> Техника, страница 87 > Труба

Труба

Труба, оптич. прибор, предназначенный для наблюдения отдаленных предметов и составляющий главную часть астрономо-геодезич. инструментов. Кроме того Т. позволяет делать микрометренные измерения и поэтому применяется для измерения малых углов. Через трубу возможно видеть изображения предметов под бблыпим углом, нежели мы видим эти предметы невооруженным глазом. Простая труба Кеплера (фигура 1) состоит из системы двух центрированных сферич. линз—объектива 8_ги окуляра S₂, отстоящих одна от другой на расстоянии, равном сумме их фокусных расстояний. В сложных Т. объектив и окуляр состоят из нескольких линз. При нормальном зрении окуляр S₂ устанавливается так, чтобы передняя фокальная его плоскость совпадала с задней фокальной плоскостью объектива. В этом случае мнимое изображение располагается в бесконечности, а лучи, выходящие из окуляра, будут параллельными, то есть в про-, странстве изображения получим «телескопиче

скую систему». Рассматривая изображение, глаз, аккомодируясь на бесконечность, небудет утомляться. В 1640 г. по мысли Гаскойна в фокальную плоскость объектива была поставлена сетка нитей и только во второй половине 17 в такая Т. была применена в угломерных инструментах с расположением точки пересечения нитей на оптич. оси эквивалентной системы объектива и окуляра. В современных астрономо-геодезич. инструментах применяют сетки с паутиновыми нитями толщиною 3—5 μ, платино-иридиевые и кварцевые нити толщиною 0,5—2 μ, а также сетки, нарезанные на стекле. Главное ур-ие объектива:

а окуляра:

, i i _ 1

-D 2 d-2 F¹2

Изображение А₁В₁, рассматриваемое через окуляр, получается под углом β, а для простого глаза оно будет казаться под углом а. По малости этих углов имеем:

α= · R —

d_x ’ ^μ и“

Увеличение Т. будет:

a Ю₂

При наблюдении отдаленных предметов можно

F

допустить, что d₁=F₁ и D₂=F₂, т. e. v

1 2

Сочетание короткофокусного окуляра с длиннофокусным объективом дает наибольшее увеличение Т. Угловое и линейное увеличение астрономии. Т. постоянно. Для определения увеличения в астрономии. Т. экспериментальным путем измеряют диаметр (объектива) входного и выходного отверстий и берут их отношение. Для наблюдения изображения предмета, находящегося на конечном расстоянии, без аккомодации глаза надо окуляр выдвинуть на такую величину, на к-рую отодвинулось изображение, полученное объективом от его задней фокальной плоскости. Для бинокля с шестикратным увеличением и фокусным расстоянием 120 миллиметров получаем следующее смещение окуляра:

500 метров 0,028 миллиметров, в диоптриях (смотрите) 0,07 100 » 0,141 » » » 0,86

25 » 0,576 » » » 1,41

5 » 2,830 » » » 7,20

Предем перемещения окуляра трубы при отдаленном и близком расположении предмета, не нарушающий резкости изображения, называется глубиной фокуса Т. Наименьшее расстояние, при к-ром изображение предмета резко видно в окуляр, поставленный на бесконечность, называется глубиной поля. В каждой Т. имеются· два зрачка: входной, то есть объектив, дающий количество лучей, пропорциональное его площади, и выходной, то есть изображение объектива, даваемое окуляром. Построив изображение объектива,

„ 0 входного зрачка _{π Л _}___

найдем, что « - ^ _ВЬ1ХОДного · П о л е з р е-

ния Т.—часть пространства, видимая в Т. одновременно; оно измеряется в угловой мере. Поле зрения Т. определится по ф-ле:

, k

а — ———,

2 sin i · v

немного собирает их, линза 2 делает лучи слабо· расходящимися, а линза 3 сводит эти лучи в одну точку. Полученное изображение рассматривается помощью сложного окуляра, состоящего из системы линз 3 и 4 и носящего название земного окуляра Фраунгофера. Если для получения прямого изображения пользуются одной линзой, то ее ставят относительно объектива на двойном фокусном расстоянии. Это увеличивает длину Т. на 4F этой линзы. Когда же пользуются для этой цели двумя линзами, поставленными на где v—увеличение, к—постоянное число, определяемое из соотношения:

j __диаметр отверстия диафрагмы трубы фокусное расстояние объектива

Яркость изображения Н объектива Т.—количество световых лучей, падающих на единицу площади глазной сетчатки,— определяется по ф-ле:

Н =

¹ JV2’

где I—количество лучей, попадающих в глаз, N²—поверхность. Яркость h изображения Т. зависит от количества лучей V, проходящих через объектив, к количества лучей I, попадающих в глаз:

^п I Ν* ’

JV²

где

^г=&1°²’

V=к₂о², но т. к. кэоф.

