточных втулок, дискретно перемещающих ее относительно фокуса зеркала, можно получать всего лишь с одним окуляром различные увеличения телескопа. Вторая система применяется в зрительных трубах. Здесь под "панкратическим окуляром" понимается совокупность непосредственно окуляра зрительной трубы и двухлинзовой оборачивающей системы, перемещением линз которой по заранее рассчитанному закону и производится изменение увеличения. При всей заманчивости использования такого окуляра вместо набора из нескольких, всегда следует помнить, что все панкратические системы (а особенно простейшие!) имеют хорошую коррекцию аберраций только для одного, первоначально заданного значения фокусного расстояния. Чем больше отличается текущее значение фокуса окуляра от этой величины, тем хуже становится качество изображения. Именно поэтому пределы изменения увеличения таких систем не превышают 2.5...3 крат. Но даже несмотря на такие небольшие пределы, качество изображения по краям поля зрения оказывается недостаточно хорошим. Поэтому не стоит лишний раз искушать судьбу и специально разыскивать один панкратический окуляр с посредственным качеством изображения вместо трех более дорогих, но зато дающих безупречное изображение в телескопе. Если автору не удалось убедить вас в этом, разыщите на досуге одну из наших панкратических труб "Зеница" или "Турист-П" и обратите внимание на качество изображения по краям поля при крайних значениях увеличения.

Стандарты на присоединительные размеры окуляров

В настоящее время общепринятыми стали присоединительные размеры окуляров по стандарту США, так как американцы являются своего рода "законодателями мод" в астрономической технике для любительской астрономии. Основным размером присоединительной втулки окуляра считается 1.25" (1.25 дюйма = 31.8 мм). Для широкоугольных или длиннофокусных конструкций окуляров применяется увеличенный двухдюймовый (2" = 50.8 мм) стандарт. Сейчас большинство фирм, производящих окуляры и адаптеры, используют именно эти размеры. Вместе с этим, в Японии и США применяется и еще один стандарт на окуляры небольших зрительных труб, присоединительная втулка которых имеет диаметр 0.965" (24.5 мм). Иногда можно встретить упоминание и о еще большем (правда не стандартизованном) присоединительном размере окуляра. Он составляет 68.5 мм (2.69") и используется для самых длиннофокусных широкоугольных окуляров. Часто для телескопических наблюдений любители используют окуляры, предназначенные для микроскопии. В Японии для окуляров микроскопов принят отдельный стандарт, устанавливающий диаметр посадочной втулки равным 0.917" (или 23.3 мм). Как ни странно, наш российский стандарт на такие окуляры практически не отличается от японского. У нас ГОСТ3361-75 устанавливает наружный диаметр окуляра равным 23.2 f9 мм, а внутренний диаметр тубуса микроскопа 23.2 Н8. Для "широкоугольных" окуляров стереомикроскопов установлен и увеличенный диаметр втулки, равный 30.0 f7 мм.

Толковый словарь некоторых терминов английского языка,
встречающихся в иностранной литературе по окулярам

Apparent field - видимое поле зрения окуляра. Определяется наибольшей величиной угла, под которым наклонный пучок лучей выходит из глазной линзы.

Eyeguard - наглазник. Чаще всего резиновое или пластиковое кольцо, надеваемое на корпус окуляра и предохраняющее глаз наблюдателя от соприкосновения с глазной линзой окуляра. Также применяется при сильной боковой засветке.

Eyepiece - окуляр.

Eye relief - удаление выходного зрачка окуляра от последней поверхности глазной линзы.

Eyecap - защитное кольцо вокруг глазной линзы окуляра, предохраняющее ее от возможного механического повреждения. В длиннофокусных окулярах дополнительно к этому помогает правильно расположить глаз относительно выходного зрачка.

Exit pupil - выходной зрачок окуляра.

Field curvature - кривизна поля окуляра (см. аберрации окуляров).

Field curvature - кривизна поля окуляра (см. аберрации окуляров).

Field stop - полевая диафрагма. Располагается в переднем фокусе окуляра и определяет его реальное поле зрения.

Focal ratio (focal number) - относительный фокус. Число, обратное относительному отверстию объектива телескопа.

"Kidney bean" effect - американский аналог термина "сферическая аберрация в выходном зрачке".

Lateral color - хроматизм увеличения (см. аберрации окуляров).

Parfocal - "парфокальность". Свойство комплекта окуляров, при котором их передние фокуса расположены на одинаковых расстояниях от опорного торца оправ, что делает ненужной перефокусировку телескопа при смене окуляра.

"Pin-cushion" distortion - "подушкообразная" дисторсия окуляра.

Power (magnification) - видимое увеличение телескопа.

True field - реальное поле зрения окуляра, определяемое соотношением его фокусного расстояния и диаметра полевой диафрагмы.