>*1 В

пропорциональности ^ _о2

где А—вся площадь объектива,

то

h-A-

¹ ₀2г>2»

о—площадь для пучка лучей при выходе из окуляра. Светосила S есть отношение яркостей изображений, полученных на ретине глаза, вооруженного оптическим прибором и без него,

т. e. S= к ~ ; здесь к—коэф. прозрачности

(ротеря света в Т. от отражения и поглощения), S—диаметр глазного кружка, 29-диаметр зрачка глаза. Различительная сила φ" Т., то есть предельный угол, при котором две точки видны раздельно, на основании теории дифракции света при диоптрически совершенном объективе Т. выразится сл. обр.:

ψ >—>

где h—радиус входного отверстия объектива, даваемый в миллиметров.

По конструкции Т. можно разделить на две основные группы: рефракторы (смотрите) и рефлекторы (смотрите). Для измерения малых углов окуляры труб снабжаются микрометрами (смотрите), а для регистрации получаемых изображений оку- ^ лярную часть заменяют кассетой с фотография, пластинкой. Астрономии. Т. дают обратные изображения пред-

в
		/Ρχ _____	_.
		А " f ^ у Фигура 2. к	аг^

расстоянии, равном фокусному их расстоянию, то длина Т. увеличивается на 3 F линзы. Делая поворот изображения помощью четырехкратного полного внутреннего отражения в системе двух призм Порро I и II (фигура 3) с взаимно перпендикулярными главными сечениями, находим, что луч Р выйдет по направлению, параллельному начальному лучу Р, то есть изображение будет прямым; оно рассматривается через окуляр. Длина Т. при этом сокращается от 2,5 до 3 раз_ут. к. путь луча вместо τΐ /7~а ^

прямолинейного делается ломаным. Соединяя две такие Т. вместе, по- J^

лучают призматический Объектив—. бинокль, дающий _фиг

рельефное изображение предмета. Недостатком Т. с большим количеством линз (призм) следует считать большую потерю света на отражение от их поверхностей и его поглощение линзами. Если Т. имеет 10 поверхностей—2 поверхности объектива (склеенные поверхности не считаются), 4 поверхности у двух поворотных призм и 4 у окуляра,—то количество вышедшего света при показателе преломления η=1,5 будет I=(0,96)¹⁰ · 1₀, где 1₀—количество падающего света, I—количество вышедшего света. Эта величина подсчитана по формуле Френеля при условии, что каждая преломляющая поверхность дает потерю света ок. 4%. Значит из Т. выйдет света примерно 70%. На поглощение будет потеряно еще 7% _усчитая, что на 1 ем хода луча теряется 1 %

Фигура 4.

метов, тогда как земные трубы под действием собирательной системы линз, помещенных между оптической системой объектива и окуляра, дают изображения прямые, что в некоторой степени уменьшает ясность изображения и увеличивает длину Т. Ход лучей в земной Т. показан на фигуре 2, где объектив дает действительное изображение АВ, причем линза 1, оставляя лучи расходящимися,

(толщина линз 7 см), а коэф. прозрачности тогда будет ок. 0,6. Земная Т. Галилея имеет небольшое поле зрения и малое увеличение. Окуляр ее состоит из рассеивающей линзы, причем фокус объектива в пространстве изображения совмещается с фокусом предметного пространства окуляра. Для аккомодации Так как различным расстояниям ее делают составной, из двух цилиндрич. колен—ооъективного и окулярного, которое имеет продольное движение помощью кремальерки. Чтобы сделать Т. герметической и постоянной по длине, что важно при экспедиционных работах, строят трубы с центральной фокусировкой, то есть помещают между объективом и окуляром цен- ₇тральную линзу.

Tz

м

Фиг.

На фигуре 4 показана Т. с центральной фокусировкой теодолита завода «Геофизика» (на фигура 4: S_x— объектив, $₂—окуляр, L—фокусирующая лин-

окуляра, так как окулярное колено Т. является частью горизонтальной оси ее вращения. Ломаные трубы, благодаря призме несколько ухудшают качество изображения. Поворот луча

на 90° совершается помощью прямоугольной призмы Р (фигура 5), катет которой поставлен нормально к лучам, идущим через объектив

Фигура 96.

Т. $i. Эти лучи входят в призму без преломления и, отразившись от гипотенузы, вновь

на, Р—призма, АВ—визирная ось). Эта труба имеет следующие основные характеристич. данные. Фокусное расстояние первого объектива ок. +131 миллиметров, фокусное расстояние фокусирующей линзы—66 миллиметров. Расстояние между первым объективом и фокусирующей линзой при установке Т. на удаленную точку равно

Фигура 7.

100 миллиметров. Длина Т., то есть расстояние от первого •объектива до диафрагмы поля зрения, 160 миллиметров. Общая длина трубы 180 миллиметров. Фокусное расстояние окуляра 9,5 миллиметров. Диаметр объектива 30 миллиметров. Эквивалентное фокусное расстояние объективной системы 250 миллиметров. Увеличение— £5 раз. Материал—оптич. стекло завода ИЗОС.

	ь		Ϊ f1	ко
	а“	I 0	|r L,	m 1

В астрономических работах применяются Т. «ломаные» (фигура 5), легко переводящиеся через зенит и позволяющие измерять малые зенитные расстояния, не изменяя положения идут нормально к другому катету, давая в фокальной плоскости зеркальное изображение предмета (на фигура 5: S₂—окуляр АВ, СВ—визирные оси, М— коробка окулярного микрометра, G—барабан окулярного микрометра, R — диафрагма, Т — уровни Талькотта). На фигуре 6 дается прямая Т. обычной конструкции с выдвижным окулярным коленом. Т. с переменным увеличением конструируется в трех вариантах. Перемена увеличения Т. изменяется переменой окуляров разного (12, 25 и 40) увеличения, которые располагаются на ном барабане (фигура 7). Увеличение Т. меняется с перемещением линз А окуляра вдоль его оси (фигура 8), через другую же часть окуляра В это изображение рассматривается. Т. к. плоскости изображений аb и постоянны, то система А может получить только такие два положения, при которых эти плоскости сопряженные. При втором положении окуляра угловая величина мнимого изображения также будет меньше, следовательно будем иметь два увеличения. Если же. будем перемещать не только окуляр А, но и отдельные его лин- _Фиг> ^ ₀

зы, то получим Т.,

применяющуюся у прицелов орудий, которая позволяет непрерывно изменять увеличение,

что видно из ф-лы эквивалентного фокусного расстояния этой системы:

р ~_hli_

/l+/2~^

где Δ—оптический интервал. Иногда увеличе-. ние Т. меняется переменой объектива, как в перископах (смотрите).

Стерео-Т. (фигура 9а, 96 и 10), отличаясь от биноклей большей пластичностью, приме няются в военном деле. Оптич. данные большой стерео-Т.: поле зрения 5°, увеличение 10, светосила 25, диаметр объектива 50 миллиметров, удельная пластичность при разведенном положении Т. 11, а при сведенном 3, диаметр глазного

L

сила глаза, — —предел оптической силы Т.

Для наблюдения направляют Т. на ясный фон и вращают окулярную трубочку, добиваясь ясного изображения сетки нитей, затем на“ правляют Т. на предмет и, перемещая окулярное колено в объективном, добиваются ясности изображения предмета; наконец действием кремальерки исключают параллакс, то есть несовпадение плоскости сетки с плоскостью изображения предмета. Для специальных целей в фокальных плоскостях военных Т. ставят стеклянные пластинки с делениями, позволяющими определять расстояние по предметам, размеры которых известны, и, наоборот,—по известным расстояниям определяют размеры предметов. При работе Т. в туманную погоду для получения контрастных изображений пользуются желтыми светофильтрами, поглощающими синеватый свет и пропускающими остальные цветные лучи без ослабления. При наблюдении обычными Т. коротких расстояний в 1—5 метров надевают на их объективы специальные дополнительные линзы, для устранения же аномалий глаза наблюдателя пользуются корректирующими линзами, надеваемыми на окуляр. Для повышения точности отчета по рейкам в нивелирах Цейсса на объектив Т. надевают плоско

кружка 5 миллиметров. Две Т. могут располагаться горизонтально (фигура 9а) или вертикально (фигура 10). Из различного рода прицельных Т. следует отметить Т., показанную на фигуре 11 (Р— электрич. лампы): увеличение 8, поле зрения 5°, светосила 22, диаметр объектива 38 миллиметров. Т. переменного увеличения от 4 до 12, с полем зрения в КН-3,5°, светосилой в 100-^-10,9 и диаметром объектива в 40 миллиметров показана на фигуре 12. Прямая перископич. Т. с увеличением 8,2, полем зрения 4,9°, диаметром объектива 40 миллиметров и светосилой 24 показана на фигуре 13. Вертикальная Т., позволяющая видеть весь горизонт, не повора

Фигура 13.

чивая головы, называется панорамой. Па- I норама, показанная на фигуре 14, имеет увеличение 4, поле зрения 10°, светосилу 16.

Качество изображения светящейся точки, рассматриваемой через Т., зависит только от конструкции объектива, т. к. окуляр передает только те подробности, которые имеются в этом изображении. Оптич. сила Т.—функция длины световых лучей и свободного отверстия объектива. Необходимое увеличение Т. полу-

чается по формуле ν=—, где 30"—оптическая параллельную пластинку; для автоматич. редукции на высоту над уровнем моря в тахеометрах Боссхарда на объектив надевают призму с малым углом отклонения. При астрономических наблюдениях на окуляр Т. надевают призму, один из катетов которой располагается перпендикулярно к оптической оси Т.; глаз наблюдателя располагается около другого катета. Зрительные Т., применяемые на стационарных астрономических инструментах, имеют ряд специальных приспособлений.

Об испытании оптич. качеств Т. визуальным методом см. Поверки геодезических приборов.

Следует отметить, что для оптической системы зрительной Т. должна быть дана не только качественная оценка, но и числовая характеристика, вы- -являющая диоптрич. недостатки этой системы. Если при исследовании оптич. систем, например объективов зрительных труб топографии. инструментов, можно ограничиться только определением их оптич. постоянных (отверстие объектива, фокусное расстояние, толщина линзы, материал), то в точных астрономо-геодезич. инструментах помимо этого делают специальные их

Фиг- 14.

испытания на скамейке Гартмана или по методу Государственного оптического института (продольная и поперечная сферич. аберрации, продольная хроматич. аберрация и хроматич. аберрация второго порядка, астигматизм на оси). Эти испытания, представляемые рядом чисел и кривых, вносят·ясность в оценку качества оптич. частей Т. и позволяют ставить точные требования при изготовлении этих систем на оптич. заводах. Окончательная оценка объектива трубы дается характеристич. числом Гартмана, к-рое является функцией среднего круга рассеивания для всего отверстия объектива. По многочисленным испытаниям Гартмана установлено:

Характеристич. число >1,5 объектив удовлетворительн. » »=1.5 -г- 0,5 объектив хороший

» » < 0,5 » прекрасный

» »=о * » идеальный

Для объективов зрительных Т. геодезич. инструментов, изготовлявшихся в СССР раньше, применяли пары крона и флинта оптич. стекла Шотта, удовлетворявшие условиям Гар-тинга,—обычно кронглас № 58, 13, 18 и флинт глас № 29, 35, 36, 37. Теперь же пользуются оптич. стеклами завода ИЗОС с длинами волн С=6 563, D=5 893, F=4 681 и G=4 341 А (№ 572/575 и 613/370) или завода ЛЕНЗОС— кроны С=14, С=6, С=43, С=12, флинты ‘С=11 и С=9.

Лит.: К и с л о в Н., Теория оптич. инструментов, М., 1915; Хвольсон О., Полный курс физики, т. 2, Берлин. 1923; Мурашкинский В., Оптика бинокля, Л., 1925; Фефилов В., Исследование объектива точного нивелира Гильденбранда, «Геодезист», М., 1927, 6 и 7; Л е м т ю ш н и к о в Д., Морские оптич. приборы, Л., 1926; «Труды Гос. оптич. ин-та», Л.; Смирнов

К., Универсальный теодолит Вильда, «Труды Научно-исследовательского ин-та геодезии и картографии», М., 1931, вып. 3;ЦингерН., Курс высшей геодезии, СПБ, 1898; Красов ский Ф., Руководство по высшей геодезии, М., 1926; Hartmann I., «Ztschr. Instrumen-tenkunde», Lpz., 1904, 1, 4; Steinheil u. Vo it, Handbuch d. angewandten Optik, Lpz., 1890; К 6 nig A., Die Fernrobre u. Entfernurgsmesser, B., 1923; Smirnoff

K., Die Prazisiontheodolite H. Wild bei den stadttrian-gulirurgen 1 Ordnurg in der USSR, «Schweizeriscbe Ztschr. fur Vermessungswesen u. Kulturtechnik», Winterthur, 1930, 10, 11; Gleichen A., Leitfaden d. prak-tischen Optik, Lpz., 1906; Jordan W., Handbuch.d. Vermessurgskunde, 8 Aufl., B. 2, Stg., 1923; Ambronn

L., Handbuch d. astronomischen Instrumentenkunde,

B. 2, B., 1899. К. Смирнов.